基于MEMS加速度传感器的无创胎心检测方法

　　一、概述
　　
　　检测胎儿心率是一项技术性很强的工作，由于胎儿心率很快，在每分钟l20～160次之间，用传统的*甚至只有放大作用的超声多普勒仪，用人工计数很难测量准确。而具有数字显示功能的超声多普勒*，价格昂贵，仅为少数大医院使用，在中、小型医院及广大的农村地区无法普及。
　　
　　此外，超声振动波作用于胎儿，会对胎儿产生很大的不利作用尽管检测剂量很低，也属于有损探测范畴，不适于经常性、重复性的检查及家庭使用。本项目基于VTI公司的SCA600C13H1G型MEMS加速度传感器，提出一种无创胎心检测方法，研制出一种简单易学、直观准确的介于胎心*和多普勒*之间的临床诊断和孕妇自检的医疗辅助仪器。
　　
　　二、SCA600C13H1G
　　
　　SCA600C13H1G硅电容式加速度传感器是由单晶硅和玻璃制成。这种设计能够保证，随着时问和温度的变化，产品具有很好的可靠性、准确性和稳定性。它的电容检测原理简单而且可靠，是基于两个平行板间距的变化来测量的。一对平行板间的电容和电荷存储量取决于平行板间的间距和板面积。
　　
　　产品的密封结构降低了封装要求。微粒或化学物质不能进入传感器内，从而保证了产品的可靠性。产品的双电容器结构和对称性设计改善了产品的零点稳定性、线性度和横向灵敏度。通常，温度系数小于0.05FS/~C，横向灵敏度小于3%。这种新型传感器有如下特点;紧凑的结构，低功耗，可靠性好，性能优异。
　　
　　VTI的加速度传感器是基于已经得到证明的3D-MEMS技术制作的。三维微电子机械系统（3D-MEMS），是各种技术的创新性组合，可以将硅加工成三维结构，其封装和触点便于安装和装配，用这种技术制作的传感器具有*的精度、极小的尺寸和极低的功耗。一个的传感器仅由一小片硅就能制作出来，并能测量三个互相垂直方向的加速度。
　　
　　三、系统工作原理与组成
　　
　　本传感器系统的工作原理如图1所示。　　
　　通过加速度传感器将胎儿心率转换成模拟电压信号，经前置放大用的仪器放大器实现差值放大。然后进行滤波等一系列中间信号处理，用A/D转换器将模拟电压信号转换成数字信号。通过光隔离器件输入到8051单片机进行分析处理，zui后输出处理结果。
　　
　　1、前置放大电路
　　
　　前置放大器主要考虑噪声、输入阻抗和共模抑制比这三项的影响。
　　
　　2、信号处理电路
　　
　　母体中胎儿心率信号是属于强噪声干扰下的低频微弱信号，由于其非常微弱，只有微伏级，同时干扰又很大，因此有效信号往往会被淹没。干扰信号一般包括高频的电磁干扰、50Hz工频干扰以及母体中的其它干扰源等。工频干扰主要以共模信号的形式存在，通常幅值可达几伏。母体中的干扰信号和胎儿心率信号的频率也不相重叠。能够根据胎儿心率信号主要集中在7OHz～l10Hz范围之内的特点，设计了一款针对性强、性能*、稳定可靠的胎儿心率信号处理电路，如图2所示。　　
　　中间信号处理电路分为带通选频电路、二级放大电路、50Hz陷波器和增益调节电路四部分。带通选频电路用状态变量滤波器作为带通滤波器，通带的zui大范围设定为50Hz;--"140Hz如图3所示。　　
　　这种滤波器有三个好处：适当选择元件数值。可使品质因数Q和中心频率无关;和Q对元件参数很不灵敏;Q只可以很高（可和高Q值有源带通滤波器相媲美）。