数字心电图机定标电路原理及故障排除

        　中图分类号：R197 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）08（a）-0047-02
数字心电图机能够自动检测心脏活动时心肌细胞激动所产生的生物电信号，用于查验患者是否具有早搏、心脏传导阻滞等病理特性，是为医学临床和医学研究所常用的医疗电子设备[1]。其利用体表电极提取人体电信号，经过输入缓冲放大器、威尔逊网络、导联选择电路送入前置放大、滤波电路，再由A/D转换后传入主控电路进行相应信号处理并送至终端，从而获得心电波形[2]。为了确保心电波形幅值的准确性，一般在使用心电图机之前需进行定标，而定标电路故障则会造成对比测量出心电信号幅度的偏差影响检测结果。该次定标电路原理分析及故障排除借助数字心电图机实验箱（上海谱康电子科技有限公司）。该实验箱参考ECG-6951D型心电图机相关电路设计，电路对外开放，便于学生对心电图机的内部结构和原理有更直觀的认识。
1 定标电路原理

                                                          

图1为定标电路原理图。TLP521-4为可控光电耦合器件，其利用光为媒介传输电信号，将对红外线发光二极管与光敏半导体管封装在同一管壳内，有效实现前端与负载的隔离，增强电路的安全性[3]。当按下实验箱定标键后，即在芯片输入端加上定标电信号发光二极管发射光线，光敏半导体接收光线产生光电流，经过R115电阻在Q10三极管的基极产生电压，使Q10导通。
TL431ACD为具有良好热稳定性能的三端可调精密集成稳压器，其性能可靠，参数优越故而广泛应用于各电源电路中[4]。其输出电压范围在2.5～36 V之间，可以通过两个电阻任意设置来实现，其引脚表示分别为K端为控制端，A端为接地端，Ref端为采样端，当将Ref端与K端进行短接，则能够获得输出电压为2.5 V。
INA128U为双电源仪用放大器，即三运放差分运算放大电路，其输入偏置电流小、功耗低、精度高、增益调节简单故而获得广泛应用[5]。其增益通过INA128U芯片1脚与8脚之间的RG电阻来进行调节，其中，Uo= Ui×（1+50K/RG）+VRef=Ui×[1+50/（0.43+2.2）]+VRef=20Ui+Vref。调整R146电阻，使Vref电压值为20 mV，若此时芯片IN±端无输入信号即Ui=0 V，则Uo=20×0V+20mV=20mV。换而言之也相当于在无VRef电压值的情况下，在芯片IN±输入端加上了一个幅值为1 mV的电压，即为定标电压。因此，只要保证芯片Ref参考端电压值为20 mV就等效于输入端输入1 mV的信号。
2 定标电路故障排除
1 mV定标电压主要用于比较心电信号幅值大小，也可用于校正放大器增益、时间常数、频率响应等参数，定标误差大则会造成所记心电波形的失真，致使所测数据失去临床诊断意义，故定标电压的准确性必须获得保障。在数字心电图机中定标电路常见故障现象为定标误差大。以该实验箱为例，打开左上角电源总开关，电源指示灯亮表明系统供电正常，液晶屏显示相应内容。操作控制面板功能键，调节灵敏度为“1”（即10 mm/mV），将导联工作模式切换为TEST导联，显示方式设置为手动模式，走纸速度选择为25 mm/s。连续按下“定标”键，通过液晶屏可观察定标脉冲幅度，按下“打印”按键，使打印机开始走纸并打印波形，记录波形偏转幅度值H0（代表格数），根据误差公式：δ=[（H0-10）/10]×100%计算定标误差，当误差值大于5%时，则调节电位器R146，并重复上述过程，直至定标误差在允许范围内，也可以直接通过测定INA128U芯片5脚（Ref）电压来排除定标电路故障，根据之前原理所述只要保证该芯片5脚电压为20 mV，即相当于输入端给予1 mV定标电压，故可用数字万用表DC档测定该脚电压，调节R146电阻使其电压值为20 mV即可。
3 结语
定标电路是数字心电图机的重要组成部分。电路主要由TL431ACD、INA128U等核心芯片构成，通过TL431芯片产生2.5 V基准电压，经过R146、R103、R104等电阻分压在INA128U芯片（增益20）5脚产生20 mV的电压，即等效于输入端为1mV的定标电压。在使用数字心电图机之前，必须首先进行定标，定标误差大会造成心电波形的失真。定标误差故障排除可以通过调节电位器R146实现，指标可以参考描记波形幅度值误差δ（δ<5%，视为正常）或是仪用放大器芯片（INA128U）5脚电压20 mV。
参考文献
[1] 杨建军.数字心电图机检定中的问题、对策及临床意义分析[J].计量与测试技术，2016（43）：17-19.
[2] 王举.医用数字心电图机检定工作中的不确定度评析[J].计量与测试技术，2014（41）：9-10.
[3] 张伦玠，陈吉红.实验型AGV驱动系统的设计[J].现代制造工程，2006（11）：119-121.
[4] 潘玉成.可调式精密稳压集成电路TL431及应用[J].宁德师专学报：自然科学版，2006（20）：51-55.
[5] 李东明，蔡鄂，王典洪，等.远程多通道温度高精度数据采集系统设计[J].电子技术，2014（3）：67-71. 

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