第1課：生物醫(yī)學電子學概論

1.6醫(yī)學測量儀器中的噪聲和干擾對于信號來說，噪聲和干擾是有害的擾動，嚴重的影響了信號的檢測。為了區(qū)別，一般把可以外界因素對放大電路中各部分的影響稱為干擾，而把由于材料或器件的物理原因所產(chǎn)生的擾動稱為噪聲。

1.6.1干擾磁場干擾電場干擾電磁場干擾1、磁場干擾磁場的干擾來源于變壓器、電動機和熒光燈的鎮(zhèn)流器等設備，這些設備中的線圈通以交流電時，就會產(chǎn)生一個交變的磁場，在交變磁場中的其他導線環(huán)路或其他線圈都會感應出電動勢。磁場干擾通過電感性耦合進入放大電路。

電感性耦合又稱磁耦合；起因：干擾電流產(chǎn)生的磁通隨時間變化從而形成干擾電壓。在系統(tǒng)內(nèi)部，線圈和變壓器的漏磁是形成干擾電壓的主要原因。在系統(tǒng)外部，多數(shù)是由于兩條導線在長距離架設中形成干擾電壓。電感性耦合耦合示意圖電路II的等效電路用互感表示的等效電路

A為閉合回路Ⅱ所包圍的面積(m2)，B為正弦變化磁通密度的均方根值(wb／m2)．為角頻率(rad/s)，θ為B與面積A法線的夾角。

感應電壓：根據(jù)法拉第電磁感應定律，這種干擾的強度與電路或線圈的環(huán)路面積成正比。磁場干擾直接影響醫(yī)學測量儀器，必須采取措施予以抑制。一般說來，磁場干擾的頻率較低，當作用距離較近時，作用較強。2、電場干擾電場的干擾主要來源于交流電源，其中50Hz的工頻干擾最普遍。一般放大電路的直流電源是用50HZ的交流電源經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后得到的，如果濾波不齊，整流電源輸出的電壓就有50HZ的紋波電壓，使電路的電流產(chǎn)生波動而形成干擾電壓，特別是第一級，由于電源所產(chǎn)生的干擾電壓將被后續(xù)各級放大而使輸出端產(chǎn)生較大的干擾電壓。50Hz的工頻干擾除了通過傳感器及其引線引入放大電路意外，還通過電容性耦合形成進入放大電路形成電場干擾。（交流信號）電容性耦合起因：分布電容在電子系統(tǒng)內(nèi)部元件和元件之間，導線與導線以及導線與元件之間等等都存在著分布電容，一個導體上的電壓或干擾成分通過分布電容使導體上電位受到影響——電容性耦合。平行導線容性耦合3、電磁場干擾電磁場干擾的主要來源是各類無線電發(fā)射裝置、各種工業(yè)干擾、無線電臺和設備內(nèi)部的高頻電磁場干擾。電磁場干擾的特點是頻率高，作用距離遠，幅值不穩(wěn)定。

交流電源線、測試系統(tǒng)中的長線都能引起傳導耦合，它們都具有天線的效果，能夠拾取空間的干擾引入測試系統(tǒng)。4、干擾的抑制屏蔽合理接地其他抑制干擾的方法（1）屏蔽所謂屏蔽，泛指在兩個空間區(qū)域加以金屬隔離，用以控制從一個區(qū)域到另一個區(qū)域電場或磁場的傳播。屏蔽分主動屏蔽和被動屏蔽。主動屏蔽

用屏蔽體把干擾源包圍起來，使電磁場不向外擴散，稱為主動屏蔽。被動屏蔽屏蔽體用于防止外界電磁輻射，稱為被動屏蔽。干擾的損耗電磁波入射到金屬表面時產(chǎn)生的損耗有兩種：一部分從金屬表面反射回，稱之為反射損耗；另一部分穿過金屬板并被衰減，稱為吸收損耗。對于電場屏蔽，通常采用銅、鋁等金屬薄板導電率高的材料制成，對于磁場屏蔽，通常采用玻莫合金、錳合金、磁鋼等高導磁率材料，無論是電場屏蔽還是磁場屏蔽，都要有合理的接地，幾乎所有生物電放大器的前置級都加裝屏蔽罩。電場屏蔽和磁場屏蔽但在實際中，導線孔，通風孔，開關等都形成孔洞和縫隙，所以實際的屏蔽效果可能主要取決于縫隙和孔洞的泄漏，而不是材料本身。注意事項（2）合理接地安全接地（保護接地）工作接地安全接地安全接地又稱保護接地；一般電子儀器設備，為了安全起見，機殼都應接地，尤其在生物醫(yī)學測量中，這一點更加重要，機殼接地的目的是為了在任何情況下，使人經(jīng)常接觸的機殼保持零電位。必須是大地電位。等電位地線如果產(chǎn)生漏電，但是只要接地電位和人體電位相等，那么電流也就不會通過人體。為此目的，可以把儀器周圍的導電部分（如水管，暖氣等各種金屬管，金屬窗框以及水泥地面）和儀器外殼連在一起，形成等電位。即使人體接觸儀器外殼，由于不存在電位差，仍然能防止電擊事故。安全標準中，規(guī)定要求離患者2.5m以內(nèi)的范圍要等電位化，規(guī)定的2.5m距離意味著在患者伸手或借助其他人所能接觸的范圍，把這一范圍稱為患者環(huán)境。工作接地

對信號電壓設立基準電位，可以是大地電位，也可以不是大地電位。高頻時導線的表面呈現(xiàn)一定電抗，一段電源地線兩點間的電壓會達到數(shù)百毫伏、甚至幾伏的電壓，這對低電平電路（如生物信號放大器的前置級）來說，這已是非常大的干擾，因此交流電源的地線不能作為信號地線。系統(tǒng)接地原則作為系統(tǒng)，應該區(qū)分低電平信號地線，功率地線，和機殼地線，。功率地線，包括繼電器，電動機，接觸器等大功率電路及干擾源的地，又稱干擾地。機殼電線，包括機架，箱體，又稱為金屬件地線，此地線與交流電源零線相連。三套地線分別自稱系統(tǒng)，最后匯集于接地母線3、其他抑制干擾的方法隔離濾波系統(tǒng)內(nèi)部干擾的抑制隔離用隔離的方法使兩部分電路互相獨立，不成回路，從而切斷從一個電路進入另一個電路的干擾的通路。通常在生物信號測量中，用光電耦合器實現(xiàn)隔離。濾波當交流電網(wǎng)的負載突變時（如電機的啟動和制動），在負載突變處交流電源線與地線之間將產(chǎn)生高頻干擾電壓。這種干擾構(gòu)成對放大電路的高頻干擾，而且這個高頻電流不僅沿導線流動，凡有電容的地方都有良好的通道。這種干擾要在穩(wěn)壓電源交流進線處加濾波電路濾去干擾信號。系統(tǒng)內(nèi)部干擾的抑制

醫(yī)學診療設備內(nèi)部的各種繼申器、接觸器、電動機等有接點的開啟和閉合，產(chǎn)生瞬時擊穿，造成高頻輻射和引起電源電壓、電流的沖擊，如不加以抑制則形成系統(tǒng)內(nèi)部的嚴重干擾，并成為外部設備的干擾源。這種干擾的抑制是電磁兼容性設計的一個重要任務。電場干擾的抑制方法屏蔽或去除干擾源。輸入引線可以采用屏蔽線。盡量縮短導線伸出屏蔽層的長度使屏蔽層可靠接地要求較高時，可采用電池供電。前置級第一個運放兩輸入管腳布一圈地線。EMC電磁兼容性EMC（ElectroMagneticCompatibility），是指設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何設備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個方面的要求：一方面是指設備在正常運行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值；另一方面是指設備對所在環(huán)境中存在