在上一篇博文中，我談到了在偏置測量輸入和管理CMRR性能時，雙電極和三電極解決方案之間的差異?，F在我想更多地關注電極本身。關于生物電勢測量，我多次聽到的一個問題是“傳感器是什么？我在我的第一篇博客中討論了生物電勢信號是如何產生的，以及可以用電極在皮膚上測量它們。這些電極充當體內離子電流的換能器，可以像將金屬等導電材料放置在皮膚上一樣簡單。

事實上，我用過的第一個“電極”是兩把金屬剪刀！那是十多年前，我正在測試AD8232的第一個原型，這是第三篇博客中討論的AD8233的前身。有什么比在示波器上查看您自己的ECG信號更好的方法來檢查信號調理性能（當然，為了安全起見，隔離和電池供電）。我將兩根電線連接到評估板上，然后將這些電線短接到剪刀上。這使得在測量手部心電圖時更容易進行良好的接觸。最終，我升級到了一組用于運動器材的電極。您可以看到，在這種情況下，有 4 個電極（每只手 2 個）。頂部金屬片用于進行差分生物電位測量。底部的另外兩個用于偏置身體和/或右腿驅動，證明您可以在多個點執行此操作。從電極返回的導線經過屏蔽，以最大程度地減少干擾。

電極型號

那么我們如何對這些電極進行電建模呢？圖 2 顯示了一個示例模型，其中“E慧聰“是材料依賴的半電池電位，它是不同電解界面的結果。這與阻抗（Rd與Cd并聯）串聯，阻抗表示該位置的電極-皮膚界面和極化。這也與另一個電阻器（Rs）串聯，該電阻器考慮了其他因素，例如電極材料的電阻。

圖 2 – 生物電勢電極模型和測量溶液中的位置

當提到極化時，完全“不可極化”的電極的行為更像電阻器“Rd”。一個接近的例子是通常用于可能應用電解凝膠的醫療應用中的氯化銀（Ag/AgCl）電極。它們更適合測量，因為它們具有較低的接觸阻抗、更低的噪聲和更少的運動偽影。與其他材料相比，Ag/AgCl電極也具有較低的半電池電位，如下圖3所示。

完全“可極化”的電極表現得更像電容器“Cd”。一個很好的例子是鉑金。這些電極更適合刺激，通常具有更高的噪聲和更差的運動偽影。實際上，很難制造出純極化或不可極化的電極，因此總會有一些Rd與Cd并聯。

關于半電池電位的一個澄清是，這不是您在電極上差分測量的直流偏移。每個電極都有一個半電池電位，所以你測量的是它們之間的不匹配或差異。對于完美匹配的電極，半電池電位是共模電壓的一部分。此外，由于極化，當電流流過電極時，這種半電池電位會發生變化。這種變化量稱為過電位。

圖 3 – 各種材料的半電池電位表

管理干電極

在調試生物電勢信號鏈時，客戶最常遇到的問題之一通常又回到難以與干電極良好接觸。有時這只是辦公室里的一個人測試了它，似乎無法發出信號。干電極看起來更像是可極化的電極，可能需要一些時間才能穩定下來，同時開始積聚非常少量的汗液。當信號輸出時遇到困難時，一個簡單的檢查是首先潤濕電極和/或皮膚（水或洗手液效果很好）。如果信號出現，則表明您正在處理聯系人問題。

許多因素可能導致接觸問題，應將其作為設計的一部分加以考慮：

電極的位置，包括任何頭發或干燥的皮膚（因人而異）

電極材料和與皮膚接觸的表面積（運動電極與尺寸較小的尺寸（如圖4所示的ADI VSM手表）之間存在巨大差異）

施加的壓力（如手腕上表帶的松緊度）

接觸電極的走線上的泄漏路徑（PCB上的助焊劑）

測量電路以及接觸電極的任何其他電路的輸入阻抗，例如導聯脫落檢測（例如，增加上拉/下拉電阻將改變輸入阻抗）

圖4 – 帶頂部和底部電極的ADI公司生命體征監測（VSM）手表

審核編輯：郭婷