Remoção de ruído de 50 hz da fonte de alimentação de ECG

No momento, estamos trabalhando em um projeto de biomedicina que é uma máquina de ECG. Existe um problema que não conseguimos resolver no lado do software é a remoção do ruído de 50 Hz. Agora estamos tentando remover o ruído de 50 Hz usando filtros analógicos. Alguém tem uma idéia de remover o ruído de 50 Hz usando componentes analógicos.

(o título original afirmou que o problema estava no sinal - Steven )

(nota: a pergunta dizia que o ruído estava no sinal. Parece ser a fonte de alimentação; veja minha edição mais abaixo.)

Um filtro de entalhe de 50 ou 60 Hz geralmente é feito como um filtro T duplo. Entretanto, um gêmeo-T passivo possui um fator Q ruim, o que significa que as frequências vizinhas também serão atenuadas, o que pode causar distorção no perfil do ECG.

Um filtro de entalhe ativo pode ser assim:

Não se esqueça de recalcular os valores do resistor para 50 Hz; R1 será de 11,8 MΩ. Qualquer opamp serve. A diferença com o filtro passivo é mostrada neste gráfico:

Talvez não seja tão claro, mas o gráfico do filtro ativo é a linha vertical em 60 Hz. Muito melhor que o filtro passivo.

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Se o 50 Hz estiver na fonte de alimentação, como você diz, ele precisa ser dissociado. Primeiro a própria fonte de alimentação. Um bom regulador não terá uma ondulação de 50 Hz em sua saída, portanto, talvez os capacitores de suavização nas entradas sejam muito pequenos. ( Pensando bem que a ondulação deve ser 100 Hz. Um diodo com defeito na ponte retificadora explicaria 50 Hz e uma ondulação muito alta. ) Se a ondulação de entrada for muito grande, pode ficar abaixo da tensão de entrada mínima do regulador. Você pode postar um esquema da fonte de alimentação com os valores dos componentes? Você também pode colocar um capacitor de 100 µF na saída.

Use também 100 µF em paralelo com 1 µF nas entradas da fonte de alimentação dos ICs. Se estiverem com pouca energia, você pode colocar um resistor de 10 a 100 in em série com a linha de alimentação, antes dos capacitores. Portanto, os capacitores estão diretamente nos pinos do IC. Observe que os resistores causarão uma queda de tensão nos 5 V, portanto, use apenas 100 Ω se a corrente de alimentação for menor que 1 mA. Até 10 mA, você pode usar o 10 Ω. Quanto maior, melhor, você terá que ver o que pode pagar. 10 mA através de um resistor de 10 will causará uma queda de 100 mV, ou seja, 2%, o que provavelmente é aceitável.

Como estudante, projetamos e testamos nosso próprio amplificador de instrumento (IA) discreto, usando um 3x Op padrão. Amp. para experimentos de laboratório de engenharia biomédica em 1974. Nós o usamos para ECG, sinal de EEG e controle protético. Também aplicamos eletrodos na minha têmpora e usamos para monitorar o movimento dos olhos. Ele criou um dente de serra com movimento lateral dos olhos, que chamou a atenção para monitorar as meninas que passavam e algumas pararam para se voluntariar para os testes de ECG. (com eletrodos aplicados ao tórax) Depois que entendemos os requisitos de design para CMRR, o zumbido de 50 / 60Hz desapareceu.

Aqui está minha lista de verificação de depuração para você;

• Seu projeto atende aos critérios de 120dB recomendados ou apenas o mínimo de 100dB?
• Você usa um único amplificador operacional ou o design triplo do amplificador operacional?
• Você pode tentar o método de back-drive flutuante ou "técnica de proteção" conhecida no setor médico por ECG como "drive da perna direita"
• Você tem uma resposta de erro CC de pele galvânica alta saturando seu amplificador de alto ganho ou comprometendo o CMMR?
• Você pode fornecer alguns resultados de medições de teste?

Quando uma entrada de campo E de 100V é sobreposta a um sinal de 100uV e se você tem uma boa taxa de rejeição de modo comum de 120 dB, obtém um nível de ruído de 100uV.

As maneiras de melhorar o zumbido de 50/60 HZ do CMMR são:

1. Use um amplificador de instrumento (IA) de design de alta qualidade (mas com custo muito baixo)

2. Guarda o sinal com a técnica de “movimentação da perna direita”. (conhecido como método de proteção analógica) em que você armazena em buffer o sinal do modo comum para fazer uma referência do modo comum de baixa impedância na perna que ainda está flutuando, mas suprime a alta tensão dos campos E de 50 / 60Hz pela taxa de impedância.

3. Fios da sonda de blindagem

4. Use amplificadores de instrumentos projetados por CMMR mais altos > 130dB

5. Use um filtro Notch ativo ajustável com Q = 100 (como relatado anteriormente)

6. Use o bloqueador de CM Ferrite ao redor dos cabos. (manga de alta permeabilidade)

7. Certifique-se de que o suprimento V + esteja isento de ruído com o regulador Linear, baixa tampa ESR na entrada e saída. e use derivações curtas entre V + e amp.

Minhas preferências em negrito

Tentar filtrar o ruído de 50 Hz deve ser apenas o último recurso, em parte porque o seu intervalo de frequência de sinal válido inclui 50 Hz. Qualquer coisa que você faça para reduzir 50 Hz também distorcerá o sinal desejado.

A melhor resposta é projetar o front-end analógico para minimizar a captação da frequência da linha. Os 50 Hz são provenientes do acoplamento capacitivo da linha de energia, que fica em toda a sala. No entanto, você está medindo a diferença entre tensões em vários eletrodos no corpo, e o zumbido da linha de energia de 50 Hz será em grande parte um sinal de modo comum.

As extremidades frontais do ECG precisam ser extremamente limpas quanto à eliminação do modo comum. Isso significa manipulação total do sinal diferencial para além de 50 Hz, garantindo que cada perna tenha a mesma impedância, usando amplificadores de instrumentação com boa rejeição de modo comum, absolutamente nenhuma referência de terra para um lado da medição, etc. O ruído do modo comum da linha de energia pode ter muitas vezes a amplitude dos sinais que você está tentando captar, então você realmente precisa acordar e prestar atenção a esse problema.

Outra coisa que a maioria dos sistemas de ECG faz é colocar um eletrodo na perna oposta ao coração, que geralmente é a perna direita. Isso é usado puramente para captar o sinal de modo comum, amplificado e, então, torna-se uma espécie de referência de terra flutuante para os circuitos diferenciais do primeiro estágio até que o sinal diferencial possa ser amplificado e sua impedância reduzida.

Se você fizer tudo isso corretamente e ainda tiver muito ruído na linha de energia, poderá considerar a redução da frequência da linha de energia do sinal final. No entanto, é melhor fazer isso no software, para que você possa apertar o filtro sem precisar tolerar componentes analógicos. Isso também permite medir a linha de energia e tornar um filtro síncrono. O entalhe muito apertado resultante terá menos impacto no sinal real do que um filtro analógico com peças acessíveis. O filtro analógico deve ser mais amplo devido apenas às tolerâncias das partes para garantir atenuação suficiente de 50 Hz, mesmo que a frequência central esteja um pouco desligada.

Portanto, em resumo, em ordem de precedência, você deve atacar o problema

1. Projete cuidadosamente o front-end analógico para uma boa rejeição de ruído no modo comum.

2. Projete cuidadosamente o front-end analógico para uma boa rejeição de ruído no modo comum.

3. Projete cuidadosamente o front-end analógico para uma boa rejeição de ruído no modo comum.

4. Não, isso não é bom o suficiente. Volte e corrija o front end analógico para uma melhor rejeição de ruído no modo comum.

5. Use um captador de modo comum na perna oposta para ajudar a cancelar o ruído do modo comum e repita a partir da etapa 1.

6. Elimine o ruído restante da fonte de alimentação com um filtro de software síncrono à linha de energia.