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      心電圖機時間常數在不同規程中檢定方法的分析

      本文發表在中國計量雜志 2015.2

      崔秀艷 佳木斯市質量技術監督檢驗中心

      郜大華 鄭州市先達電子技術有限公司

            模擬心電圖機的檢定依據《JJG 543- 2008 心電圖機檢定規程》(以下簡稱規程1),數字心電圖機的檢定依據《JJG 1041- 2008 數字心電圖機檢定規程》(以下簡稱規程2),在這兩個規程中,心電圖機的時間常數的檢定從表述和具體操作上有差別較大,但實質上是否相同呢,本文將對此作較為詳細的分析。

      1  時間常數檢定在2個規程中的表述和操作   
            在規程1中,時間常數的檢定方法是這樣的:檢定儀輸出2mV峰峰值、周期為1s的方波信號,被檢心電圖機描記波形,測量波形從開始(此處不討論過沖問題)到320ms處電壓幅度的衰減量,如果這個衰減量不大于2mm(即200μV),則心電圖機的時間常數不小于3.2s。
          在規程2中,時間常數的測量方法是這樣的:檢定儀輸出2mV峰峰值、周期為10s的方波信號,被檢心電圖機描記波形,測量信號幅度衰減到初始值37%所經歷的時間間隔,這個時間間隔就是心電圖機的時間常數。合格心電圖機的時間常數不小于3.2s。
            從兩種規程的表述可以看出二者的異同點。
            相同點:二者對心電圖機的時間常數的要求是相同的, 時間常數不小于3.2s。
            不同點1:規程1只要求判斷心電圖機的時間常數合格與否,而不需要給出具體數據。規程2則要求先測出時間常數,再判斷合格與否。
            不同點2:二者采用的方波信號的周期不同。
            二者表面上看,差別比較大,實質是否相同呢?

            心電圖機時間常數通常用來反映放大緩變信號的能力,與前級放大器與中間級放大器之間RC耦合電路有關。通過RC電路中電容的隔直作用,將來自心電電極信號(經前級放大過的)中的直流極化電壓成分濾除,而只允許電極信號中變化的心電信號通過。下面我們從電路時間常數的定義出發,來進行分析。

      2  RC電路時間常數分析計算

      wx4_02     

            在圖1所示電路中,單刀雙擲開關S原來處于觸點1和3導通位置,電源對電容器C充電,充電結束,電容器端電壓是Us。
            在時間t=0,開關S觸點1和2導通,電容器通過電阻R放電,通過電路計算可以得到,任意時刻電容器端電壓u(t)的表達式:
                     wx4_04
            其中τ=RC,它稱為RC電路的時間常數,當電阻單位為Ω,電容單位為F時,τ的單位為s。
            需要說明的是電路的時間常數τ是RC電路本身所決定的,與外加的信號源無關。
      可以計算出:
            
      即經過一個時間τ/10后,電壓衰減了9.5%,或為原值的90.5%。
      經過一個時間常數τ后,電壓衰減了63.2%,或為原值的36.8%。

            電容器端電壓u(t)隨時間變化的曲線如圖2所示。
      wx4_06
            

            如果Us =2mV,心電圖機靈敏度S=10mm/mV,則Us在心電圖紙上對應20mm。
            在t=τ/10,u(τ/10) =1.81mV, 在心電圖紙對應18.1mm。換句話來說,電壓在t=τ/10處,電壓衰減量為0.19mV, 在心電圖紙上對應1.9mm。
            在t=τ,u(τ) =0.736mV, 即電壓衰減到0.736mV,在心電圖紙上對應7.36mm。

            從以上計算可以看出:
            規程1是在t=τ/10處,通過測量電壓衰減量,判斷電圖機時間常數是否合格,即在t=τ/10=0.32s處,如果電壓衰減量不大于0.19mV(對應1.9mm),則時間常數不小于3.2s。為了方便測量,規程1中把電壓衰減量定義為0.2mV(對應2.0mm),這將會帶來5%的系統誤差。
            規程2采用的心電圖時間常數的測量方法是基于RC時間常數的基本定義,即在電壓衰減為原值的37%處,找出對應時間,給出心電圖機的時間常數。當然用37%代替36.8%也會帶來0.54%的系統誤差。

      3 結束語
            通過對RC電路時間常數的分析計算和對2個心電圖機規程關于時間常數檢定的比較,我們可以得出如下結論:
            第一:2種方法在本質上是一樣的,都是基于RC電路的定義和分析計算。
            第二:規程1采用的方法便于具體操作和記憶,其圖示清楚,且能滿足準確性的要求。由于考慮的是τ/10時的數據,所以可以采用周期為1s激勵信號,心電圖機不需要走較多的紙。
            第三:規程2是基于時間常數的定義,準確普適,由于沒有圖示,對檢定員的能力要求稍高一點。采用周期為10s激勵信號,心電圖機需要走較多的紙。
            第四:本文給出了RC電路電容放電曲線,這可以很好地幫助檢定員理解時間常數的概念,正確地分析處理所測試的心電圖數據。

       

       
       

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