浅淡现代心电图机位置反馈记录器系统

      心电图机中的记录器系统已由位置反馈式记录器系统取代了传统的盘香弹簧机械式记录系统。该系统主要包括位置检测器、限幅放大器、位置反馈放大器和驱动放大器几部分。由位置检测器（检测器与记录器联动）检测输出的位置反馈信号，经位置反馈放大器输出，送至驱动放大器的输入端作负反馈组成闭合环路，从而起到控制热笔位置正确偏转的作用。由于输出的位置反馈信号正比于热笔的位置即转角，所以该系统叫做位置反馈记录器系统。
一、位置检测器
位置检测器亦称位置传感器，现在普遍采用的有差动变压器式、同轴电位器式和磁敏电阻式三种：
１、“差动变压器”式位置检测器
    差动变压器是由一组相对于固定位置的次级线圈而可以移动的初级圈和两组固定位置的次级线圈组成。初级线圈作信号激励用，次级线圈由两个结构、尺寸和参数相同的两个线圈反相中联而成。它是利用初级线圈作直线移动，以改变初次线的互感量（初次级之间是通过空间耦合）来达到两个次级线圈电压的差值与初级线圈动作距离成线性关系的。
    差动变压器的工作原理是：在初级线圈L0中加入一定的交流激励电压E时，在次级线圈L1和L2中将分别感应出交流信号V1和V2。当L0 和L1、L2之间等距时，将在次级L1 、L2感应出大小相等相位相同的电压信号，输出为零。当L0和移动到L1附近（远离L２时），L1上上感应到的交流信号V1>V2。反之V２>V1。总之，当L0产生位移时，两个次级线圈L 1、 L2的感应电势就不相等，一个增加伴随另一个减少，因此，差动变压器便产生差动电压输出，输出电压的大小与相位取决于位移的大小与位移的方向。 
２、“同轴电位器”式位置测器
    该位置检测器是采用了与记录线圈同轴转动的固态性电位器结构，其工作原理是当固态线性电位器随记录线圈同轴转动时，R01和R02的阻值也在变化：线性电位器中心臂在中产位置时，R01=R02，此时V0＝  ；线性电位器中心臂在上面位置时，R01<R02,此时V0>  ；线性电位器中心臂在下面位置时，R01>R02，，此时V0< 。也就是说它是利用电位器中心臂与记录器线圈同轴移动，在不同的位置时R0不同的原理，以达到检测记录器不同位置时的相应反馈电压之目的。 
２、“同轴电位器”式位置测器
    该位置检测器是采用了与记录线圈同轴转动的固态性电位器结构，其工作原理是当固态线性电位器随记录线圈同轴转动时，R01和R02的阻值也在变化：线性电位器中心臂在中产位置时，R01=R02，此时V0＝  ；线性电位器中心臂在上面位置时，R01<R02,此时V0>  ；线性电位器中心臂在下面位置时，R01>R02，，此时V0< 。也就是说它是利用电位器中心臂与记录器线圈同轴移动，在不同的位置时R0不同的原理，以达到检测记录器不同位置时的相应反馈电压之目的。
3、“磁敏电阻”式检测器
     当磁铁在磁敏电阻上、下移动时，R磁1和R磁2的阻值也相应变化：磁铁在中间位置时，此时V0= ；磁铁在上面位置时，R磁1>R磁2此时V0< ；磁铁在下面位置时，R磁1<R磁2，此时V0> 。总之，它是得用磁铁与记录器线圈同轴转动。使磁铁在磁敏电阻上、下移动时，R磁不同的原理，从而达到检测记录器不同位置时的相应反馈电压之目的。 
二、位置反馈记录器
位置反馈记录器由内磁动圈记录器构成，但不必安装反作用弹簧，而由位置信号检测装置来代替弹簧的作用。内磁式记录器的结构包括以下三个部分：
    （1）放在表壳内，固定在表壳上。
    （2）线圈与上下轴焊在一起，上轴与盘香弹簧定在压板上。线圈的下轴（可以通过轴尖或轴承）被支架支撑，线圈可以在磁钢外左右移动。
    （3）热笔用架固定在转轴上。
    内磁式记录器的磁钢放在电流计内部，组成内磁回路，与外磁回路相比，可以减少损耗，加之结构上不用外部的大块磁钢，因而记录器的体积也相应减小。
    记录器的工作原理是利用电磁力F=BIL理论，可动线圈在没有作用力，此时可动线圈在位置信号检测装置的支持下，处于水平状态，热笔处于记录零位。如果有电流通过时，将形成一个转动力N，该力矩可使要可动线圈旋转。可动线圈不论是顺时针还是逆时针旋转，都使控制装置产生一个与转动力矩相反的力矩Nα。当线圈偏转时，位置信号检测装置产生反抗力矩，并与它的扭转角度α成正比。当N=Nα时，可动线圈停止转动，由所停位置来指示流入线圈电流的大小，所以当通过线圈的电流大小和方向与心电信号相同时，热笔就在心电记录纸上描记出连续的心电信号电流波形。
    热笔采用“点”状接触热笔，它是采用了半导体材料“点”接触发热元件，元件与笔杆之间用绝缘材料隔离，因而它的热容量，散热量和耗电量均较小。“点”状热笔必须配合特殊机构才能将记录器轴的转动变成笔端的直线运动，从而使笔端的垂直位移与记录器的偏转角成正比。三、“差动变压器”式位置反馈记录器电路
    到目前为止，应用广泛的国产XDH―3B型，进口ECG―6151、ECG―6511型等心电图机采用位置检测器式位置反馈记录器电路。在这里本文以国产XDH―3B型心电图机为例，就差动变压器式位置反馈记录器电路的工作原理简述如下，仅供。
该电路主要由以下几个部分组成.
1、限幅放大器
     由运算放大器 YS3电路限幅放大器，其增益可由下式求得：
     式中 中心点下部电阻，中点上部电阻。调整W即可改变限幅放大器的输出，控制了记录笔的移动幅度。
2．考毕兹振荡器π
      由偏流电阻R112、R113、复合管BG37、BG38与谐振回路L2、C26、C27组成电容三点式正弦波振荡器。其频率：
3、检波滤波电路
    由BG39、BG40、R114~R117、C30~C33和W11组成。此电路将V1、V2的输出经BG39、BG40半波检波和滤波后，将在W11的中心点（0点）得到一个对地的直流电平。此直流电压V0与L0、L1及L2的相对位置变化成线性关系。在W11调到中心位置的情况下，热笔在中间位置时，L0和L1、L2的相对位置相等。V1=V2，则V0=0。当热笔偏转时，L0线圈和记录器线圈连轴发生转动，V0就将发生变化。当L0靠近L1，远离L2时，V1>V2，V0>0，输出正电压，反之 ，V2>V1，V0<0，输出负电压。
4、位置反馈变压器
    由YS5组成，其电压增益为 它的作用是将位置检测信号V0进行放大，然后，一路经R98送到驱动放大器YS4的反相端，另一路经过微分电容C21、C22和W8、R100也送到YS4的反相端。W8为阴尼调节电位器。调节W8的大小，即可改变微分信号输出的大小，以达到调节阻尼的目的。
5、驱动放大器
    由运算放大器YS4和OCL单端推挽功率放大器BG31~BG34组成。静态时，即在没有做心测试时，YS4的6脚输出为0。经R144分二路，一路经D3，D3导通，将BG31的基极箝位在0伏，BG34、BG34截止，射极输出为0；另一路经D4，D4导通，BG32、BG33截止，输出为0。热笔处在中间位置。
    动态时可分两种情况讨论：
    （1）当测得的心电信号与位置检测器的输出一起叠加后送到YS4，并使YS4的输出从0V 上升到+10V的过程中，经R144分两路：一路随YS4输出电压的上升，经D4使BG32、BG33截止。热笔随差YS输出的增加在记录纸上描记出正向的心电曲线。
    （2）当两倍叠加后使YS4的输出从0V下降到—10V时，则与上述过程相反。热笔随着YS4的负向变化在记录纸描记出负向的心电曲线。W7是驱动电路的灵敏度调节，相当于调节了记录器系统的灵敏度。
6、“差动变压器”式位置反馈系统工作原理
    由正弦波振荡器输出的270KHz正弦波激励差动变压器，并通过热笔与记录器轴机械连接在一起，产生一个正比于记录器的位移信号，经差动整流滤波，YS5放大后位置检测信号与来自YS3的心电信号一起叠后送到YS4（心电信号与位置检测信号是反相信号），YS4输出驱动对称单端推挽功率放大器去推动记录器工作。当YS3的正信号等于YS5的负信号时，驱动放大器输出为0，记录器处于一个“动态平衡”状态。当输入心电信号发生变化时，记录器又将偏转并处于另一个新的“动态平衡”状态。这样，记录器在各种不同状态对幅值的描绘就是一幅心电信号。
    综上所述，热笔的移动总是处在对输入心电信号的响应状态，即按照信号而动作的。采用了位置反馈记录系统后，克服了传统的检流计笔描记录器为提高时间精度采取了各种直线补偿联动机械，其转动惯量和摩擦阻力的增加又导致了固有频率降低，回零滞后增大等缺点，同时也克服了采用增加扭转部件刚度解决上述缺点，从而又带来偏转所需的线圈电流电压会随之增大，甚至超出驱动放大器输出能力和记录器结构功耗能力允许的弱点。

注：本文中各有关的原理图可参阅作者本人编著的《外心图机实用技术》一书。