Способ и устройство для измерения электрического потенциала на коже головы

Способ и устройство для измерения электрического потенциала на коже головы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится, в общем, к медицинским устройствам, в частности к медицинским устройствам для получения электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Однако следует понимать, что изобретение не ограничено данной конкретной областью применения.

Варианты осуществления разработаны, в основном, в виде способа и устройства для измерения электрического потенциала на коже головы и будут описаны ниже со ссылкой на данное применение.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Любой анализ известного уровня техники в описании ни в коем случае нельзя рассматривать как допущение, что упомянутый известный уровень техники широко известен или составляет часть обычных общеизвестных фактов в данной области.

ЭЭГ (электроэнцефалографические) сигналы обычно записывают в клинических условиях для диагностики эпилепсии и других состояний, которые проявляются в данных мозговых волн. ЭЭГ сигналы обычно измеряют с использованием группы датчиков, устанавливаемых на шлеме, закрепляемом на голове ремнями, продолжающимися от шлема и застегиваемыми под подбородком.

Установка упомянутых датчиков обычно требует разделения волосяного покрова и удаления мертвых тканей с кожи головы нанесением токопроводящего абразивного геля. Датчики соединяют со шлемом, обычно, с помощью зажима или винта так, чтобы, когда шлем надевают, он прикладывал положительное давление к датчику в направлении кожи головы. Данный способ расположения датчиков обычно допускает непрерывное измерение ЭЭГ в течение приблизительно одного часа, пока снова не потребуется выполнить подготовку кожи головы.

Альтернативное решение, например, предложенное компанией Advanced Brain Monitoring Inc, обеспечивает беспроводную сенсорную гарнитуру, которую можно носить в течение приблизительно восьми часов непрерывного использования. Однако, чтобы данное устройство обеспечивало соединение между датчиками и кожей головы в течение восьми часов, датчик выделяет токопроводящий крем через волосяной покров во время использования. Современный уровень техники обычно предлагает способы усовершенствования и поддерживания стабильного токопроводящего соединения между датчиком и кожей головы для решения упомянутой проблемы.

В данной области техники существует потребность в способе и устройстве для измерения электрического потенциала на коже головы, которые менее требовательны к электропроводности кожи головы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью изобретения является создание улучшенного способа или устройства для измерения электрического потенциала на коже головы, которые можно эффективно использовать при относительно незначительной подготовке или без подготовки кожи головы.

В соответствии с первым аспектом изобретения предлагается устройство для измерения электрических потенциалов на коже головы, содержащее:

множество датчиков, выполненных с возможностью получения исходного замера электрического потенциала на коже головы через волосяной покров и воздушную контактную область; при этом контактная область создает высокий и переменный импеданс связи источника с кожей головы; и

множество предусилителей, связанных с соответствующим одним из датчиков; причем каждый предусилитель выполнен с возможностью обладания входным импедансом значительно более высоким, чем импеданс, создаваемый контактной областью датчик-источник; причем предусилитель принимает исходный замер электрического потенциала на коже головы и формирует предварительно усиленный замер электрического потенциала на коже головы для формирования предварительно усиленного замера электрического потенциала на коже головы.

Импеданс контактной области датчик-источник создается, предпочтительно, любой контактной средой, кожей головы и подлежащими тканями.

Входной импеданс является предпочтительно активным и повышается путем применения обратной связи.

Предусилитель предпочтительно содержит широкополосный высокоимпедансный вход и цепь активного смещения, выполненную с возможностью создания входного импеданса более чем 10 петаом (ПОм) в диапазоне от 0,01 Гц до 400 Гц. В частности, предусилитель содержит малошумящий операционный усилитель с высоким коэффициентом усиления на полевых транзисторах с входным сигналом с размахом, равным напряжению питания, с входным импедансом 10 тераом (ТОм) и экранированной цепью обратной связи и смещения для создания входного импеданса.

В предпочтительном варианте устройство дополнительно содержит:

усилитель с фильтром синфазных помех, связанный с предусилителем, при этом фильтр синфазных помех выполнен с возможностью подавления существенной компоненты синфазного сигнала и шума, содержащихся в предварительно усиленном замере электрического потенциала на коже головы, чтобы формировать, тем самым, замер электрического потенциала на коже головы с подавленным синфазным сигналом; и

систему подавления радиопомех для подавления радиочастотных шумов замера электрического потенциала на коже головы с подавленным синфазным сигналом, чтобы формировать замер электрического потенциала на коже головы с подавленными радиопомехами.

Усилитель с фильтром синфазных помех и система подавления радиопомех предпочтительно выполнены с возможностью поддержки, по существу, общего коэффициента усиления, фазы и задержки вдоль каждого тракта сигнала замера электрического потенциала на коже головы.

В предпочтительном варианте устройство дополнительно содержит:

систему дифференциального усилителя для усиления замера электрического потенциала на коже головы с подавленными радиопомехами, чтобы формировать усиленный замер электрического потенциала на коже головы; и

полосовой фильтр для фильтрации усиленного замера электрического потенциала на коже головы, чтобы, по существу, минимизировать эффекты наложения во время последующей оцифровки.

Система дифференциального усилителя и полосовой фильтр предпочтительно выполнены с возможностью поддержки, по существу, общего коэффициента усиления, фазы и задержки вдоль каждого тракта сигнала замера электрического потенциала на коже головы.

Полосовой фильтр предпочтительно имеет форму высокочастотного фильтра с подавлением низкочастотных кратковременных помех и низкочастотного фильтра защиты от наложения высоких частот. В более предпочтительном варианте полосовой фильтр выполнен с возможностью обеспечения подходящего подавления низкочастотных кратковременных помех и дополнительно выполнен с возможностью обеспечения ослабления более чем на половину уровня квантования на частоте Найквиста для предварительно заданного аналого-цифрового преобразователя. В более предпочтительном варианте полосовой фильтр является усилителем с симметричным полосовым фильтром шестого порядка, с полосой пропускания от 1 Гц до 40 Гц.

В предпочтительном варианте входной сигнал для дифференциального усилителя можно выбирать из любого из группы сигналов, содержащей общий опорный сигнал, усредненный сигнал и предварительно усиленный и буферизованный сигнал датчика.

В предпочтительном варианте устройство дополнительно содержит:

цифровой преобразователь для оцифровки, по меньшей мере, одного замера электрического потенциала на коже головы и

первый процессор для выполнения обработки сигналов, по меньшей мере, одного замера электрического потенциала на коже головы и формирования выходного сигнала.

Выходной сигнал предпочтительно передается беспроводным образом во второй процессор.

В предпочтительном варианте устройство дополнительно содержит модуль межканальной связи, выполненный с возможностью подавления межканальных радиочастотных помех между каждым трактом сигнала замера электрического потенциала на коже головы.

Модуль межканальной связи выполнен с возможностью выбора режима замера электрического потенциала на коже головы из группы, содержащей: режим канала относительно опорного канала, режим канала относительно среднего для каналов и дифференциальный межканальный режим.

В соответствии со вторым аспектом изобретения предлагается способ измерения электрических потенциалов на коже головы, содержащий этапы, на которых:

принимают исходный замер электрического потенциала на коже головы на датчике, при этом замер снимают через волосяной покров и воздух; и

предварительно усиливают исходный замер электрического потенциала на коже головы усилителем с высоким входным импедансом, чтобы формировать предварительно усиленный замер электрического потенциала на коже головы.

В предпочтительном варианте способ дополнительно содержит этапы, на которых:

подавляют существенную компоненту синфазного сигнала и шума предварительно усиленного замера электрического потенциала на коже головы, чтобы формировать, тем самым, замер электрического потенциала на коже головы с подавленным синфазным сигналом; и

подавляют радиочастотные шумы замера электрического потенциала на коже головы с подавленным синфазным сигналом, чтобы формировать замер электрического потенциала на коже головы с подавленными радиопомехами.

В предпочтительном варианте способ дополнительно содержит этап усиления замера электрического потенциала на коже головы с подавленными радиопомехами, чтобы формировать усиленный замер электрического потенциала на коже головы для оцифровки.

В предпочтительном варианте способ дополнительно содержит этапы, на которых:

применяют полосовую фильтрацию от кратковременных помех и наложения усиленного замера электрического потенциала на коже головы, чтобы формировать сглаженный замер электрического потенциала на коже головы для оцифровки;

оцифровывают сглаженный замер электрического потенциала на коже головы, чтобы формировать последовательность оцифрованных значений электрических потенциалов на коже головы;

обрабатывают последовательность оцифрованных значений электрических потенциалов на коже головы, чтобы формировать форму сигнала электрического потенциала на коже головы; и

формируют форму замера.

В предпочтительном варианте способ дополнительно содержит этап передачи выходного сигнала по беспроводному соединению для приема вторым процессором.

Принимаемый исходный замер электрического потенциала на коже головы предпочтительно измеряют через волосяной покров и воздушную контактную область; при этом контактная область создает высокий и переменный импеданс связи источника с кожей головы; и предусилитель выполнен с возможностью обладания входным импедансом значительно более высоким, чем импеданс, создаваемый контактной областью источника. В предпочтительном варианте входной импеданс является активным и повышается с помощью этапа применения обратной связи.

В соответствии с третьим аспектом изобретения предлагается способ измерения электрического потенциала на коже головы, содержащий этапы, на которых:

принимают входной сигнал исходного электрического потенциала на коже головы из множества датчиков для образования соответствующего множества каналов;

выбирают конфигурацию режима измерения из группы, содержащей: режим канала относительно опорного канала, режим канала относительно среднего для каналов и дифференциальный межканальный режим;

смещают входной сигнал при поддержке высокого входного импеданса;

согласуют коэффициент усиления канала до дифференциального получения сигнала канала;

подавляют радиочастотные помехи сигнала канала при поддержке согласования коэффициента усиления и фазы в качестве дополнительного этапа при обеспечении обработанного сигнала канала;

подавляют синфазную помеху сигнала канала в качестве дополнительного этапа при обеспечении обработанного сигнала канала;

выполняют полосовую фильтрацию сигнала канала в качестве дополнительного этапа при обеспечении обработанного сигнала канала и

оцифровывают обработанный сигнал канала для обеспечения цифрового сигнала замера электрического потенциала на коже головы, характеризующего входной сигнал, измеренный в соответствии с выбранным режимом измерения.

Высокий входной импеданс предпочтительно обеспечивают предусилителем, содержащим усилитель с высоким входным импедансом для усиления исходного замера электрического потенциала на коже головы, чтобы формировать предварительно усиленный замер электрического потенциала на коже головы. Входной импеданс предпочтительно значительно выше, чем импеданс, связанный с контактной областью между источником и датчиком. Импеданс контактной области источника предпочтительно создан любой контактной средой, кожей головы и подлежащими тканями. В предпочтительном варианте входной импеданс является активным и повышается путем применения обратной связи. Предусилитель предпочтительно содержит широкополосный высокоимпедансный вход и цепь активного смещения, выполненную с возможностью создания входного импеданса более чем 10 ПОм в диапазоне от 0,01 Гц до 400 Гц.

В соответствии с дополнительным аспектом изобретения предлагается устройство для измерения электрического потенциала на коже головы, содержащее:

множество датчиков, один из которых можно считать разностным, опорным или общим, выполненных с возможностью получения исходного замера электрического потенциала на коже головы через волосяной покров и воздушную контактную область; при этом контактная область создает высокий и переменный импеданс источника в месте соединения с кожей головы; и

предусилитель, связанный с датчиками; причем предусилитель выполнен с возможностью обладания входным импедансом значительно более высоким, чем импеданс, создаваемый контактной областью источника; причем предусилитель принимает исходный замер электрического потенциала на коже головы и формирует предварительно усиленный замер электрического потенциала на коже головы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже, исключительно для примера, приведено описание предпочтительного варианта осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - примерная блок-схема устройства для измерения электрического потенциала на коже головы;

фиг.2 - примерная высокоуровневая схема устройства в соответствии с фиг.1;

фиг.3 - примерная высокоуровневая схема аналоговых цепей в соответствии с фиг.2;

фиг.4 - примерная схема модуля предусилителя в соответствии с фиг.2;

фиг.5 - примерная схема модуля усилителя в соответствии с фиг.2;

фиг.6 - примерная схема интерфейсного модуля в соответствии с фиг.2;

фиг.7 - примерная схема модуля аналого-цифрового преобразования в соответствии с фиг.2;

фиг.8 - примерная схема процессорного модуля в соответствии с фиг.2;

фиг.9 - примерная схема модуля порта программирования на месте в соответствии с фиг.2;

фиг.10 - примерная схема конфигурации питания и заземления для сигналов в соответствии с фиг.2 и фиг.3; и

фиг.11 - примерная блок-схема последовательности операций способа для измерения электрического потенциала на коже головы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Предпочтительные варианты осуществления способа и устройства для измерения электрического потенциала на коже головы описаны со ссылками на чертежи.

Следующие варианты осуществления обеспечивают способ и устройство для обработки сигналов из датчика, предпочтительно имеющего форму электрода, таким образом, чтобы измерение электрических потенциалов на коже головы выполнялось при относительно незначительном объеме или отсутствии подготовки волосяного покрова и кожи. Тем самым, снижается постоянная необходимость при традиционном измерении ЭЭГ в слущивании омертвелых клеток многослойного эпителия или нанесении абразивных или токопроводящих гелей. Следует понимать, что датчик в упомянутых вариантах осуществления является, предпочтительно, электродом. Дополнительно следует понимать, что датчик может быть пассивным или активным устройством.

Как показано сначала на фиг.1, примерная блок-схема 100 варианта осуществления содержит датчики (или электроды) 110, предусилитель 120, усилитель 125 с фильтром синфазных помех, фильтр 130 подавления радиопомех, дифференциальный усилитель 140, фильтр 150 защиты от кратковременных помех и наложения, цифровой преобразователь 160, цифровой процессор 170 и дисплейное или запоминающее устройство 180. В данном варианте осуществления дифференциальный усилитель 140 усиливает разность между двумя сигналами датчиков, из которых один можно считать выбранным общим или опорным сигналом.

На фиг.2 показана высокоуровневая принципиальная схема 200 варианта осуществления, содержащего 4 входных датчика. Каждый входной датчик содержит соответствующий модуль 210 предусилителя. Эти модули предусилителей обеспечивают предусилитель и фильтр подавления радиопомех. Каждый модуль предусилителя связан с соответствующим модулем 220 усилителя.

В данном варианте осуществления каждый модуль 220 усилителя обеспечивает дифференциальный усилитель и фильтр защиты от наложения в форме полосового усилителя. В предпочтительном варианте дифференциальный усилитель селективно усиливает разность между опорным сигналом и средним значением входного сигнала или другим входным сигналом. Полосовой усилитель выполнен с возможностью выполнения фильтрации сигнала для защиты от наложения. Отдельный модуль 230 опорного предусилителя обеспечивает буферизованный опорный сигнал для системы.

Выходы упомянутых модулей 220 усилителей и модуля 230 опорного предусилителя соединены посредством интерфейсного модуля 240, который далее направляет сигналы в модуль 250 питания и аналого-цифрового преобразования. Данный интерфейсный модуль 240 обеспечивает также усилитель с обратной связью по синфазному сигналу, который возбуждает датчик 241 обратной связи по синфазному сигналу, и буфер опорного сигнала, который возбуждает датчик 242 заземления питания.

Модуль 250 питания и аналого-цифрового преобразования дискретизирует по времени и квантует каждый измеренный сигнал. Упомянутый дискретизированный по времени и квантованный сигнал подается в процессорный модуль 260. Процессорный модуль выполняет дополнительную обработку дискретизированных сигналов, чтобы формировать замеры электрических потенциалов на коже головы для вывода. Результаты, сформированные процессорным модулем, выводятся через модуль 270 Bluetooth.

Обеспечены также другие модули. Аккумуляторный модуль 280 обеспечивает стабильное питание системы и содержит систему зарядки аккумулятора. Показан также порт 290 для программирования на месте в качестве средства для программирования и связи с процессорным модулем 260.

На фиг.3 показана примерная общая схема обработки 300 аналогового сигнала. На данной высокоуровневой схеме показано, в основном, преобразование сигнала в одном канале. Аналоговая обработка, представляемая данной схемой, повторяется для сигнала каждого входного датчика.

В данном варианте осуществления сигнал входного датчика обрабатывается предусилителем 305. Сначала сигнал датчика буферизуется буфером 310 с единичным усилением и обратной связью, предназначенной для увеличения входного импеданса. В данном варианте осуществления входной импеданс является активным и повышенным благодаря введению обратной связи. Буферизованный сигнал 311 датчика подается в буфер 330 с усредняющим сумматором и RF (радиочастотным) фильтром сигнала и модуль 340 фильтра обратной связи по синфазному сигналу и усилителя. Буферизованный сигнал 311 датчика пропускается через дифференциальный фильтр 315 нижних частот для подавления сигналов радиопомех и затем буферизуется вторым буфером 320 с единичным усилением. Предварительно усиленный и буферизованный сигнал 321 подается в интерфейсный модуль как опорный сигнал 351 и передается в дифференциальный усилитель 350.

На данной схеме дополнительно показано, что все буферизованные сигналы 311 входных датчиков предпочтительно усредняются и буферизуются в буфере 330 с усредняющим сумматором и RF-фильтром сигнала, чтобы формировать усредненный сигнал 331. Упомянутый усредняющий усилитель содержит схему суммирующего RF-фильтра нижних частот, буферизованную малошумящим усилителем с единичным усилением, для формирования выходного усредненного сигнала 331, являющегося средним по всем сигналам входных датчиков. Упомянутый усредненный сигнал 331 применяется для режима измерения «межканального среднего» (далее РЕЖИМ 2). Данная схема имеет характеристики сдвигов по фазе и задержек сигналов, выбранные для согласования с дифференциальным RF-фильтром 315.

Модуль 340 фильтра обратной связи по синфазному сигналу и усилителя применяется для подавления синфазных сигналов и повышения характеристик ослабления синфазного сигнала при дифференциальном включении. Данный усилитель обратной связи содержит суммирующую схему, образующую часть фильтрующей схемы с обратной связью около усилителя. Усилитель обратной связи генерирует выходной сигнал 341 с подавлением синфазного сигнала в цепи отрицательной обратной связи с большим коэффициентом усиления, который подается в датчик 342 обратной связи по синфазному сигналу и далее продолжается как сигнал 343 канала 5 в модуль 380 аналого-цифрового преобразования.

В данном варианте осуществления буфер 345 с единичным усилением опорного сигнала/заземления питания формирует выходной сигнал 346 заземления питания, который возбуждает датчик 347 заземления питания. Тем самым завершается построение схемы внешней обратной связи, которая содержит все контактные импедансы цепи обратной связи, заземления питания и датчиков, а также подкожные импедансы тканей, внутренних относительно тканей кожи головы, и подлежащих тканей.

Предварительно усиленный и буферизованный сигнал 351 через связь по переменному току подается в дифференциальный усилитель 350. В данном варианте осуществления другой входной сигнал 352 дифференциального усилителя выбирается либо из общего опорного сигнала 353 (РЕЖИМ 1), либо усредненного сигнала 321 (РЕЖИМ 2), либо другого предварительно усиленного и буферизованного сигнала 321 (РЕЖИМ 3). Затем выбранный сигнал 352 через связь по переменному току подается в дифференциальный усилитель. Дифференциальный усилитель 350 усиливает разность между предварительно усиленным и буферизованным сигналом 351 и выбранным сигналом 352 и формирует дифференциальный сигнал 353. В данном варианте осуществления входной сигнал может выбираться из любого, по меньшей мере, одного из группы сигналов, включая общий опорный сигнал, усредненный сигнал и предварительно усиленный и буферизованный сигнал датчика.

Число сигналов может быть разным, в зависимости от выбранного режима. Данные возможности представлены в нижеприведенной таблице с учетом N входных сигналов.

Режим	Сигналы с учетом результатов измерения N датчиков
Режим 1	Сигнал (n), упоминаемый как SIG_REFN возможных сигналов
Режим 2	Сигнал (n), упоминаемый как усредненный сигналN возможных сигналов
Режим 3	Сигнал (n), упоминаемый как сигнал (m)(N-1)+(N-2)+…+1 возможных сигналов

Затем дифференциальный сигнал 353 фильтруется звеном 360 полосового фильтра для уменьшения обусловленных наложением артефактов, возникающих при последующей оцифровке сигнала. В данном варианте осуществления звено 360 фильтра содержит три последовательных звена. Звенья содержат полосовой фильтр 361, фильтр 362 нижних частот и фильтр 363 верхних частот. Затем полосовой отфильтрованный сигнал 364 подается в модуль 370 аналого-цифрового преобразования.

Буфер 370 опорного сигнала/сигнала заземления выделяет и буферизует опорный сигнал 381 с созданием, тем самым, сигнала 382 заземления, который передается в схемы полосового фильтра, дифференциального усилителя и предусилителя.

Ниже приведено более подробное описание модулей, которые входят в состав варианта осуществления.

На фиг.4 показана схема модуля 400 предусилителя. Сигнал 410 входного датчика подается последовательно в буфер 420 с единичным усилением, фильтр 430 нижних частот и буфер 440 с единичным усилением.

Экран входного датчика активно возбуждается экранным сигналом 450. Данный экранный сигнал, в основном, возбуждается выходным сигналом буфера 420 с единичным усилением.

Буфер 420 находится под напряжением смещения, прикладываемым схемой 460 обратной связи, и представляет входной импеданс 2 ГОм по постоянному току для сигнала 410 входного датчика. Входной импеданс по переменному току поддерживается схемой обратной связи с умножением на коэффициент усиления разомкнутого контура буферного усилителя. В данном варианте осуществления выбрана схема для создания импеданса минимум 1 ПОм (10¹⁵ Ом) в диапазоне от 1 Гц до 40 Гц. Данный входной импеданс по переменному току, предпочтительно, намного выше, чем импеданс контактной области источника, создаваемый любой контактной средой, кожей головы и подлежащими тканями.

Резистивная связь существует, главным образом, между кожей головы и входными датчиками. При непосредственном контакте с кожей связь имеет относительно низкий импеданс источника. Когда датчик отделен от кожи волосяным покровом, пот может формировать электролитический токопроводящий путь и, по-прежнему, создавать относительно низкий импеданс источника. Данный входной импеданс обычно возрастает, когда создается воздушным зазором между датчиком и кожей головы.

Предусилитель 420 с единичным усилением снабжен сравнительно высоким и соответственно согласованным входным импедансом, который дает возможность улучшенного детектирования сигналов на коже головы. Разработаны методы создания упомянутого высокого входного импеданса путем обеспечения точного согласования коэффициентов усиления каналов и усиления сигналов.

В предпочтительном варианте предусилитель 420 содержит широкополосный высокоимпедансный вход и цепь активного смещения, которая создает более чем 10 ПОм (10¹⁶ Ом) в диапазоне от 0,01 Гц до 400 Гц. Малошумящий операционный усилитель с высоким коэффициентом усиления на полевых транзисторах с входным сигналом с размахом, равным напряжению питания, с входным импедансом 10 ТОм (10¹⁹ Ом), в сочетании с экранированной цепью обратной связи и смещения служит для создания искомого входного импеданса. Данное решение служит для ослабления эффекта, вызываемого изменчивостью импедансов источников в результате различия характеристик источников, создаваемых сочетанием факторов, включающих в себя кожу, волосяной покров и условия влажности. Данное решение обеспечивает также высокоточное согласование коэффициентов усиления предусилителей между каналами перед последующей обработкой сигналов.

В данном варианте осуществления цепь обратной связи и смещения для высокоимпедансного предусилителя использует положительную обратную связь по переменному току с единичным усилением с центральной точкой двух высокоомных резисторов смещения постоянным током. Чтобы обеспечить критерии стабильности для исключения колебаний, выполняется математический анализ. Упомянутая цепь поддерживает высокий входной импеданс в полосе частот системы, чтобы, предпочтительно, сохранять высокоточное согласование коэффициентов усиления между каналами. Положительная обратная связь с единичным усилением применяется также для возбуждения активного экранирования входов предусилителя и датчика.

В предпочтительном варианте схема 430 подавления радиопомех, в сочетании со схемным соединением 625 (показанным на фиг.6), составляет фильтр радиопомех и обеспечивает подавление как дифференциальных, так и синфазных радиопомех, при поддержке высокоточного согласования коэффициента усиления между каналами и коррекции фазовых сдвигов и задержек, присущих распространенным методам подавления радиопомех.

Как показано, данная схема подавления радиопомех использует конфигурацию типа «дельта» вместо конфигурации типа «Pi», применяемой в традиционных дифференциальных схемах. Данная конструкция облегчает подавление радиопомех в многоканальной системе без ухудшения высокоточного согласования коэффициентов усиления между каналами.

В данном варианте осуществления выходной сигнал фильтра подавления радиопомех буферизуется малошумящим буфером 440 с единичным усилением перед подачей окончательного выходного сигнала в модуль усилителя. Фазовые характеристики данной схемы построения предпочтительно согласуются со сдвигом по фазе и задержкой сигнала, вводимыми усредняющим усилителем. Схема построения данной схемы подавления радиопомех изолирует схему подавления радиопомех дифференциального типа от высокоимпедансной цепи смещения усилительного каскада и, по существу, поддерживает высокоточное согласование коэффициента усиления между каналами.

На фиг.5 показана примерная схема модуля 500 усилителя. Данный модуль усилителя подает входной сигнал 510, сформированный схемой, показанной на фиг.4, и выбранный сигнал 520 в последовательно включенные дифференциальный усилитель 530, полосовой фильтр 540, фильтр 550 нижних частот и фильтр 560 верхних частот.

Дифференциальный усилитель 530 предпочтительно содержит интегральную схему высокоточного малошумящего инструментального дифференциального усилителя с высоким коэффициентом усиления. Данный усилитель применяется для селективного усиления дифференциального сигнала при ослаблении синфазного сигнала. Высокоимпедансная цепь 535 смещения и связи по переменному току выбрана для поддержки частотной характеристики и высокоточного согласования коэффициента усиления между каналами.

В данном варианте осуществления коэффициент усиления инструментального усилителя настроен, чтобы обеспечивать ±1 мВ динамический диапазон при привязке ко входу датчика. Предполагается, что коэффициент усиления должен быть настроен так, чтобы усиленный выходной сигнал находился в пределах динамического диапазона напряжений каскада оцифровки. Поэтому коэффициент усиления промежуточного фильтра защиты от наложения следует включать в данный расчет.

Фильтрация для защиты от наложения предпочтительно выполняется трехкаскадным полосовым фильтром, состоящим из полосового фильтра 540 каскада 1, фильтра 550 нижних частот каскада 2 и фильтра 560 верхних частот каскада 3. Характеристика фильтрации нижних частот полосового фильтра ослабляет эффект наложения, вызываемый взятием дискретных временных отсчетов сигнала. В предпочтительном варианте ослабление фильтра на частоте частоты Найквиста или выше снижает уровень сигнала ниже уровня квантования следующей системы оцифровки. Поэтому характеристики фильтра защиты от наложения и системы оцифровки следует рассматривать совместно после установления проектных ограничений.

Характеристика фильтрации верхних частот полосового фильтра 540 ослабляет эффекты низкочастотных кратковременных помех, проистекающих вследствие перемещения датчика, что, в противном случае, генерировало бы сигналы больше, чем динамический диапазон каскада фильтрации и последующей оцифровки.

В данном варианте осуществления применяется усилитель с симметричным полосовым фильтром шестого порядка с полосой пропускания от 1 Гц до 40 Гц. Данный фильтр выбран, чтобы обеспечивать ослабление сильнее, чем половина уровня квантования на частоте Найквиста, которую можно легко получить с использованием маломощного аналого-цифрового преобразователя, и чтобы обеспечивать подходящее подавление низкочастотных кратковременных помех.

Буфер 570 опорного сигнала с единичным усилением обеспечивает важную изоляцию канала и разветвление сигнала заземления в каскады фильтра, дифференциального усилителя и предусилителя соответствующего канала.

На фиг.6 показана примерная схема интерфейсного модуля 600. Данная схема показывает предпочтительное сопряжение сигналов, при измерении в канале относительно опорного канала (РЕЖИМ 1), из каждого из модулей усилителей для каждого модуля 610 датчика с выходными сигналами 620 и модуля 615 опорного предусилителя. Данные выходные сигналы 620 формируют вход в аналого-цифровой преобразователь. Опорный сигнал подается из модуля 615 опорного предусилителя в каждый из модулей 610 датчиков.

В другом варианте осуществления применяются альтернативные конфигурации для реализации измерения сигнала относительно среднего для сигналов (РЕЖИМ 2) или межсигнального измерения (РЕЖИМ 3). На фиг.6 не показан буфер 330 с усредняющим сумматором и RF (радиочастотным) фильтром сигнала.

Схемное RF (радиочастотное) соединение 625, параллельное модулям 610 датчиков и модулю 615 опорного предусилителя, завершает построение дифференциального фильтра подавления радиопомех.

В данный интерфейсный модуль встроен усилитель 640 и фильтр обратной связи по синфазному сигналу. Данный усилитель 640 и фильтр обратной связи по синфазному сигналу обеспечивает выход 645 с подавлением синфазных помех, который подключается к датчику 241 обратной связи по синфазному сигналу.

В данный интерфейсный модуль входит буфер 650 опорного сигнала с единичным усилением. Данный буфер 650 опорного сигнала с единичным усилением обеспечивает изоляцию и мощность возбуждения для выхода 655 заземления питания, который подключается к датчику 242 заземления питания. Тем самым завершается построение схемы подавления синфазного сигнала.

Приведенная схема дополнительно показывает альтернативные варианты конструкций для либо жестко смонтированных, либо переключаемых входных соединений с модулем 640 обратной связи по синфазному сигналу. В данном варианте осуществления жестко смонтированный вариант снабжен только резисторами «Rn», тогда как переключаемый вариант снабжен резисторами «Rns» и последовательными переключателями. Переключаемый вариант допускает подключение выбранных входов к усилителю 640 и фильтру обратной связи по синфазному сигналу или их изоляцию от упомянутого модуля посредством включения или отключения электронного переключателя 635.

На фиг.7 показана примерная схема для модуля 700 питания и аналого-цифрового преобразования. Данный модуль содержит общую точку 705 заземления «AGND», схему 710 аналого-цифрового преобразователя, схему 720 фильтра аккумуляторного питания и схему 730 питания и опорного сигнала.

Общая точка 705 заземления «AGND» предпочтительно сформирована заземленным экраном, относящимся к аналоговой части аналого-цифрового преобразователя. В предпочтительном варианте отдельные соединения на землю независимо проведены для отрицательного полюса аккумулятора, нулевого напряжения питания аналоговой части, нулевого напряжения опорного сигнала и цифровой земли в цифровых модулях.

Схема 710 аналого-цифрового преобразователя (АЦП) осуществляет дискретизацию по времени и квантует входные сигналы 711, обеспечиваемые вышеописанным интерфейсным модулем. АЦП классифицируют по его «n»-разрядному цифровому выходу 712, который представляется в формате, который совместим с последним процессорным модулем.

В данном варианте осуществления АЦП имеет разрешающую способность в младшем двоичном разряде (LSB), по меньшей мере, 0,5 мкВ и полный диапазон ±1 мВ при привязке ко входу датчика. Чтобы обеспечить данный динамический диапазон, применяется минимум двенадцать разрядов АЦП. Выход представляется в формате последовательного периферийного интерфейса (SPI).

Поэтому, при проектировании фильтра защиты от наложения, для согласования с двенадцатиразрядным АЦП требуется ослабление, по меньшей мере, 72 дБ на частоте полосы заграждения. Фильтр Баттеруорта нижних частот третьего порядка с граничной частотой 40 Гц имеет ослабление 72 дБ на частоте 640 Гц. Для подавления наложения на граничной частоте 40 Гц требуется частота дискретизации 680 отсчетов в секунду. Для подавления наложения на частоте полосы заграждения 640 Гц требуется частота дискретизации 1280 отсчетов в секунду.

После того как сигналы оцифрованы, выполняется дополнительная обработка процессорным модулем.

На фиг.8 и 9 показан пример модулей обработки и проводных соединений в соответствии с вариантом осуществления. Процессорн