Biomedical Instrumentation 11주차 제출일 : 2014.06.08 2011103751 김소연

Index Ⅰ. Bio Impedance의 측정 Ⅱ. Phase-Sensitive Demodulation Ⅲ. Design for Electrical Safety ⅰ. Example1 ⅱ. Example2 ⅲ. Example3

Ⅰ. Bio Impedance의 측정 전류 주입 “In phase” “Quadrature” 전압 측정 𝐼 + 𝑣 𝑡 =V𝑐𝑜𝑠 𝜔𝑡+𝜃 =ZI𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑡+𝜃) =ZI𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡𝑐𝑜𝑠𝜃−ZI𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡𝑠𝑖𝑛𝜃 = ZI𝑐𝑜𝑠𝜃 𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡+[−ZI𝑠𝑖𝑛𝜃]𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡 + 𝑉 − 𝑖 𝑡 =I𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡 I=𝐼∠0 Z VM “In phase” “Quadrature” 주입 전류와 위상이 같다 => In phase 주입 전류와 위상이 90도 지연=> Quadrature

Ⅱ. Phase-Sensitive Demodulation T 𝒕 𝜽 𝑡 𝑇= 2𝜋 𝜔 = 1 𝑓 여러 주파수의 합은 FT로 구할 수 있다 𝑣 𝑡 = 𝐴 𝑛 𝑐𝑜𝑠𝑛𝜔𝑡 + 𝐵 𝑛 𝑠𝑖𝑛𝑛𝜔𝑡 = 𝐴 1 𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡+ 𝐵 1 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡+ 𝐴 2 𝑐𝑜𝑠2𝜔𝑡+⋯ 만약에 𝐴 2 𝑐𝑜𝑠2𝜔𝑡 성분을 얻고 싶으면 𝑣 𝑡 에 𝑐𝑜𝑠2𝜔𝑡 곱하면 1 2 𝐴 2 얻을 수 있다. 𝑇 : 𝑡 𝜃 = 2𝜋 : 𝜃 𝑡 𝜃 =𝑇 𝜃 2𝜋

Ⅱ. Phase-Sensitive Demodulation 𝑣 1 (𝑡) 1 𝑇 0 𝑇 𝑑𝑡 𝑣 𝐼 임피던스의 실수 정보 𝑣(𝑡) 한 주기 적분 = LPF 역할 cos𝜔𝑡 𝑣 2 (𝑡) 1 𝑇 0 𝑇 𝑑𝑡 𝑣 𝑄 임피던스의 허수 정보 한 주기 적분 = LPF 역할 sin𝜔𝑡 𝑣 1 𝑡 =𝑍𝐼𝑐𝑜𝑠 𝜔𝑡+𝜃 𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡= 1 2 𝑍𝐼{ cos 2𝜔𝑡+𝜃 +𝑐𝑜𝑠𝜃} 𝑣 2 𝑡 =𝑍𝐼𝑐𝑜𝑠 𝜔𝑡+𝜃 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡= 1 2 𝑍𝐼{ sin 2𝜔𝑡+𝜃 −𝑠𝑖𝑛𝜃} 𝑣 𝐼 = 1 2 𝑍𝐼 1 𝑇 0 𝑇 𝑐𝑜𝑠𝜃 𝑑𝑡 + 1 𝑇 0 𝑇 cos 2𝜔𝑡+𝜃 𝑑𝑡 = 1 2 𝑍𝐼𝑐𝑜𝑠𝜃= 1 2 𝐼𝑹𝒆(𝒁) 𝑣 𝑄 = 1 2 𝑍𝐼 −1 𝑇 0 𝑇 𝑠𝑖𝑛𝜃 𝑑𝑡 + 1 𝑇 0 𝑇 sin 2𝜔𝑡+𝜃 𝑑𝑡 = −1 2 𝑍𝐼𝑠𝑖𝑛𝜃= −1 2 𝐼𝑰𝒎(𝒁)

Ⅱ. Phase-Sensitive Demodulation 𝑰𝒎 Zsin𝜽 Z Z 𝜽 Zcos𝜽 𝑹𝒆 𝐙= (𝟐 𝒗 𝑰 ) 𝟐 + (𝟐 𝒗 𝑸 ) 𝟐 𝑰 𝛉= − tan −𝟏 ( 𝒗 𝑸 𝒗 𝑰 )

Ⅲ. Design for Electrical Safety ⅰ. Example1 N G H 220V ↓ DC Power Supply + 𝑉 𝐴 - 𝑉 𝐴 + 𝑉 𝐷 + 𝑉 𝐴 LCD LA RA Micro Processor AMP ADC RL - 𝑉 𝐴 Earth ground 직접 연결되지 않아도 Stray Capacitor를 통해 전류가 흐른다. 안전규격 통과 X

Ⅲ. Design for Electrical Safety ⅰ. Example1 안전규격을 만족하려면… 환자 몸이 Earth Ground와 연결되면 안 된다. 환자 몸과 연결된 전자회로가 Earth Ground와 연결되면 안 된다. 환자 몸과 연결된 전자회로에 공급하는 전원이 Earth Ground와 연결되면 안 된다.

Ⅲ. Design for Electrical Safety ⅱ. Example2 Isolation Barrier Inverting optocoupler (디지털 값이 inverting 되어 전달) + 𝑉 𝑖𝑠𝑜 LA RA TR Micro Processor Micro Processor AMP ADC Comm. RL - 𝑉 𝑖𝑠𝑜 Display Isolation, Floating Earth Ground 빛에 의해 isolation 된 신호를 빛으로 Earth Ground로 넘긴다.

Ⅲ. Design for Electrical Safety ⅱ. Example2 Power의 Ground 전자회로들을 동작시키려면 ADC나 uP로 들어가는 전원이 isolation Ground여야 한다. 하지만 같으면 안되므로 Isolation transformer 또는 DC/DC Converter를 이용한다. Isolation transformer는 1차 코일과 2차 코일이 분리되어있으며 2차 코일은 Earth Ground에 연결하지 않는다. DC/DC Converter는 잡음이 많아서 iso 쪽 전력소모에 클 때는 이용이 어렵다.

Ⅲ. Design for Electrical Safety ⅲ. Example3 Analog Signal 넘길 때 Analog Optocoupler를 쓰지만 왜곡이 많이 발생한다. 그래서 디지털로 변환하여 넘긴다. (잡음에 강하므로) Isolation Barrier Display 전원 Battery