简易光电脉搏提取装置.doc

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1、简易光电脉搏提取装置项目编号：指导教师：冯军项目组员：杜白（04004320）董哲廷（04004312）郭晓乔（04004325）1.述概：在这次非SRTP课外研学中，我们希望能够自己通过所学知识尝试设计一款提取人体内部生理信号的简易装置，经过前期调研，以及考虑到经费问题，最终确定为尝试提取人体脉搏信号。人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张，使血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波称为脉搏波。脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血

2、流特征。传统的脉搏测量采用脉诊方式，中医脉象诊断技术就是脉搏测量在中医上卓有成效的应用，但是受人为的影响因素较大，测量精度不高。无接触测量（NoninvasiveMeasurements）又称非侵入式测量或间接测量，其重要特征是测量的探测部分不侵入机体，不造成机体创伤，通常在体外，尤其是在体表间接测量人体的生理和生化参数。在医护人员的日常工作中，测量患者的脉搏是一向很令人头痛的工作。现有的侧脉搏方式主要有两种：直接手测和捆绑式仪器测量法。这两种方法都属于接触测量法。虽然很方便，但对于有些患者并不适用。比如说幼童、高度传染病患者、癫

3、痫患者等等。这时候我们设计的仪器的优势就会得到充分的显现。生物医学传感器是获取生物信息并将其转换成易于测量和处理信号的一个关键器件。光电式脉搏传感器是根据光电容积法制成的脉搏传感器，通过对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号，光电式脉搏传感器具有结构简单、无损伤、可重复好等优点。2．测量原理当恒定波长的光照射到人体组织上时,通过人体组织吸收衰减后测量到的光强将在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征。脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生的,在人体指尖,组织中的动脉成分含量高,而且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄,透过手指后检测

4、到的光强相对较大,因此光电式脉搏传感器的测量部位通常在人体指尖。可以认为光透过手指后的变化仅由动脉血的充盈而引起的,那么在恒定波长的光源的照射下,通过检测透过手指的光强将可以间接测量到人体的脉搏信号。最初设想:经过查阅相关资料，脉搏信号的频率范围为：0.1Hz－60Hz。绝大多数信号属于次声波范围。在实际中30Hz以上的信号就已经失去研究意义。因为5Hz左右的信号是病人和正常人脉搏波波的体现差异的地方。在我的设计中准备以10Hz作为截止频率。整个系统准备用四节1.5v干电池供电，运放采用NE5532，下面是其性能参数：光发射电路：

5、R1R2ViVo本电路的依据是电压电流转化电路，所以为了LED能够稳定的工作，在输入部分放了一个稳压管从而提供稳定电压，使得发光二极管能得到较稳定的电流。以1N4678为稳压器件，在Vi＝3V的情况下，为得到1.8V的稳压输出，则需要串联R2＝300Ω。又因为实验室中的发光二极管在20mA左右，所以I＝1.8/R1，计算出R1＝900Ω。光电转换此电路是以电流电压转换电路为基础设计出来的。电路特点：光电二极管输出短路电流与输出光强有良好的线性关系。反馈电路为一个一阶低通滤波器，在放大的同时可以进行滤波，这样有效的抑制工频干扰。左图

6、相对右图加了一个RC回路，这是因为光电池的电流非常小，运放偏置电流可能会对其造成影响，故设计成左图。以提高电路可靠性。我使用的光电池是2DU-3。电路中的输入电阻Zin＝R/A（A为运放的开环增益），本电路中R取10kΩ，故输入电阻为1Ω。可认为关电池处于短路工作状态，能得到近于理想的短路电流。所以有Vo＝IR。为了使一阶低通滤波器的截止频率为8Hz，f＝，所以C＝1.6μf高通滤波由于光电转换电路的输出可能含有较大的直流部分，因此在这里采用一个一阶高通滤波器，由于采用电阻与运放并联，所以电阻尽量取大以提高输入电阻，电容尽量取小降

7、低反应时间，R＝1MΩ，f＝，令截止频率为0.16Hz，故C＝1μf。同时射极跟随器又可以提高本输入级阻抗，将的输出阻抗，为后级器件更好的匹配，提供有利条件。初级放大为了更好的抑制50Hz的干扰,放大电路采用了,将放大器与滤波器设计为一体。电路放大倍数Av=R1/R2截止频率f=R2＝10kΩR1＝1MΩC＝0.016μfAv=100f=10Hz五阶低通滤波器以下为最开始的设想，试验的后期发现简单的级联会造成截至频率的改变，这也造成了很长一段时间较差的效果。巴特沃思低通滤波器f＝10Hzω=10*2πZ＝106Cx=R=ZR1=R

8、2＝100KΩ后级放大电路与前级放大电路相同的计算方法R2＝1kΩR1＝10kΩC＝0.16μfAv=100f=10HzCR3RwR1R1总结:实验电路第一级放大10000倍,初级放大100倍,后级放大在10倍到100倍之间总体设计截止频率在10H