生物信号的耦合方式

生物信号放大器都设置有交流和直流耦合两种耦合输入方式,生物电信号和通过换能器转换后的电信号输入放大器进行放大和处理时,首先需要确定信号的耦合方式。

1.直流耦合输入方式  电信号不通过耦合器件(电容器或电感器)直接送入放大器的输入端进行放大的方式。下图显示了一直流耦合输入方式模式图,输入信号通过电阻输入放大器,信号经放大器放大后输出,输出信号的振幅变大,但时程和相位不变。直流耦合输入方式能观察到信号真实情况。

用金属电极引导生物电时,金属电极在极性溶液(如0.9%NaCl)中发生电化学反应,使电极间产生电位,这种电位称电极电位。电极电位的大小由电极的材质和电极处理情所决定,在生理盐水中银电极的电极电位可达100mV。电极电位一般表现为直流信号特性。电极电位比多数生物电信号的振幅大得多,用直流耦合方式放大生物电信号时,生物电信号放大到能被观察记录的程度时,电极电位也被放大并使放大器出现饱和,生物电信号就不能被观察记录到。电极电位也干扰了生物电信号的直流成分。用交流耦合方式可消除电极电位的影响。

2.交流耦合输入方式  电信号经耦合器件(如电容器)送入放大器的输入端进行放大的方式称交流耦合输入方式。电容器有“隔直”效应,阻止直流电通过电容器。直流电信号不能通过电容器送入放大器的输入端进行放大,交流耦合方式的“隔直”的作用,使放大器只放大交流信号而不放大直流信号。交流耦合输入方式在放大生物电信号时避免了电极电位被放大后使放大器出现饱和的情况发生。交流耦合输入方式下观察和记录到的信号直流成分往往发生较大的改变(变化大小取决时间常数),如 下图所示,方波信号经电阻-电容耦合输入放大器的输入端,方波信号的顶(直流)被电容器阻隔,方波信号通过交流耦合放大后变成了微分波。

3.信号的直流耦合输入  细胞内引导的生物电信号和应变式换能器输出的电信号应选择直流耦合方式将信号输入到放大器。

4.信号的交流耦合输入  细胞外引导的生物电信号采用交流耦合方式将信号输入放大器。在采用交流耦合方式时应根据信号频谱选择合适的时间常数(或下限转折频率),以避免信号的有用频率成分被衰减(请参见“信号的滤波”)。

在实际的操作中,如采用全程控的生物信号采集处理系统,信号的耦合输入方式在系统界面的高通滤波器(硬件)选择设置,如左图所示。

选择不同的耦合方式有时会得到截然不同的实验结果,下列两图分别采用直流和交流耦合记录一活的家兔颈动脉血压,采用交流耦合记录家兔颈动脉血压所得结果舒张压为负压,平均动脉压为0mmHg,显然是错误的。

A 直流耦合记录的兔血压波形

B 交流耦合记录的兔血压波形

 

  

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