Study of Electromagnetic Interferen

Study of Electromagnetic Interference to ECG
using Faraday Shield

R. Sudirman (IEEE member)*, N. A. Zakaria, M.N. Jamaluddin, M.R. Mohamed, K. N. Khalid
Faculty of Electrical Engineering, Universiti Teknologi Malaysia, 81310 Skudai, Johore, Malaysia
*Corresponding author: [e-mail]

Abstract- This paper presents the study of electromagnetic
interference effect from power line noise in Malaysia to
electrocardiograph (ECG) signal. The study includes the design of
ECG circuits that is used to eliminate the power line noise from the
signal. The ECG system basically is a combination of
instrumentation amplifier, high pass filter, low pass filter, and
notch filter. There are several other circuits developed in this study
which are voltage reference, ac-coupling circuit and low pass filter
for voltage input from USB power supply. The usage of faraday
shield is to get the real ECG signal without electromagnetic
interference from the power line. Faraday shield prevents a range
of outside noise from coming into the shield. Therefore, the data
taken inside the faraday shield is free from 50Hz noise without
using notch filter. The result of this study showed that faraday
shield can eliminate 50Hz power line noise in ECG signal.
Index Terms – ECG signal, electromagnetic interference, rejection
frequency, power-line noise, faraday shield
I. INTRODUCTION
A diagnostic tool for examining some of the functions of the
heart is the ECG signal. The ECG signal is an electrical signal
generated by the heart beat in which its signal has an amplitude
between 0.5mV to 4mV and signal frequency range of 0.05Hz to
100Hz [1]. There are many factors that should be taken into
consideration in the design of an ECG amplifier, such as the
frequency distortion, saturation distortion, interference from
electric devices and other sources.
There are three types of predominant noise that commonly
contained in the signal: (i) baseline wander (BW) noise, (ii)
electromyographic (EMG) interference, and (iii) 50Hz power
line interference. A major source of noise when one is recording
or monitoring the ECG is the electric power system [2].
Electromagnetic interference from nearby high power radio or
television can also be picked up by a close loop of lead wires.
Electromyographic noise source is located in the body itself. To
eliminate the noises mentioned above, differential amplifiers
and notch filter can be used.
The differential amplifiers in ECG system function to
eliminate the 50 Hz noise but the residual of the noise are still
existed. Although the existing noises are only it residual, the
effect to the ECG signal is still high because the measurement
range of ECG is too small which is 0.5 mV to 4mV only. As the



solution, notch filter with the center frequency of 50 Hz has
been used in [3]. But using notch filter removes the power line
frequency component along with the frequency component of
the ECG signal and introduces distortion to the filtered ECG
signal.
A Faraday Shield is an enclosure formed by conducting
material, or by a mesh of such material [4]. Such an enclosure
blocks out external static electrical fields. An external static
electrical field will cause the electrical charges within the
conducting material to redistribute themselves to cancel the field
effects in the shield’s interior. This effect is used, for example to
protect electronic equipment from lightning strikes and other
electrostatic discharges [5][6]. To a large degree, faraday shield
also shield the interior from external electromagnetic radiation if
the conductor is thick enough and the holes are significantly
smaller than the radiation’s wavelength.
A Faraday Shield is best understood as an approximation to
an ideal hollow conductor. Externally applied fields produce
forces on the charge carriers within the conductor, generating a
current that rearranges the charges. Once the charges are
rearranged in order to cancel the applied field inside, the current
stop flowing.
II. METHODOLOGY

A model of faraday shield was built from metal net to
experiment the theory and concept of faraday shield before
building the human size faraday shield. The human size shield
has been built using PVC pipe as the basic shape and all of the
surfaces shielded with metal net [6].
A 1-channel ECG circuit and notch filter are used to test the
effect of faraday shield [2]. The outcome of ECG signal and
noise signal were collected in different setting of places which
are outside the shield, inside the shield and outside the building
(far away from the shield). The signals were being transformed
to frequency domain using Fast Fourier Transform (FFT) in
MATLAB and compared them to see the difference of
amplitude at 50Hz frequency when placed outside the shield
inside the shield and outside the building. The study of
relationship between faraday shield and the effect on power line
in ECG system was conducted in those situations.
A. ECG Circuit
ECG system basically is a combination of instrumentation
amplifier, high pass filter, low pass filter and notch filter [7-8].
The block diagram is as shown in Figure 1 while Figure 2 is the
complete ECG circuit.

The instrumentation amplifier.
ECG circuit consists of 3 operational amplifiers. Two front
amplifiers are the differential amplifier that produces output
voltage that proportional to the differential between voltages
applied to the two input terminals. The gain is 26 to avoid
amplifier saturation [9-10]. The value of the gain can be
calculated from Equation (1):

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ศึกษาของสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้ากับ ECGใช้โล่ฟาราเดย์สุดีร์มาน R. (สมาชิก IEEE) *, N. A. Zakaria, Jamaluddin ลอดจ์อินน์ มรว. Mohamed คุณ N. คาลิดคณะวิศวกรรมไฟฟ้า ยูนิเวอซิตี้เทคโนโลยีมาเลเซีย สกูได 81310 รัฐยะโฮร์ มาเลเซีย * ผู้เขียนที่เกี่ยวข้อง: [e-mail]บทคัดย่อนี้กระดาษนำเสนอวิชาแม่เหล็กไฟฟ้า ผลรบกวนจากไฟฟ้าสัญญาณรบกวนในมาเลเซียเพื่อ electrocardiograph (ECG) สัญญาณ การศึกษารวมถึงการออกแบบ ECG วงจรที่ใช้ในการกำจัดสัญญาณรบกวนใช้พลังงานจาก การสัญญาณ ระบบ ECG โดยทั่วไปเป็นชุดของเครื่องขยายเสียงวัด ตัวกรองผ่านสูง ตัว กรองผ่านต่ำ และตัวกรองรอย มีหลาย ๆ วงจรอื่น ๆ ที่ได้รับการพัฒนาในการศึกษานี้ ซึ่งเป็นแรงดันอ้างอิง วงจร ac คลัป และต่ำผ่านตัวกรองสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่ป้อนจาก USB ไฟ การใช้งานของฟาราเดย์ โล่จะรับสัญญาณ ECG จริงโดยแม่เหล็กไฟฟ้า สัญญาณรบกวนจากสายไฟฟ้า ฟาราเดย์โล่ป้องกันช่วง ของเสียงรบกวนภายนอกจากมาเป็นโล่ ดังนั้น ข้อมูล ดำเนินเป็นอิสระจากเสียงรบกวน 50Hz โดยภายในฟาราเดย์โล่ ใช้กรองรอย ผลการศึกษาวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าที่ฟาราเดย์โล่สามารถกำจัด 50Hz ไฟฟ้าสัญญาณรบกวนในสัญญาณ ECG ดัชนีเงื่อนไข – สัญญาณ ECG สัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า การปฏิเสธ ความถี่ พลังงานสายเสียง โล่ฟาราเดย์ I. บทนำเครื่องมือวินิจฉัยสำหรับการตรวจสอบบางฟังก์ชันของการ หัวใจเป็นสัญญาณ ECG สัญญาณ ECG เป็นการสัญญาณไฟฟ้า สร้างขึ้น โดยหัวใจเต้นที่สัญญาณที่มีคลื่นความ ระหว่าง 0.5mV 4mV และสัญญาณช่วงความถี่ของเฮิร์ตซ์ 0.05 100Hz [1] มีหลายปัจจัยที่ควรนำมาเป็น พิจารณาในการออกแบบเพาเวอร์แอมป์ ECG เช่นการ ความถี่เพี้ยน เพี้ยนเข้ม สัญญาณรบกวนจาก อุปกรณ์ไฟฟ้าและแหล่งอื่น ๆมีสามชนิดของเสียงรบกวนกันซึ่งโดยทั่วไป อยู่ในสัญญาณ: (i) พื้นฐานเสียงเร่ (BW) (ii) electromyographic รบกวน (ดำรง) และ (iii) 50Hz ไฟฟ้ารบกวนรายการ บันทึกแหล่งที่มาสำคัญของเสียงเมื่อหรือติดตาม ECG มีระบบไฟฟ้า [2]สัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าจากใกล้เคียงกับวิทยุกำลังสูง หรือ โทรทัศน์ยังได้รับค่า โดยลูปปิดของสายนำ แหล่งเสียง electromyographic อยู่ในตัวเอง ถึง กำจัดเสียงที่กล่าวถึงข้างต้น เครื่องขยายเสียงที่แตกต่าง และสามารถใช้ตัวกรองรอย เครื่องขยายเสียงที่แตกต่างใน ECG ระบบฟังก์ชัน กำจัด 50 Hz เสียงแต่ส่วนที่เหลือจากของเสียงจะยังคง มีชีวิตอยู่ แม้ว่าเสียงที่มีอยู่เท่านั้นส่วนที่เหลือ การ มีผลให้สัญญาณ ECG มีเนื่องจากการประเมินช่วงของ ECG มีขนาดเล็กเกินไปซึ่งเป็น 0.5 mV การ 4mV เท่านั้น เป็น โซลูชั่น รอยกรอง ด้วยความถี่กลางของ 50 Hz ได้ การใช้ [3] แต่ใช้กรองรอยเอาสายไฟฟ้าส่วนประกอบความถี่กับความถี่ของส่วนประกอบของ สัญญาณ ECG และเกิดความผิดเพี้ยนให้ ECG กรอง สัญญาณ โล่ฟาราเดย์เป็นตู้ก่อตั้ง โดยดำเนินการ วัสดุ หรือตาข่ายวัสดุดังกล่าว [4] ตู้ดังกล่าวบล็อกออกภายนอกเขตไฟฟ้าคงที่ สถิตการภายนอก เขตไฟฟ้าจะทำให้ค่าไฟฟ้าในการทำวัสดุเผยแพร่เองยกเลิกฟิลด์ ลักษณะของโล่ตกแต่งภายใน ลักษณะพิเศษนี้จะใช้ ตัวอย่างการ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ป้องกันฟ้าผ่าและอื่น ๆ งานปล่อย [5] [6] ระดับขนาดใหญ่ โล่ฟาราเดย์นอกจากนี้ยัง ป้องกันจากรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกภายในถ้า คนมีความหนาพอ และหลุมมีมาก มีขนาดเล็กกว่าความยาวคลื่นของรังสี โล่ฟาราเดย์เป็นส่วนเข้าใจว่าเป็นการประมาณ นำกลวงที่เหมาะ ฟิลด์ที่ใช้ภายนอกผลิต บังคับในสายค่าธรรมเนียมภายในนำ สร้างความปัจจุบันที่จัดค่า เมื่อค่าปรับใหม่เพื่อยกเลิกฟิลด์ที่ใช้ภายใน ปัจจุบัน หยุดไหล ครั้งที่สองระหว่างแบบจำลองของฟาราเดย์โล่ถูกสร้างขึ้นจากโลหะสุทธิการ ทดสอบทฤษฎีและแนวคิดของฟาราเดย์โล่ก่อนสร้างโล่มนุษย์ขนาดฟาราเดย์ โล่ขนาดมนุษย์ ถูกสร้างโดยใช้ท่อ PVC เป็นรูปร่างพื้นฐานและทั้งหมดนี้ พื้นผิวที่ป้องกัน ด้วยโลหะสุทธิ [6] 1 ช่อง ECG วงจรและรอยตัวใช้ในการทดสอบผลของฟาราเดย์โล่ [2] ผลของสัญญาณ ECG และ สัญญาณเสียงถูกรวบรวมไว้ในการตั้งค่าต่าง ๆ ของสถานซึ่งอยู่นอกโล่ โล่ภายใน และภาย นอกอาคาร (ห่างจากโล่) มีการแปลงสัญญาณ การใช้อย่างรวดเร็วฟูรีเยแปลง (FFT) ในโดเมนความถี่ MATLAB และเปรียบเทียบให้เห็นความแตกต่างของคลื่นที่ความถี่ 50Hz เมื่ออยู่นอกโล่ภาย ในโล่ และภาย นอกอาคาร การศึกษาของ ความสัมพันธ์ระหว่างโล่ฟาราเดย์และผลสายไฟฟ้าใน ECG ระบบถูกดำเนินใน A. วงจร ECGระบบ ECG โดยทั่วไปเป็นชุดของเครื่องมือเครื่องขยายเสียง สูงผ่านตัวกรอง ตัวกรองผ่านต่ำ และกรองรอย [7-8]บล็อคไดอะแกรมได้ดังแสดงในรูปที่ 1 รูปที่ 2 เป็นการทำวงจร ECGเครื่องขยายเสียงวัดECG วงจรประกอบด้วยเครื่องขยายเสียงการดำเนินงาน 3 สองหน้า เครื่องขยายเสียงคือ เครื่องขยายเสียงส่วนที่ก่อให้เกิดผลผลิต แรงดันไฟฟ้าที่เป็นสัดส่วนจะแตกต่างกันระหว่างแรงดันกับขั้วอินพุตทั้งสอง กำไรเป็น 26 เพื่อหลีกเลี่ยงเครื่องขยายเสียงเข้ม [9-10] ค่าของกำไรคำนวณจากสมการ (1):

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ศึกษาการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าไปใช้คลื่นไฟฟ้าหัวใจ
ฟาราเดย์โล่

R . sudirman ( โดยสมาชิก ) * N . A . Zakaria m.n. , จาลาลุดดิน ม.ร.ว. Mohamed , K . N . คาลิด
คณะวิศวกรรมไฟฟ้า มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมาเลเซีย 81310 skudai johore , มาเลเซีย ,
* ที่สอดคล้องกัน ผู้เขียน : rubita @ fke . 1 . ของฉัน

บทคัดย่อ - บทความนี้นำเสนอการศึกษาแม่เหล็กไฟฟ้า
ผลจากการรบกวนเส้นพลังเสียงในมาเลเซีย

เครื่องตรวจคลื่นไฟฟ้าของหัวใจ ( ECG ) สัญญาณ ศึกษาการออกแบบวงจร
ECG ที่ใช้เพื่อกำจัดสายพลังเสียงจาก
สัญญาณ ระบบคลื่นไฟฟ้าหัวใจโดยทั่วไปคือการรวมกันของ
เครื่องมือเครื่องขยายเสียง , กรองผ่านสูง , ตัวกรองผ่านต่ำและ
กรองดีกว่า มีวงจรหลาย ๆที่พัฒนาขึ้นในการศึกษานี้
ซึ่งเป็นแรงดันอ้างอิง วงจรกรองผ่านต่ำสำหรับ AC และ
แรงดันอินพุตจาก USB แหล่งจ่ายไฟ การใช้งานของฟาราเดย์
โล่คือ รับสัญญาณคลื่นไฟฟ้าหัวใจจริงโดยไม่รบกวนจากพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า
บรรทัด ฟาราเดย์โล่ป้องกันช่วง
เสียงจากภายนอกเข้ามาในโล่ ดังนั้น ข้อมูล
ถ่ายภายในโล่ ฟาราเดย์เป็นฟรีจากเสียง 50Hz โดยไม่
การใช้ตัวกรองดีกว่า ผลการศึกษา พบว่า ฟาราเดย์
โล่สามารถขจัด 50Hz สายพลังเสียงในระบบสัญญาณ
ดัชนีเงื่อนไข– ECG สัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ารบกวน ความถี่การปฏิเสธ
เสียงสายไฟฟาราเดย์โล่
.
แนะนำเครื่องมือการวินิจฉัยสำหรับตรวจสอบบางฟังก์ชันของ
หัวใจสัญญาณคลื่นไฟฟ้าหัวใจ . สัญญาณ ECG เป็นสัญญาณไฟฟ้า
ที่สร้างขึ้นโดยการเต้นของหัวใจที่สัญญาณมันมีแอมพลิจูด
ระหว่าง 0.5mv เพื่อ 4mv และสัญญาณช่วงความถี่ 0.05hz 100hz

[ 1 ] มีหลายปัจจัยที่ควรนำมาพิจารณาในการออกแบบ
คลื่นไฟฟ้าหัวใจเครื่องขยายเสียง เช่น
ความถี่การบิดเบือน , ความเข้มการบิดเบือนสัญญาณรบกวนจากอุปกรณ์ไฟฟ้า

และแหล่งอื่น ๆมีอยู่สามชนิดของลักษณะเสียงที่มัก
ที่มีอยู่ในสัญญาณ : ( ฉัน ) ออกเดิน ( BW ) เสียง ( 2 )
electromyographic ( EMG ) การแทรกแซง และ ( 3 ) การแทรกสอดสายไฟ
50Hz . แหล่งเสียงเมื่อมีการบันทึกหรือการตรวจสอบคลื่นไฟฟ้าหัวใจ
เป็นระบบไฟฟ้า [ 2 ] .
แม่เหล็กไฟฟ้ารบกวนจากคลื่นวิทยุพลังงานสูงใกล้เคียงหรือ
โทรทัศน์ยังสามารถเลือกขึ้นโดยปิดการวนรอบของลวดตะกั่ว
แหล่งกำเนิดเสียง electromyographic ตั้งอยู่ในร่างกายตัวเอง

ลดเสียงที่กล่าวถึงข้างต้น ดิฟแอมป์
และกรองรอย สามารถใช้ ความแตกต่างในการทำงานของระบบแอมป์


ระบบตัดเสียงเหลือ 50 Hz แต่เสียงยังคง
มีอยู่แม้ว่าเสียงที่มีอยู่เท่านั้นที่เหลือ , ผลสัญญาณ ECG ยังคงสูงเนื่องจากการวัด
ช่วงของคลื่นไฟฟ้าหัวใจมีขนาดเล็กเกินไปซึ่งเป็น 0.5 ถึง 4mv MV เท่านั้น เป็น



การแก้ปัญหารอยกรองความถี่ 50 Hz กับศูนย์ได้
ถูกใช้ใน [ 3 ] แต่การใช้ตัวกรองบากเอาบรรทัด
พลังความถี่ส่วนประกอบกับความถี่ของ
ส่วนประกอบส่วนสัญญาณ ECG และบิดเบือนเพื่อเปิดตัวกรองสัญญาณคลื่นไฟฟ้าหัวใจ
.
a ฟาราเดย์โล่เป็นคอกที่ก่อตั้งโดยทำการ
วัสดุหรือตาข่ายวัสดุเช่น [ 4 ] เช่นตู้
บล็อกออกภายนอกไฟฟ้าคงที่เขตข้อมูล ภายนอกคงที่
สนามไฟฟ้าจะทำให้ค่าธรรมเนียมไฟฟ้าภายใน
การวัสดุเพื่อแจกจ่ายตัวเองยกเลิกสนาม
เทคนิคในการตกแต่งภายในของโล่ ผลกระทบนี้จะใช้ตัวอย่างเช่น
ปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จากสายฟ้าฟาดและ
ไฟฟ้าสถิตไหล [ 5 ] [ 6 ] ในระดับขนาดใหญ่ ฟาราเดย์โล่
ยังบังภายในจากรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก ถ้า
คอนดักเตอร์หนาพอ และหลุมอย่างมาก
เล็กกว่าของรังสีความยาวคลื่น
มีโล่เป็นดีที่สุดเข้าใจฟาราเดย์เป็นประมาณ
เป็นวาทยากรกลวงเหมาะ นำไปใช้ภายนอกเขตผลิต
บังคับบนประจุพาหะภายในตัวนำสร้าง
ปัจจุบันที่จัดเรียงรายการ เมื่อค่าใช้จ่าย
จัดใหม่เพื่อยกเลิกการใช้สนามภายใน ปัจจุบัน
หยุดไหล
2 วิธีการ

รูปแบบของฟาราเดย์โล่ถูกสร้างขึ้นจากโลหะตาข่าย
ทดลองทฤษฎีและแนวความคิดของฟาราเดย์โล่ก่อน
อาคารขนาดมนุษย์ ฟาราเดย์ โล่ มนุษย์ขนาดโล่
ได้รับการสร้างขึ้นโดยใช้ท่อพีวีซีเป็นรูปร่างพื้นฐานและทั้งหมดของพื้นผิวโลหะ
ป้องกันสุทธิ [ 6 ]
a 1-channel ECG และวงจรกรองบากที่ใช้ทดสอบผลของฟาราเดย์โล่ [ 1 ]ผลของสัญญาณเสียงและสัญญาณคลื่นไฟฟ้าหัวใจ
เก็บในการตั้งค่าที่แตกต่างกันของสถานที่ซึ่ง
จากโล่ ภายในโล่และภายนอกอาคาร
( ห่างจากโล่ ) สัญญาณที่ถูกแปลง
เพื่อโดเมนความถี่ใช้การแปลงฟูรีเยอย่างเร็ว ( FFT )
MATLAB และเปรียบเทียบให้เห็นความแตกต่างของคลื่นที่ความถี่ 50Hz

เมื่อวางไว้นอกโล่ภายในโล่ และ นอกอาคาร การศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างฟาราเดย์
โล่และต่อสายไฟ
ในระบบคลื่นไฟฟ้าหัวใจ ทำการศึกษาในสถานการณ์เหล่านั้น

โดยทั่วไประบบคลื่นไฟฟ้าหัวใจ ECG . วงจรคือการรวมกันของเครื่องมือเครื่องขยายเสียง
, กรองผ่านสูง , ตัวกรองผ่านต่ำกรองบาก [ 1 ] .
บล็อกแผนภาพที่แสดงในรูปที่ 1 รูปที่ 2 ในขณะที่
วงจรระบบเสร็จสมบูรณ์


ใช้เครื่องขยายเสียง วงจรคลื่นไฟฟ้าหัวใจประกอบด้วย 3 แอมป์ ) ด้านหน้าสอง
แอมป์เป็นค่าแอมป์ที่สร้างแรงดัน output
ที่สัดส่วนของความแตกต่างระหว่างแรงดัน
ใช้กับสองเข้าเทอร์มินัล ได้รับ 26 เพื่อหลีกเลี่ยงความอิ่มตัวเครื่องขยายเสียง
[ 12 ] มูลค่าของกำไรสามารถคำนวณจากสมการ ( 1 )

: