第二章 信号测量的基本条件-1
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生物医学电子学
研究电磁场耦合形成干扰时，应把以电场为主 和以磁场为主的两种情况分开，前者通过电容性耦 合引入干扰，后者以电感性耦合引入干扰。
在远场内，呈现出阻抗为377 Ω的平面波，当 讨论平面波时，均假定是在远场内；当分开讨论电 场和磁场时，则假定在近场内。当频率低于1MHz 时，测试系统内的耦合大多数由近场造成，因为在 这些频率上的近场可展延到300m；频率为30kHz 时，近场展延到104m。一般由附近设备造成的干 扰均可视为由近场耦合形成。
生物医学电子学
电磁兼容性设计EMC(Electro-Magnetic Compatibility)
测量系统不只受到外界干扰源的干扰，而且测量系统 本身也对内部、对外界其他电子设备产生电磁干扰，造成 互相干扰的电磁环境。在电子系统之间， 实现不互相干 扰、协调混同工作的设计，称为电磁兼容性设计。具有两 个含义：（1）电子系统或设备之间在电磁场环境中的相 互兼顾；（2）电子系统或设备在电磁场环境中能正常工 作。
生物医学电子学
（2）场的波阻抗描述
对短直导线源，近场波 阻抗为高阻抗，主要为电 场。电场以1／r3的速率衰 减，波阻抗也逐渐减小趋 于自由空间的波阻抗。
对于环形电流源，近 场波阻抗为低阻抗，主要 产生磁场。磁场以1／r3的 速率衰减， 波阻抗随着r 增加而趋于Z0。在远场内， 电场和 磁场都以1／r的速 率衰减。
生物医学电子学
第一节 人体测量中的电磁干扰
2.1.1 干扰引入
干扰源
耦合通道
敏感电路
干扰的形成包括三个条件：干扰源，耦合通道(即引入 方式)与敏感电路(即接受电路)。抑制干扰也就可以从这三 个方面找到相应的措 施。
(一)干扰源
能产生一定的电磁能量而影响周围电路正常工作的物 体或设备称为干扰源。干扰源分两类。
灵敏度越高，对干扰也就越敏感，极易把干扰引入测试系统。
2、生物体本身属于良导体，很容易接受外部干扰。尤其是 工频50Hz干扰，它几乎落在所有生物电信号的频带范围之 内，而在用电环境普遍存在，工频50Hz干扰往往完全淹没 了微弱的生物电信号。
3、由于皮肤电阻存在，人体是高内阻的生物电信号源。为 确保一定的测量精度，放大器输入阻抗应比信号源内阻高两 个数量级，而输入阻抗越高，越容易因静电耦合引入干扰。
生物医学电子学
1、自然界的宇宙射线、太阳辐射，太阳黑子产生的周期电 扰动等是一类干扰源。
2、由周围电气、电子设备产生的各种放电现象是另一类于 扰源。
• 发动机点火、继电器触点引起火花或电弧、电机的电刷 火花以及电灯管的辉光放电、弧光放电等；
• 电容电感的过渡过程的瞬变电压、瞬变电流等； • 大功率电路、各种变压器、广播、电视、雷达、导航等
电场E与磁场H之比称为波阻抗（ Zw = E/H）。远场时，波阻 抗等于介质特性阻抗(空气或自由空间，E/H=Z0＝377Ω)；近场 时，波阻抗决定于源的特性和源到观察点的距离，如果源为大电 流低电压(E/H＜377Ω)，则近场主要为磁场；如果场源为小电流 高电压(E/H＞377Ω)，则近场主要为电场。
所传播的电磁能； • 周围的220V交流电源是最直接的50Hz干扰源。
生物医学电子学
生物电信号提取过程的主要干扰是近场50Hz干扰源，因为 各种生物电信号中大部包含有50Hz的频率成分，而且生物 电信号的强度远远小于50Hz的干 扰。近场50Hz干扰源不只 直接影响多种生物电信号的提取，而且它存在于所有的测量 环境中，其抑制方法远比频率很高的各种电磁辐射干扰困难。
交流供电线路的大功率负载，如马达、高频炉等，它们所 产生的干扰波动，如启动、故障过渡过程、三相不同时投入等， 通过电网都可以传播到测试系统。
长信号线还能拾取附近设备或空间电磁场的干扰波。在测 试系统中对交流电源线或信号长线不采取措施，则形成干扰。
生物医学电子学
2．经公共阻Fra Baidu bibliotek耦合
在测试系统内部各单元电路 之间，或两种测试系统之间 存在公共阻抗。 图中 Rce为公共接地阻抗
Rcs为电源内阻及电源 线的阻抗
电流流经公共阻抗形成的压 降造成干扰。
生物医学电子学
3．电场和磁场耦合
（1）场的特性取决于“场源”的性质、场源周围的介质以及 观察点与源之间的距离等。
设λ为电磁波的波长，距离大于λ/2π时(约1/6波长)，称为远 场或辐射场，场的性质主要决定于场传播时通过的介质；距离小 于λ/2π时，称之为近场，场的特性主要决定于场源的性质 。
生物医学电子学
远场干扰通过电源线，生物电位电极引线引入测试 系统。远场中各种电磁波辐射、通信系统的射频干扰、 工业设备甚至医疗设备本身，都是一种随机的干扰，其 能量遍布整个空间，形成生物信号测量中的干扰。
4．近场感应耦合
它包括抑制来自外部的干扰(有时还有系统内部生成 的干扰)和抑制系统本身对外界其他设备产生的干扰两个 方面。这一设计原则，是提高测试系统可靠性的一个重要 方面。
生物医学电子学
(二)干扰耦合途径
1、传导耦合
经导线传播把干扰引入测试系统，称为传导耦合。 交流电源线、测试系统中的长线都能引起传导耦合， 它们都具有天线的效果，能够广泛拾取空间的干扰引 入测试系统。
生物医学电子学
Biomedical Electronics
第二章 信号测量的基本条件
第一节 人体测量的电磁干扰 第二节 测试系统的噪声 第三节 低噪声放大器设计
生物医学电子学
人体生物信号测量条件很复杂，测量一种生理参 数时，存在着其他生理信号的噪声。对测量系统之 外的干扰还十分敏感。
1 、被测信号是微弱信号，测试系统具有较高灵敏度。而
生物医学电子学
除了外界环境的干扰，微弱信号还常常被深埋在测试系 统内部的噪声中。
抗干扰和低噪声构成生物信号测量的两个基本条件。本章 的目的就是得到生物信号测量系统的强抗干扰能力和低噪 声电子设计方法。在讨论人体测量的各种检测技术之前， 这是十分必要的。
图2-1的曲线表示，随着设计、 研制过程的进展，抗干扰和低噪 声的措施无论在难度上和造价上 都将不断地增加。在设计阶段考 虑这些措施，可以解决 80-90％ 的问题，而且措施简单易行。
研究电磁场耦合形成干扰时，应把以电场为主 和以磁场为主的两种情况分开，前者通过电容性耦 合引入干扰，后者以电感性耦合引入干扰。
在远场内，呈现出阻抗为377 Ω的平面波，当 讨论平面波时，均假定是在远场内；当分开讨论电 场和磁场时，则假定在近场内。当频率低于1MHz 时，测试系统内的耦合大多数由近场造成，因为在 这些频率上的近场可展延到300m；频率为30kHz 时，近场展延到104m。一般由附近设备造成的干 扰均可视为由近场耦合形成。
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电磁兼容性设计EMC(Electro-Magnetic Compatibility)
测量系统不只受到外界干扰源的干扰，而且测量系统 本身也对内部、对外界其他电子设备产生电磁干扰，造成 互相干扰的电磁环境。在电子系统之间， 实现不互相干 扰、协调混同工作的设计，称为电磁兼容性设计。具有两 个含义：（1）电子系统或设备之间在电磁场环境中的相 互兼顾；（2）电子系统或设备在电磁场环境中能正常工 作。
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（2）场的波阻抗描述
对短直导线源，近场波 阻抗为高阻抗，主要为电 场。电场以1／r3的速率衰 减，波阻抗也逐渐减小趋 于自由空间的波阻抗。
对于环形电流源，近 场波阻抗为低阻抗，主要 产生磁场。磁场以1／r3的 速率衰减， 波阻抗随着r 增加而趋于Z0。在远场内， 电场和 磁场都以1／r的速 率衰减。
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第一节 人体测量中的电磁干扰
2.1.1 干扰引入
干扰源
耦合通道
敏感电路
干扰的形成包括三个条件：干扰源，耦合通道(即引入 方式)与敏感电路(即接受电路)。抑制干扰也就可以从这三 个方面找到相应的措 施。
(一)干扰源
能产生一定的电磁能量而影响周围电路正常工作的物 体或设备称为干扰源。干扰源分两类。
灵敏度越高，对干扰也就越敏感，极易把干扰引入测试系统。
2、生物体本身属于良导体，很容易接受外部干扰。尤其是 工频50Hz干扰，它几乎落在所有生物电信号的频带范围之 内，而在用电环境普遍存在，工频50Hz干扰往往完全淹没 了微弱的生物电信号。
3、由于皮肤电阻存在，人体是高内阻的生物电信号源。为 确保一定的测量精度，放大器输入阻抗应比信号源内阻高两 个数量级，而输入阻抗越高，越容易因静电耦合引入干扰。
生物医学电子学
1、自然界的宇宙射线、太阳辐射，太阳黑子产生的周期电 扰动等是一类干扰源。
2、由周围电气、电子设备产生的各种放电现象是另一类于 扰源。
• 发动机点火、继电器触点引起火花或电弧、电机的电刷 火花以及电灯管的辉光放电、弧光放电等；
• 电容电感的过渡过程的瞬变电压、瞬变电流等； • 大功率电路、各种变压器、广播、电视、雷达、导航等
电场E与磁场H之比称为波阻抗（ Zw = E/H）。远场时，波阻 抗等于介质特性阻抗(空气或自由空间，E/H=Z0＝377Ω)；近场 时，波阻抗决定于源的特性和源到观察点的距离，如果源为大电 流低电压(E/H＜377Ω)，则近场主要为磁场；如果场源为小电流 高电压(E/H＞377Ω)，则近场主要为电场。
所传播的电磁能； • 周围的220V交流电源是最直接的50Hz干扰源。
生物医学电子学
生物电信号提取过程的主要干扰是近场50Hz干扰源，因为 各种生物电信号中大部包含有50Hz的频率成分，而且生物 电信号的强度远远小于50Hz的干 扰。近场50Hz干扰源不只 直接影响多种生物电信号的提取，而且它存在于所有的测量 环境中，其抑制方法远比频率很高的各种电磁辐射干扰困难。
交流供电线路的大功率负载，如马达、高频炉等，它们所 产生的干扰波动，如启动、故障过渡过程、三相不同时投入等， 通过电网都可以传播到测试系统。
长信号线还能拾取附近设备或空间电磁场的干扰波。在测 试系统中对交流电源线或信号长线不采取措施，则形成干扰。
生物医学电子学
2．经公共阻Fra Baidu bibliotek耦合
在测试系统内部各单元电路 之间，或两种测试系统之间 存在公共阻抗。 图中 Rce为公共接地阻抗
Rcs为电源内阻及电源 线的阻抗
电流流经公共阻抗形成的压 降造成干扰。
生物医学电子学
3．电场和磁场耦合
（1）场的特性取决于“场源”的性质、场源周围的介质以及 观察点与源之间的距离等。
设λ为电磁波的波长，距离大于λ/2π时(约1/6波长)，称为远 场或辐射场，场的性质主要决定于场传播时通过的介质；距离小 于λ/2π时，称之为近场，场的特性主要决定于场源的性质 。
生物医学电子学
远场干扰通过电源线，生物电位电极引线引入测试 系统。远场中各种电磁波辐射、通信系统的射频干扰、 工业设备甚至医疗设备本身，都是一种随机的干扰，其 能量遍布整个空间，形成生物信号测量中的干扰。
4．近场感应耦合
它包括抑制来自外部的干扰(有时还有系统内部生成 的干扰)和抑制系统本身对外界其他设备产生的干扰两个 方面。这一设计原则，是提高测试系统可靠性的一个重要 方面。
生物医学电子学
(二)干扰耦合途径
1、传导耦合
经导线传播把干扰引入测试系统，称为传导耦合。 交流电源线、测试系统中的长线都能引起传导耦合， 它们都具有天线的效果，能够广泛拾取空间的干扰引 入测试系统。
生物医学电子学
Biomedical Electronics
第二章 信号测量的基本条件
第一节 人体测量的电磁干扰 第二节 测试系统的噪声 第三节 低噪声放大器设计
生物医学电子学
人体生物信号测量条件很复杂，测量一种生理参 数时，存在着其他生理信号的噪声。对测量系统之 外的干扰还十分敏感。
1 、被测信号是微弱信号，测试系统具有较高灵敏度。而
生物医学电子学
除了外界环境的干扰，微弱信号还常常被深埋在测试系 统内部的噪声中。
抗干扰和低噪声构成生物信号测量的两个基本条件。本章 的目的就是得到生物信号测量系统的强抗干扰能力和低噪 声电子设计方法。在讨论人体测量的各种检测技术之前， 这是十分必要的。
图2-1的曲线表示，随着设计、 研制过程的进展，抗干扰和低噪 声的措施无论在难度上和造价上 都将不断地增加。在设计阶段考 虑这些措施，可以解决 80-90％ 的问题，而且措施简单易行。