Élimination du bruit de 50 Hz de l'alimentation ECG

Nous travaillons actuellement sur un projet bio médical qui est une machine ECG. Il y a un problème que nous ne pouvons pas résoudre du côté logiciel est la suppression du bruit à 50 Hz. Nous essayons maintenant de supprimer le bruit de 50 Hz en utilisant des filtres analogiques. Quelqu'un at-il une idée de supprimer le bruit de 50 Hz en utilisant des composants analogiques.

(le titre original indiquait que le problème était dans le signal - Steven )

(note: la question a dit que le bruit était dans le signal. Semble être l'alimentation; voir mon montage plus bas.)

Un filtre coupe-bande 50 ou 60 Hz est généralement utilisé comme un filtre à double T. Un twin-T passif a cependant un faible facteur Q, ce qui signifie que les fréquences voisines seront également atténuées, ce qui peut entraîner une distorsion du profil ECG.

Un filtre coupe-bande actif peut ressembler à ceci:

N'oubliez pas de recalculer les valeurs de résistance pour 50 Hz; R1 sera de 11,8 MΩ. N'importe quel ampli op fera l'affaire. La différence avec le filtre passif est illustrée dans ce graphique:

Peut-être pas si clair, mais le graphique du filtre actif est la ligne verticale à 60 Hz. Beaucoup mieux que le filtre passif.

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Si le 50 Hz est sur l'alimentation comme vous dites qu'il faut le découpler. D'abord l'alimentation elle-même. Un bon régulateur n'aura pas d'ondulation de 50 Hz sur sa sortie, donc peut-être que les condensateurs de lissage sur les entrées sont trop petits. ( Après réflexion, l'ondulation devrait être de 100 Hz. Une diode défectueuse dans le pont redresseur expliquerait à la fois 50 Hz et une ondulation trop élevée. ) Si l'ondulation d'entrée est beaucoup trop grande, elle peut descendre en dessous de la tension d'entrée minimale du régulateur. Pouvez-vous publier un schéma de l'alimentation avec les valeurs des composants? Vous pouvez également placer un condensateur de 100 µF à la sortie.

Utilisez également 100 µF en parallèle avec 1 µF sur les entrées d'alimentation des circuits intégrés. S'ils sont de faible puissance, vous pouvez placer une résistance de 10 Ω à 100 Ω en série avec la ligne d'alimentation, avant les condensateurs. Les condensateurs sont donc directement sur les broches du CI. Notez que les résistances provoqueront une chute de tension sur le 5 V, utilisez donc uniquement les 100 Ω si le courant d'alimentation est inférieur à 1 mA. Jusqu'à 10 mA, vous pouvez utiliser le 10 Ω. Plus haut c'est mieux, vous devrez voir ce que vous pouvez vous permettre. 10 mA à travers une résistance de 10 Ω entraîneront une chute de 100 mV, soit 2%, ce qui est probablement acceptable.

En tant qu'étudiant, nous avons conçu et testé notre propre amplificateur d'instrument (IA) discret, à l'aide d'un op 3x standard. Amp. pour des expériences de laboratoire de génie biomédical en 1974. Nous l'avons utilisé pour l'ECG, le signal EEG et le contrôle prothétique. De plus, nous avons appliqué des électrodes sur ma tempe et l'avons utilisé pour surveiller le mouvement des yeux. Il a créé une dent de scie avec un mouvement oculaire latéral, qui a attiré l'attention sur les filles qui passaient et certaines se sont arrêtées pour se porter volontaires pour les tests ECG. (avec des électrodes appliquées sur la poitrine) Une fois que nous avons compris les exigences de conception pour le CMRR, le bourdonnement 50 / 60Hz a disparu.

Voici ma liste de contrôle de débogage pour vous;

• Votre conception répond-elle aux critères de 120 dB recommandés ou tout simplement au minimum de 100 dB?
• Utilisez-vous un seul ampli op ou un triple ampli op?
• Pouvez-vous essayer la méthode flottante de back-drive ou la "technique de garde" connue dans l'industrie médicale pour l'ECG comme "right-leg-drive"
• Avez-vous une réponse d'erreur DC à peau galvanique élevée saturant votre ampli à gain élevé ou compromettant le CMMR?
• Pouvez-vous fournir des résultats de mesures de test?

Lorsqu'une entrée de champ E de 100 V est superposée à un signal de 100 μV et si vous avez un bon taux de réjection en mode commun de 120 dB, vous obtenez un niveau de bruit de 100 μV.

Les moyens d'améliorer le ronflement 50/60 HZ lié à la CMMR sont les suivants:

1. Utilisez un ampli instrument (IA) de haute qualité (mais à très faible coût)

2. Signal de garde avec la technique «entraînement de la jambe droite». (connu sous le nom de méthode de garde analogique) où vous mettez en mémoire tampon le signal de mode commun pour créer une référence de mode commun à faible impédance sur la jambe qui flotte toujours mais supprime la tension des champs E élevés de 50 / 60Hz par le rapport d'impédance.

3. Blindez les fils de la sonde

4. Utilisez un ampli d'instrument conçu par CMMR supérieur > 130 dB

5. Utilisez un filtre Notch réglable réglable avec Q = 100 (tel que rapporté précédemment)

6. Utilisez un étranglement CM Ferrite autour des câbles. (manchon de type haute perméabilité)

7. Assurez-vous que l'alimentation V + est exempte de bruit avec le régulateur linéaire, le capuchon ESR bas en entrée et en sortie. et utilisez des fils courts entre V + et ampli.

Mes préférences en gras

Essayer de filtrer le bruit de 50 Hz ne devrait être que le dernier recours, en partie parce que votre plage de fréquence de signal valide comprend 50 Hz. Tout ce que vous faites pour réduire 50 Hz déforme également le signal souhaité.

La meilleure réponse est de concevoir la partie frontale analogique pour minimiser la prise de fréquence de ligne en premier lieu. Les 50 Hz proviennent du couplage capacitif de la ligne électrique, qui est tout autour de la pièce. Cependant, vous mesurez la différence entre les tensions à plusieurs électrodes sur le corps, et le bourdonnement de la ligne électrique à 50 Hz sera en grande partie un signal de mode commun.

Les extrémités avant de l'ECG doivent être extrêmement propres sur l'élimination du mode commun. Cela signifie une gestion complète du signal différentiel bien au-delà de 50 Hz, en s'assurant que chaque jambe a la même impédance, en utilisant des amplis d'instrumentation avec une bonne réjection en mode commun, absolument aucune référence au sol pour un côté de la mesure, etc. Le bruit en mode commun de la ligne électrique peut être plusieurs fois l'amplitude des signaux que vous essayez de capter, vous devez donc vraiment vous réveiller et faire attention à ce problème.

Une autre chose que la plupart des systèmes ECG font est de mettre une électrode sur la jambe opposée au cœur, qui est généralement la jambe droite. Ceci est utilisé uniquement pour capter le signal de mode commun, amplifié, puis il devient une sorte de référence de masse flottante pour les circuits différentiels du premier étage jusqu'à ce que le signal différentiel puisse être amplifié et son impédance abaissée.

Si vous faites tout cela correctement et que vous avez encore trop de bruit sur la ligne électrique, vous pouvez envisager une réduction de la fréquence de la ligne électrique du signal final. Cependant, cela est mieux fait dans le logiciel afin que vous puissiez rendre le filtre étanche sans rencontrer les tolérances des composants analogiques. Cela vous permet également de mesurer la ligne électrique et de lui faire un filtre synchrone. L'encoche très serrée qui en résulte aura moins d'impact sur le signal réel qu'un filtre analogique avec des pièces abordables. Le filtre analogique doit être plus large en raison des seules tolérances des pièces pour garantir une atténuation suffisante de 50 Hz même si la fréquence centrale est légèrement décalée.

Donc, en résumé, par ordre de priorité, vous devez attaquer le problème en

1. Concevez soigneusement la face avant analogique pour une très bonne réjection du bruit en mode commun.

2. Concevez soigneusement la face avant analogique pour une très bonne réjection du bruit en mode commun.

3. Concevez soigneusement la face avant analogique pour une très bonne réjection du bruit en mode commun.

4. Non, ce n'est pas suffisant. Revenez en arrière et réparez votre frontal analogique pour une meilleure réjection du bruit en mode commun.

5. Utilisez un capteur de mode commun sur la jambe opposée pour aider à éliminer le bruit de mode commun, puis répétez à partir de l'étape 1.

6. Éliminez le bruit d'alimentation restant avec un filtre logiciel synchrone à la ligne électrique.