Ден Томел - Поиск неисправностей в электронике

Формы выходных сигналов выводятся на экран ЭЛТ. Если медицинский персонал замечает аномалию, то по нажатию кнопке Recordпроисходит запись этой информации, прежде чем она покинет экран. После этого данные распечатывается на бумажном носителе.

Поскольку эти биопотенциалы очень малы по сравнению с величиной электрического шума, который присутствует в современной окружающей среде, мониторы ЭКГ требуют специальных усилительных схем, которые называются дифференциальными усилителями. Дифференциальный усилитель производит измерения разности напряжений между двумя точками, не связанными с землей. Один вход дифференциального усилителя инвертируется, другой — нет. Эти два сигнала складываются. Любой сигнал, который присутствует на обоих входах, в частности, сигналы шума, возникшего в проводах, исчезают. Это называется синфазным сигналом. Любая разница между двумя электродами усиливается, обычно с коэффициентом 1000. Это называется дифференциальным усилением. Соотношение между дифференциальным усилением и синфазным усилением называется коэффициентом ослабления синфазного сигнала КООС (CMMR). Хороший аппарат для ЭКГ должен иметь этот коэффициент 100 000 или более, для того чтобы избавиться от шума и усилить сигнал.

Поскольку электроды подключаются непосредственно к коже пациента иногда на несколько дней подряд, не должно быть ни малейшего шанса, что ток пойдет от аппарата ЭКГ в пациента или из пациента в аппарат. Следовательно, все схемы усилителей ЭКГ должны быть полностью изолированы от земли, как показано на рис. 10.9.

Рис. 10.9. Изоляция приемной и передающей стороны ЭКГ

Источник питания для дифференциального усилителя обычно изолируется трансформатором с низкой утечкой или преобразователем постоянного тока в постоянный ток для обеспечения отсутствия связи с землей шасси. Когда сигнал усиливается до уровня около 1 В, он проходит в другие части схемы через каскады гальванической развязки, обеспечивающие определенную форму изоляции. Обычно сигнал модулируется в сигнал более высокой частоты и проходит через трансформатор или оптический блок сопряжения для демодуляции на стороне с заземлением. Для диагностики ЭКГ полосовой фильтр устанавливает верхнюю точку спада на 100 Гц и нижнюю точку спада на 0,05 Гц. Для целей мониторинга верхняя частота устанавливается обычно 50 Гц для предотвращения влияния основного источника помех (электросеть), а нижняя частота обычно 0.1 Гц во избежание излишнего дрейфа базовой линии.

Многие аппараты ЭКГ содержат встроенный источник 1 мВ, который используется для калибровки. Часто оператор может отрегулировать коэффициент усиления таким образом, что когда на вход подается импульс 1 мВ, на выходе величина сигнала составит около 1 см. В таких случаях специалист по биомедицинскому оборудованию должен проверить внутреннюю калибровку с использованием высококачественного вольтметра.

Также специалист должен обеспечить генерацию точного входного сигнала 1 мВ и настроить коэффициент усиления в аппарате для обеспечения желаемого выходного отклонения на самописце или дисплее. Большинство поставляемых генераторов не имеет прецизионной регулировки уровня выходного сигнала. На выходе функционального генератора можно установить делитель напряжения, как показано на рис. 10.10. К сожалению, для настройки выходной амплитуды необходим очень качественный осциллограф с дифференциальным входом.

Рис. 10.10. Генерация входного сигнала 1 мВ

Другой способ получить сигналы столь низкой амплитуды заключается в использовании резисторов с малым отклонением от номинального значения, образующих прецизионную схему деления 100:1 или 1000:1, и применении осциллографа соответствующего класса точности для регулировки генератора при получении 0,1 В или 1,0 В соответственно. Другой подход состоит в использовании специально спроектированного симулятора ЭКГ, показанного на рис. 10.11. Многие из имеющихся устройств дают имитацию форм сигналов ЭКГ и кровяного давления, а также имеют выход калиброванных импульсов.

Рис. 10.11. Симулятор физиологических сигналов

Следует также выполнить и другие тесты: проверить частотную характеристику и коэффициент ослабления синфазного сигнала. Частота среза по ВЧ определяется точкой, в которой амплитуда сигнала уменьшится до 70 % своего исходного значения. Нижнюю граничную частоту найти не так просто. При частоте 0,05 Гц 1 цикл будет продолжаться 20 с, что сделает обычный тест очень утомительным занятием. Лучший метод заключается в подаче на вход последовательности прямоугольных импульсов с амплитудой 1 мВ и наблюдение времени, необходимого для того, чтобы выходной сигнал упал до 0,5 мВ. Чем большее время для этого требуется, тем ниже граничная частота. Это соотношение определяется формулой:

F= 0,22/ Т, где Т — период следования прямоугольных импульсов.

Для измерения коэффициента ослабления синфазного сигнала подается сильный синфазный сигнал, наблюдается выходной сигнал и рассчитывается усиление синфазного сигнала, как это показано на рис. 10.12. Затем измеряется дифференциальное усиление, и их отношение дает искомый коэффициент. Минимально допустимым коэффициентом ослабления синфазного сигнала считается 100 000.

Рис. 10.12. Измерение коэффициента ослабления синфазного сигнала

Сопротивление утечки проводов и изоляция пациента также нуждаются в регулярной проверке. При тестировании просто проводятся измерения тока, уходящего через вход аппарата ЭКГ и через пациента при отключении аппарата от земли (рис. 10.13).

Рис. 10.13. Тест утечки проводов

Каждый провод должен иметь ток меньше 10 мкА. Тест изоляции определяет, сколько тока будет протекать от пациента на входы аппарата ЭКГ, если пациент коснется 220 В переменного тока, как это показано на рис. 10.14.

Рис. 10.14. Тест входной изоляции