3.4. Методы подавления сетевой помехи

И спользование аккумулятора при малых размерах УБС вообще снимает вопрос о токовом пути помехи. Аккумуляторное питание используют даже в стационарных приборах для уменьшения сетевых помех. При сетевом питании к внешним емкостям на сетевые провода добавляется проходная внутренняя емкость питающего трансформатора (обычно более 500рФ). Помеховый ток через эту емкость протекает через электрод N и через емкость пациента на землю. Выделяется синфазная помеха порядка 30мВ.

Используется два метода уменьшения влияния этого помехового тока. Первым можно считать включение рабочего заземления (на рис 2.3 это цепь, замыкаемая ключем К). Рабочее заземление прерывает путь помехового тока, замыкая его на землю. Однако применение рабочего заземления очень неудобно на практике.

Вторым путем является резкое снижение проходной емкости трансформатора. Обычно это достигается введение изолированной рабочей части с малогабаритным питающим трансформатором (работающем на частоте 100 - 500кГц.) Проходная емкость такого трансформатора не велика, обычно около 5-20 пФ, что в сто раз меньше проходной емкости сетевого трансформатора: помеховый ток резко уменьшается, а с ним и сетевая помеха.

При использовании указанных методов синфазная помеха уменьшается, но ее значение все же остается порядка десятков мВ. Усилитель биосигналов должен самостоятельно подавлять этот уровень помехи до значения единиц мкВ. Следовательно коэффициент подавления собственно усилителя должен быть не менее 10 000 раз (80 дБ), а общее подавление синфазной помехи за счет всех методов должно быть не менее миллиона раз (120 дБ). Отметим, что это подавление должно обеспечиваться при отключении и подключении эквивалентов кожи на любых входах усилителей (кроме N).

П одавление синфазной помехи (СФП) в усилителях достигается вычитанием, например, подключением сигнальных электродов к дифференциальным входам усилителя. Обеспечение хорошего вычитания требует применения прецизионных операционных усилителей (ОУ) и точной установки усиления до вычитания. Усиление устанавливается резисторами в цепях ОУ. Приходится использовать резисторы с допуском 0.1% (Последнее время появились схемные решения, позволяющие снизить требования к точности резисторов до 0.5-1%).

Уменьшение сопротивления электрод-кожа под нейтральным электродом (рис 2.4). Так как величина синфазной помехи однозначно определяется Z кожи в цепи электрода N, то стараются использовать специальные схемы уменьшения этого сопротивления. Если R_кожи =0, то помеха отсутствует. Общеизвестно, что отрицательная обратная связь в усилителях уменьшает выходное сопротивление каскада. Это свойст­во обычно и используется. В цепь электрода N включа­ется усилитель, для которого Z кожи является выходным сопротивлением. Как результат, Z кожи уменьшается в К раз (К - коэффициент уси­ления дополнительного усилителя). Обычно К выбирается не выше 100-200 из за опасности самовозбуждения.

Э кранирование входных усилителей. Это важная часть в обеспечении уменьшения сетевых наводок. Экранируют входные каскады усилителей и электродные провода. Для увеличения эффективности экранирования используют схемы двойного экранирования. На рис 2.5 представлена такая схема двойного экранирования. Внутренний экран подсоединен к выходу основного усилителя в точке, где К = 1. При этом достигается не только улучшение качества экранирования входной цепи, но и уменьшение емкости центрального (сигнального) провода на экран кабеля. Уменьшение этой емкости приводит к уменьшению разброса импеданса входных цепей в многоканальных усилителях, а этот разброс часто нарушает идентичность каналов и эффективность вычитания СФП. Микроминиатюризация снижает требования к экранированию, поэтому двойное экранирование в последнее время не используется.

Методика измерения подавления СФП

Т.к. применяемые методы подавления СФП различны, а величина подавления зависит от значения емкости пациент - земля, то для корректного измерения качества подавления СФП приходится использовать стенд с балансировкой этой емкости. Используют делитель со средней точкой А (рис 2.6,) на двух емкостях (Верхняя емкость = 100 пФ, нижняя - переменна и подбирается до равенства с верхней. Равенство емкостей контролируется вольтметром с малой собственной входной емкостью). На вход сбалансированного емкостного делителя подается сигнал 22 В эфф, в точке А вольтметр должен фиксировать напряжение 11В. Далее включают усилитель и измеряют величину помехи на выходе.

В испытательный стенд, представленный на рис 2.6, имеют эквиваленты кожи по каждому электроду, которые поочередно отключают для имитации изменения R_кожи. В цепи электрода N эквивалент кожи не отключают. Зная входное напряжение СФП и ее величину на выходе рассчитывают значение подавления СФП. (Через масштабный коэффициент чувствительности пересчитывают измеренное напряжение СФП на выходе усилителя ко входу. Отношение поданного на вход размаха СФП=11*2*1.41В к пересчитанному определит измеренное значение коэффициента подавления. Для желанного значения подавления 120 дБ пересчитанный ко входу размах СФП не должен превышать 30 мкВ.