构建心电信号高通低通滤波器：去噪与放大实战

在2019年的春季学期中，电子科技大学医学仪器实验室进行了一项关于心电信号的高通与低通滤波实验。实验的目的是让学生理解心电信号中的干扰噪声来源，并学习构建有源滤波器的相关知识。实验的重点在于通过有源滤波技术来处理前馈放大器中可能存在的电极极化干扰、基线漂移、人体运动干扰和仪器噪声，这些因素可能会对信号的清晰度和可分析性造成负面影响。 实验中，学生们首先通过实验箱获取心电信号，并利用滤波模块进行预处理。他们拨动底板上的开关，接入心电电极夹，通过连接线将信号传送到滤波模块。然后，利用示波器观察滤波前后信号的变化，直观比较噪声的减少程度。实验设计了两步，首先使用标准模块进行滤波，再自行设计并制作滤波模块进行替换，以验证自制模块的性能。 滤波部分采用了4个运放芯片，通过连续的有源滤波实现了两次一阶高通和低通滤波。实验的关键在于选择合适的截止频率，例如，低通截止频率为7.38毫赫兹，高通截止频率则为432赫兹，确保能够有效地滤除低频和直流分量，同时允许有用的高频心电信号通过。 此外，实验还涉及到了实验器材的选择，包括心电采集实验箱、电脑、电极夹、连接线、电路板制作工具等。在实验步骤中，学生们通过Multisim和Altium Designer设计电路原理图，并制作PCB版图进行模拟。仿真结果显示，自制滤波模块的性能符合预期，滤波带宽达到了实验目标，减少了20分贝的信号损失。 总结来说，这个实验不仅锻炼了学生的动手能力和理论知识应用，还让他们深入了解了心电信号处理的重要性和实际操作技巧。通过实际操作和理论结合，学生能够掌握如何通过滤波技术优化心电信号的质量，这对于在医学领域进行心电监测和分析具有重要意义。