设计报告-光电脉搏信号检测电路

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1、医用电子设计报告光电脉搏信号检测电路一、设计目的与意义脉搏的概念：脉搏的广义内容包括心尖搏动波、动脉波和静脉波。其共同特点是频率甚低。动脉脉搏为一般所说的脉搏，由心脏节律性地收缩和舒张引起主动脉中的容积和压力发生改变，从而使动脉管壁出现振动而产生的。脉搏产生后沿管壁向全身动脉传播，在身体浅表有动脉通过的部位，都可触摸到脉搏。所以动脉波的测量相对来说比较方便。正常动脉波形如图。它由以下几个部分组成。上升支：在心室快速射血期，动脉血压迅速上升，管壁被扩张，形成脉搏波形中的上升支；下降支：心室射血的后期。射血速度减慢，进入主动脉的血量少于由主动脉流向外周的血量，故被扩张的大动脉开始回缩，

2、动脉血压逐渐降低，形成脉搏波形中下降支的前段。随后，心室舒张，动脉血压继续下降，形成下降支的其余部分。因为心室舒张时室内压下降，主动脉内的血液向心室方向返流。这一返流使主动脉瓣很快关闭。返流的血液使主动脉根部的容积增大，并且受到闭合的主动脉瓣阻挡，发生一个返折波，因此在降中峡的后面形成一个短暂的向上的小波，称为降中波。老年人或者高血压病人由于血管顺应性较差，所以降中波不明显或者消失。血管弹性不良而硬化时，上升及下降段也均呈陡峭状。脉搏能反映心血管系统多方面的状态，如心跳的频率和节律、心脏的收缩力、血管充盈度、动脉管壁的弹性等等。所以脉搏的测定是一项重要的临床检查顶目。中医更将扪脉作

3、为诊治疾病的主要方法。在中医现代化研究中，对脉搏的分析更为细致，可以分辨出迟脉、数脉、代脉、浮脉、弦脉、滑脉和涩脉等等。其中有以频率之不同而区分的（如迟脉、数脉），有以节律区分的（如结脉、代脉），有以深浅和形态区分的（如弦脉、滑脉、涩脉）等。这就要求在设计脉搏传感器时，要对其灵敏度、频响、拾取信号的方向等作认真的考虑。二、系统设计光电转换器信号放大、滤波示波器显示波形指端脉搏信息光电转换器的设计：①原理：利用光电池的光生电流大小与被测光的照度成正比的特性，用光电池作为光电变换器件。生物体组织对波长大于600nm的红光和近红外光线吸收的较少，透过较多。但是，血液却极易吸收这种光线，特

4、别是对波长700-800nm范围的光线，无论是氧和血红蛋白还是还原血红蛋白都能大量的吸收它。利用红外发光二极管照射手指尖部，因为指尖血管中血液容积变化体现动脉搏动情况，当血液充盈（容积变大）时，红光透过的少，否则透过的多。利用光电池把透过指尖的光强变化转化为电压信号。②光电池的选择脉搏波是低频微弱的生理信号，电路的核心元件光电探测器选用了灵敏度较高、响应快、转换效率高的硅光电池。硅光电池具有较小内阻的恒流源特性，当负载电阻小时，其光电流随入射光照度成好的线性变化关系，线性关系的范围也较宽。因此，电路设计时将硅光电池用作电流源透射型光电转换器③注意事项：1.硅光电池选择：在固定光强条

5、件下曝光，直接检测光电流是否达到所需灵敏度。2.检测光源稳定性：保证传感器匣内光源强度不变，应采用稳压电源。单次检测可用干电池。3.光源与光电池的距离能固定不变：防止光源移动影响波形幅。4.测试匣不透光或漏光：防止周围环境光源干扰。5.光电源引出线为屏蔽线——防止干扰(与显示器地线联结)6.使用时注意待测指端位置固定，每次插入均至无名指第一指节横纹处。如作持续监控用，需将传感器用胶纸固定，以免移动。三、单元电路的设计(1)光电转换电路光电转换电路的技术核心要有最佳的线性度和信噪改善比。光电转换电路采用如图所示的低输入阻抗的电流放大型。硅光电池与运算放大器的两个输入端相连，运算放大器

6、处于电流放大状态。运算放大器两输入端间的输入阻抗是光电池的负载电阻，可表示为=Rf／(A+1)为了抑制高频干扰和消除运放输入偏置电流的影响，实际电路在正输入端加入平衡电阻，可以使运放两个输入端由偏置电流在两电阻上产生的压降相等，从而消除偏置电流的影响。参数设置：C1=C2=1μFRf=23.9kΩ信号放大倍数为23900倍(2)信号调理电路a.信号放大、一阶滤波14μ电容隔直流，一阶滤波截止频率,放大倍数为100倍用ewb仿真得到结果：b.三阶滤波由于人体脉搏最高频率约为4hz，而主要频率分布在1hz左右，所以设置截止频率为10hz，选取三阶低通滤波器，设置参数如图标注，并且可以有

7、效的滤除50hz工频干扰。用ewb仿真显示结果：四、整体电路总体放大倍数A=A1A2=23900×100=2390000理论上将光源通过手指照射在硅光电池，电池的电流为2μA，放大后可以到达伏级，是令人满意的测试报告一、各项参数测试1.信号拾取采用实验室提供的台灯作为光源，由于要求精度不高，所以光源稳定性是符合要求的。测试时将食指指尖放于硅光电池上，尽量坐着测试，手臂放平，避免手的抖动和位移。2.三阶滤波器的测试输入信号Vi=16.9mv从1hz开始慢慢调大信号频率，