#

Активные сухие электроды для биопотенциалов ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ

При создании различных практических систем для регистрации биопотенциалов сталкиваются с проблемой не удобства применения геля между электродом и кожей. В данной статье рассказывается как этого избежать. Для этого применим сухие электроды.

Как сделать активные сухие электроды биопотенциалов

Построение разных типов электродов для регистрации биопотенциалов описывается моделью, состоящей из RC цепочек.

Активные сухие электроды для биопотенциалов ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ
Модели различных электродов (изображение из сети Интернет)

Для каждого слоя материала между пластинкой электрода и источником сигнала внутри биообъекта характерна своя RC цепочка. Иногда присутствует только один из этих элементов, например проводимость внутри тела определяется только активной составляющей сопротивления (резистором), а когда между кожей и электродом ставится диэлектрик — остается только ёмкостная составляющая (конденсатор).

Различные виды электродов исходя из этой модели имеют свои особенности. Влажные и сухие электроды имеют гальванический контакт с кожей, который описывается источником тока, но в случае с сухим контактом активная составляющая сопротивления значительно возрастает.

С бесконтактными электродами ситуация сложней. Там гальванического контакта нет, а значит остается одна ёмкостная проводимость. Получается регистрируется электрическое поле биообъекта. Ну и учитывая особенности ёмкостной проводимости, низкие частоты подавляются.

Типовая схема сухого электрода биопотенциала

Подключить источник тока со столь высоким внутренним сопротивлением ко входу усилителя уже не получится. Поэтому, непосредственно к платине электрода подключают вход буферного усилителя, построенного по схеме повторителя напряжения.

Активные сухие электроды для биопотенциалов ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ
Сухой электрод. Функциональная схема (изображение из сети Интернет)

Он дает крайне высокое входное сопротивление и очень малое — выходное. Кроме того, организуется активное шумоподавление благодаря включению экрана в цепь отрицательной обратной связи.

Активные сухие электроды для биопотенциалов ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ
Сухой электрод. Принципиальная схема (изображение из сети Интернет)

Здесь показан пример сухого электрода для ЭЭГ, выполненного в виде «расчёски».

Реализация сухого электрода биопотенциалов

Есть один не очевидный момент в практической реализации такого электрода — сопротивление электрод-кожа не просто велико, но и очень не стабильно! Любые малейшие движения объекта измерения будут изменять это сопротивление, а значит и сам сигнал. Поэтому, для компенсации этого эффекта приходится идти на введение последовательно входу усилителя постоянного сопротивления. С одной стороны, это еще больше увеличит и без того большое внутреннее сопротивление источника, но с другой стороны, введет в сумму этих сопротивлений постоянное слагаемое. Если оно будет сравнимо или больше тех изменений сопротивления, которые присутствуют на контакте с кожей — их влияние будет нивелироваться!

Конечно, величина этого дополнительного сопротивления должна все равно быть на порядок меньше входного сопротивления усилителя, иначе ничего не получится.

На практике в реальные активные электроды производители включают различные цепи коррекции и это является уже их собственными «фишками», но основной принцип остается неизменным.

Видеодемонстрация

На видео можно своими глазами посмотреть как работает базовые принципы активного сухого электрода на примере сигнала ЭКГ. Здесь применяется электрод из обычной медной фольги.

Вопросы и предложения можете задать в группе ВК, телеграмм, разделе Сотрудничество и на канале Youtube.

(c) Роман В. Исаков, 2022