非接触电容耦合心电信号采集技术研究

本文主要探讨了电容耦合非接触电极在穿戴式心电信号（ECG）测量系统中的应用，针对传统电极与皮肤接触带来的不适感问题，设计了一种创新的解决方案。研究者利用印刷电路板制作的测量电极，通过电容耦合原理来测量位移电流，从而间接获取心电信号。这种方法避免了直接接触带来的皮肤刺激，提升了用户舒适度。 为了实现这一目标，文中采用了反接二极管来提供高阻值偏置电阻，配合高输入阻抗的仪表放大器，构建了一个信号提取电路。这种电路设计有助于减少噪声干扰，并有效地放大微弱的心电信号。测量系统的核心结构包含两个测量电极，以及一个作为基准的直接接地参考电极。研究者选用金属铝板、导电纤维和导电橡胶作为参考电极材料，进行了实验，探究了不同材质对共模干扰抑制性能和参考电极接触阻抗的影响。 为了进一步优化心电信号处理，作者将主元分析（Principal Component Analysis, PCA）与奇异谱分析（Singular Spectrum Analysis, SSA）这两种先进的信号处理方法相结合，提出了一种针对心电信号的新型处理算法。这种方法旨在提高信号的质量，去除噪声，同时保持信号的原始特征。 实验结果显示，这种非接触电容耦合心电信号测量系统在棉质衣物外部能够有效地获取到清晰、满意的ECG信号。这对于穿戴设备的日常使用，如运动监测、健康监护等场景具有重要意义，因为它提供了更加舒适且精确的生理信号采集方式。 这项工作不仅解决了穿戴式心电监测设备的用户舒适度问题，还展示了如何利用先进的信号处理技术提高心电信号的获取质量，为可穿戴健康监测设备的发展提供了新的思路和技术支持。