數字心電圖機定標電路原理及故障排除

黃一清

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.22.047

摘 要：心電圖機能將心臟活動時心肌激動產生的生物電信號（心電信號）自動記錄下來，為臨床診斷和科研常用的醫療電子儀器，在臨床范疇正被廣泛采納。在探討了數字心電圖機及其定標電路的重要性后，該文通過對1 mV定標電路分析，在基于理解原理的基礎上結合數字心電圖機教學實驗平臺詳述定標誤差故障排除方法。

關鍵詞：心電圖機 定標電路 故障排除

中圖分類號：R197 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）08（a）-0047-02

數字心電圖機能夠自動檢測心臟活動時心肌細胞激動所產生的生物電信號，用于查驗患者是否具有早搏、心臟傳導阻滯等病理特性，是為醫學臨床和醫學研究所常用的醫療電子設備[1]。其利用體表電極提取人體電信號，經過輸入緩沖放大器、威爾遜網絡、導聯選擇電路送入前置放大、濾波電路，再由A/D轉換后傳入主控電路進行相應信號處理并送至終端，從而獲得心電波形[2]。為了確保心電波形幅值的準確性，一般在使用心電圖機之前需進行定標，而定標電路故障則會造成對比測量出心電信號幅度的偏差影響檢測結果。該次定標電路原理分析及故障排除借助數字心電圖機實驗箱（上海譜康電子科技有限公司）。該實驗箱參考ECG-6951D型心電圖機相關電路設計，電路對外開放，便于學生對心電圖機的內部結構和原理有更直觀的認識。

1 定標電路原理

圖1為定標電路原理圖。TLP521-4為可控光電耦合器件，其利用光為媒介傳輸電信號，將對紅外線發光二極管與光敏半導體管封裝在同一管殼內，有效實現前端與負載的隔離，增強電路的安全性[3]。當按下實驗箱定標鍵后，即在芯片輸入端加上定標電信號發光二極管發射光線，光敏半導體接收光線產生光電流，經過R115電阻在Q10三極管的基極產生電壓，使Q10導通。

TL431ACD為具有良好熱穩定性能的三端可調精密集成穩壓器，其性能可靠，參數優越故而廣泛應用于各電源電路中[4]。其輸出電壓范圍在2.5～36 V之間，可以通過兩個電阻任意設置來實現，其引腳表示分別為K端為控制端，A端為接地端，Ref端為采樣端，當將Ref端與K端進行短接，則能夠獲得輸出電壓為2.5 V。

INA128U為雙電源儀用放大器，即三運放差分運算放大電路，其輸入偏置電流小、功耗低、精度高、增益調節簡單故而獲得廣泛應用[5]。其增益通過INA128U芯片1腳與8腳之間的RG電阻來進行調節，其中，Uo= Ui×（1+50K/RG）+VRef=Ui×[1+50/（0.43+2.2）]+VRef=20Ui+Vref。調整R146電阻，使Vref電壓值為20 mV，若此時芯片IN±端無輸入信號即Ui=0 V，則Uo=20×0V+20mV=20mV。換而言之也相當于在無VRef電壓值的情況下，在芯片IN±輸入端加上了一個幅值為1 mV的電壓，即為定標電壓。因此，只要保證芯片Ref參考端電壓值為20 mV就等效于輸入端輸入1 mV的信號。

2 定標電路故障排除

1 mV定標電壓主要用于比較心電信號幅值大小，也可用于校正放大器增益、時間常數、頻率響應等參數，定標誤差大則會造成所記心電波形的失真，致使所測數據失去臨床診斷意義，故定標電壓的準確性必須獲得保障。在數字心電圖機中定標電路常見故障現象為定標誤差大。以該實驗箱為例，打開左上角電源總開關，電源指示燈亮表明系統供電正常，液晶屏顯示相應內容。操作控制面板功能鍵，調節靈敏度為“1”（即10 mm/mV），將導聯工作模式切換為TEST導聯，顯示方式設置為手動模式，走紙速度選擇為25 mm/s。連續按下“定標”鍵，通過液晶屏可觀察定標脈沖幅度，按下“打印”按鍵，使打印機開始走紙并打印波形，記錄波形偏轉幅度值H0（代表格數），根據誤差公式：δ=[（H0-10）/10]×100%計算定標誤差，當誤差值大于5%時，則調節電位器R146，并重復上述過程，直至定標誤差在允許范圍內，也可以直接通過測定INA128U芯片5腳（Ref）電壓來排除定標電路故障，根據之前原理所述只要保證該芯片5腳電壓為20 mV，即相當于輸入端給予1 mV定標電壓，故可用數字萬用表DC檔測定該腳電壓，調節R146電阻使其電壓值為20 mV即可。

3 結語

定標電路是數字心電圖機的重要組成部分。電路主要由TL431ACD、INA128U等核心芯片構成，通過TL431芯片產生2.5 V基準電壓，經過R146、R103、R104等電阻分壓在INA128U芯片（增益20）5腳產生20 mV的電壓，即等效于輸入端為1mV的定標電壓。在使用數字心電圖機之前，必須首先進行定標，定標誤差大會造成心電波形的失真。定標誤差故障排除可以通過調節電位器R146實現，指標可以參考描記波形幅度值誤差δ（δ<5%，視為正常）或是儀用放大器芯片（INA128U）5腳電壓20 mV。

參考文獻

[1] 楊建軍.數字心電圖機檢定中的問題、對策及臨床意義分析[J].計量與測試技術，2016（43）：17-19.

[2] 王舉.醫用數字心電圖機檢定工作中的不確定度評析[J].計量與測試技術，2014（41）：9-10.

[3] 張倫玠，陳吉紅.實驗型AGV驅動系統的設計[J].現代制造工程，2006（11）：119-121.

[4] 潘玉成.可調式精密穩壓集成電路TL431及應用[J].寧德師專學報：自然科學版，2006（20）：51-55.

[5] 李東明，蔡鄂，王典洪，等.遠程多通道溫度高精度數據采集系統設計[J].電子技術，2014（3）：67-71.endprint