Multisim11呼吸信号检出的电路设计与制作(4)
第一章 介绍了呼吸信号检测的研究背景、应用意义，呼吸信号检测系统的研究现状以及本论文的主要内容。
第二章 介绍了阻抗法的优势，并提出本文所选取的电路设计方法，介绍阻抗法检测呼吸信号的基本原理知识。
第三章 介绍了设计的电路各个部分的理论原理，并给出了在Multisim11软件中设计的电路。
第四章 展示了设计电路在Multisim11软件中的仿真结果。
第五章 展示了制作的设计电路的实物电路板。
2 阻抗法的选择意义和基本原理
2.1 选择阻抗法用于检测呼吸信号
用压力传感器法检测呼吸信号，会给受试者带来不适感，并且束缚压力对呼吸的影响会人测量结果造成误差。而使用温度传感器不仅会给受试者带来不适，并且当鼻腔处于阻塞等异常状态时，此法难以检测到信号。至于心电图法则由于实现复杂和误差较大，并不实用。
相对的，阻抗法利用人体某部分阻抗的变化来进行生理参数测量，以帮助监护及诊断病情，并没有以上其他方法的缺点。由于阻抗法简单、完全、无创，结果准确稳定，能减少病人不适感，无过敏反应且不会产生任何副作用，故选择阻抗法监测呼吸信号是最为合适的。而阻抗法一般分为二电极法与四电极法，前者在提取胸阻抗变化信号时难以确定其是否是由胸阻抗变化引起的，同时还会造成基线漂移，而后者能提高信号的稳定性和可靠性，增强抗干扰能力[9]，更加适合于我们的测量。
在本课题中，笔者最终选择了四电极阻抗法来检测呼吸信号，在对前期设计的呼吸信号检测电路的正确性进行确认并进行优化后，实际动手设计调制，滤波，陷波，放大，解调电路并制作电路实物。
2.2 阻抗法检测呼吸信号的基本原理
图2.1 人体呼吸的的二文示意图
图2.1是一个人体呼吸的的二文示意图，图中组织全部均匀分布，故其阻抗分布也是均匀的，在金属板末尾的电极C和D是激励电极。右图中加入的电极E和F为测量电极。
图2.2 在人体呼吸的的二文示意图分别加入电阻率不同的物体
图2.2的左图为放置一个低电阻率的物体，此时人体内电流分布发生变化，等势面也产生相应变化，J至K之间的电压差减小；右图为放置了一个高电阻率的物体，此时与之前恰好相反，J至K之间的电压差增大了。
通过上面两图的对比可知，当人体内部的阻抗发生变化时，体内的电流分布就会发生变化，并引起电压等势面分布的相应变化，最终反映在表面电极测量到的电压发生变化。人体胸部可以等效看为一个容积导体，其阻抗包括电阻R、感抗L和容抗C，由于人体的感抗很小，一般可以忽略不计，而容抗在高频电流作用下影响也很小，所以对于高频电流而言，胸阻抗主要是以电阻形式存在的。由于电阻阻抗是由自身的电阻率，长度和横截面积决定的，所以随着人体的呼吸运动，胸廓不断地运动，肺内气体含量也在不断地改变，将导致长度和横截面积变化，从而使胸阻抗参生变化。当给胸部通以一高频恒流源时，根据欧姆定律,我们可以通过检测胸电压的变化来获得胸阻抗的变化，从而间接地反映人体呼吸的情况[21]。
3 电路设计
电路设计原理图如图3-1所示。整个电路由调制电路、滤波电路、陷波电路、放大电路、解调电路、同相加法电路组成。呼吸信号分别同60Hz与90Hz高频载波调制，然后经过滤波电路和陷波电路去除干扰，再由放大电路进行放大，最后解调得到输出波。将两个有不同频率调制得到的输出通过同相加法电路消除误差，最终可得呼吸检出信号。