数字脉搏测试仪

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1、刘得志：数字脉搏测试仪数字脉搏测试仪1方案原理介绍1.1方案设计与论证正常人的脉搏次数是每分钟60～80次（婴儿为90～140次,老年人则为100～150次),这种频率信号属于低频范畴.因此,脉搏测试仪是用来测量低频信号的装置,它的基本功能要求是:要把人体的脉搏数(振动)转换成电信号,这就需要借助传感器。对转换后的电信号要进行放大、滤波和整形处理，以保证后续电路能正常对其进行进一步的加工和处理。脉搏测试仪要能在15秒左右测出脉搏跳动次数，并作出是否报警的判断。报警的上下限可以人工设置。总之，脉搏测试仪的核心是要对低频信号在

2、固定的短时间计数，最后以数字形式显示出来。可见，脉搏测试仪的主要组成部分是计数器和数字显示器。1.1.1方案设计脉搏测试仪的上述功能要求，可采用了三种不同的方案来实现：方案一：把转换为电信号的脉搏信号，在单位时间N内（如15秒）进行计数，完成后将计数结果通过乘法器乘以系数60/N（如60÷15=4）并用数字显示其计算后的值，从而得到每分钟的脉搏数。方案二：测量脉搏跳动固定次数n（比如5次，10次）所需的时间T或时钟脉冲数M，然后通过计算可以求得一个脉搏信号内包含的k=M/n时钟脉冲数k，进一步可以得到一个脉搏所需的平均时间

3、S=k*t，从而通过公式60/S转换为每分钟的脉搏数。方案三：该种方案和第一种有一点类似，其差别在于该方案采用的是倍频的方式求取脉搏数。在单位时间15秒内进行计数，由于15秒是一分钟的1/4，所以理想情况下60秒内测得的脉搏数是15秒内测得值的4倍。所以可以通过对被测脉搏波进行细分（即4倍频），从而通过计数器在15秒内所得计数结果就是一分钟的脉搏数。1.1.2方案验证这三种方案比较起来，第一种方案比较直观，但精度较低，如果计数时间是15秒最大时误差为±4次，而且电路结构需要乘法器，乘法器芯片难寻，电路结构复杂；第二种方案的

4、测量误差比较小，但实现起来电路要复杂些，而且也需要乘法器；第三种方案直观，电路结构简单，虽精度较第二种方案低，但由于采用倍频电路其精度已提高到±1次，完全满足设计要求。为了使脉搏测试仪轻巧而便宜，且有较高精度通常采用第三种方案，本文的设计就基于这一方案。2总体方案介绍本设计采用了1.1.1中的第三种方案，选用该种方案的原因是电路容易实现，各部分造价较低，满足精度要求。该方案选用19刘得志：数字脉搏测试仪压电薄膜力传感器，该传感器能感受微小变化，是一种很适用于动态测量的传感器。该传感器接在电桥电路中，当有压力传到传感器时，其

5、电阻发生变化，电桥失去平衡，产生差动电压，由于该电压很微弱（为毫伏级），需用一放大倍数足够大的放大器对其信号进行放大。由于震动、工频信号和放大器的噪声等的影响，导致其输出电压中有很多干扰信号，为此需采用一滤波器滤除脉搏信号中的干扰，由于脉搏信号为低频信号，所以该滤波器必须为低通滤波器。为了便于计数，需将经过滤波的信号整形为矩形波信号，为此还需设计整形电路。由于我们需要在十五秒内完成脉搏计数，在这里我们非常巧妙地采用了倍频的方式。由于15秒是一分钟的1/4，所以理想情况下60秒内测得的脉搏数是15秒内测得值的4倍。所以可以通

6、过对被测脉搏波进行细分（即4倍频），从而通过计数器在15秒内所得计数结果就是一分钟的脉搏数。这种设计方案的方框图如下图1。传感器放大器整形电路倍频电路计数器滤波器时基信号发生器报警电路LED显示器译码器报警范围预置电路图1设计方案方框图3单元电路的设计与选择3.1脉搏检测电路的设计因为采用的压电薄膜力敏元件是一种高性能的动态微压传感器,且输出电压信号有一直流叠加,故采用电桥法直接获取脉搏信号。如图2所示,可以看出采用电桥接法通过匹配R1c,R2c以及调整电位器Rc可以将传感器两端的交流变化量取出来。系统所用的电源是直流稳压

7、+5V,采用的串联电阻R1、R2为5kΩ。同时,为了排除电源的噪声干扰,前置一个100u电容C1接地。19刘得志：数字脉搏测试仪图2脉搏检测电路3.2信号放大电路的设计及参数计算3.2.1放大电路的选择由于输入级是毫伏级，为了便于信号的输出和处理，采用三运放高共模抑制比放大电路放大传感器的输出电压。电路如图3所示。它由三个集成运算放大器组成，其中U10、U12为两个性能一致的同相输入通用集成运算放大器，构成平衡对称差动放大输入级，U11构成双端输入单端输出的输出级，用来进一步抑制U10、U12的共模信号。当U10、U12性

8、能一致是，输入级的差动输出及其差模增益只与差模输入电压有关，而其共模输出、失调及漂移均在Rp两端相互抵消，因此电路具有良好的共模抑制能力，又不要求外部电阻匹配。此外，该电路还具有增益调节能力，调节Rp可以改变增益而不影响电路的对称性。图3三运放精密放大电路3.2.2电路参数的计算但为了消除U10、U12