光電脈搏檢測電路設(shè)計報告

--1-光電脈搏檢測電路設(shè)計報告天津大學精儀學院生物醫(yī)學工程一班張靜翀3004202334脈搏波的概述脈搏波的定義脈搏波是以心臟搏動為動力源,臟收縮時,有相當數(shù)量的血液進入原已布滿血液的主動脈內(nèi),使得該處的彈性管壁被撐開,此時心臟推動血液所作的功轉(zhuǎn)化為血管的彈性勢能;心臟停頓收縮時,擴張了的那局部血管也跟著收縮,驅(qū)使血液向前流淌,結(jié)果又使前面血管的管壁跟著擴張,如此類推。這種過程和波動在彈性介質(zhì)中的傳播有些類似,因此稱為脈搏波(pulsewave)。脈搏信息血液在人體內(nèi)循環(huán)流淌過程中，經(jīng)受過心臟的舒張、內(nèi)臟流量的漲落、血管各端點的時要受到內(nèi)環(huán)境調(diào)控功能器官(臟器)狀態(tài)所需血液參數(shù)以及系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)等的影響。所以經(jīng)等系統(tǒng)的動態(tài)信息，很大程度上反映出人體心血管系統(tǒng)中很多生理病理的血流特征。脈搏測量的意義脈搏是臨床檢查和生理爭論中常見的生理現(xiàn)象，包含了反映心臟和血管狀態(tài)的重要生圖含有出很多有診斷價值的信息，可以用來推測人體某些器臟構(gòu)造和功能的變換趨勢，如:血管幾何形態(tài)和力學性質(zhì)的變異會引起脈搏波波形和波速等性質(zhì)的轉(zhuǎn)變搏的檢測可以對如高血壓和糖尿病等引起的血管病變進展評估。同時脈搏測量還為血壓測量，血流測量及其他某些生理檢測技術(shù)供給了一種生理參考信號。設(shè)計目的與意義目的應用光電式傳感器、放大濾波電路組成的脈搏測量電路通過示波器顯示人體指端動脈脈搏信息意義通過觀測到的脈搏的次數(shù)、跳動的波形為臨床供給局部診斷價值的信息，為人體某些器臟構(gòu)造和功能的變換趨勢供給生理參考信號系統(tǒng)設(shè)計測量信號的特征人體信息本身具有不穩(wěn)定性、非線性和概率特性。脈搏波的頻率屬于低頻，且信息微弱，噪聲強，因而信噪比低。0.1~60Hz20Hz內(nèi)。人體手指末端含有豐富的小動脈，它們和其它部位的動脈一樣,含有豐富的信息。測量原理隨著心臟的跳動手指尖的微血管發(fā)生相應的脈搏的容積變化，光放射電路發(fā)出的特定(人體的脈搏)轉(zhuǎn)換成光信號，通過光電進展觀測。系統(tǒng)構(gòu)造總體框圖:電源:5V、12V直流電源光電傳感器:濾波放大電路局部:可能存在的干擾環(huán)境光對脈搏傳感器測量的影響測量過程人體運動的噪聲人體其他信號的干擾檢測電路的噪聲50Hz工頻干擾單元電路設(shè)計光電傳感器:光放射電路承受放射波長范圍在600~700nm的紅色發(fā)光二極管,發(fā)光二極管的壓降一般為1.5~2.0V10~20mA為宜，所以選取R1=150歐姆。光轉(zhuǎn)換電路比較光電池、光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管后，打算承受光敏三極管，由于在光源范圍內(nèi)有較高的靈敏度，隨光線變換有較好的線性，且對光電流有放大作用。3DU31的NPN型光敏三極管，主要技術(shù)參數(shù)：反向擊穿電壓/V≥15最高工作電壓/V10暗電流/μA≤0.3光電流/mA＞2最大耗散功率/mW30峰值波長/nm880R2主要起分壓限流作用，3DU31阻值在十幾千歐至幾百千歐范圍，所以選取R2=100k歐姆。前級處理、放大電路由一個隔直低通反相放大器組成，去除直流電壓，抑制高頻信號，對50Hz工頻干擾進展初步衰減，同時對有用的脈搏信號進展了初步的放大。設(shè)置處級放大倍數(shù)為10倍，截止0.05-20Hz。AR4，選取R3=100K，R4=1M。同時為消退偏置電壓，在正輸入端和地間接R3R5，大小為R3與R491K。依據(jù)

12RC 0.05Hz,由于R3100K，所以選取C1=4.7uF。0.03Hz。低通濾波截止頻率設(shè)為20Hz，由于R4=1M，所以選取C2=6800Pf，截止頻率大致為23Hz。濾波電路該濾波局部承受三階巴特沃斯低通濾波器，設(shè)置截止頻率f=10Hz。依據(jù)歸一化方法選擇R6=R7=R8=100K,C3=0.56uF,C4=0.22uF,C5=0.033uF該低通濾波電路保存了有用的脈搏低頻信號，對50Hz工頻等噪聲進展了較大的衰減，能根本到達試驗的要求。后級放大電路承受可變增益反相放大電路反相放大器由于電阻的最大取值不能超過10M歐姆，假設(shè)要提高反相放大器的輸入阻高的輸入阻抗又可取得足夠的增益。假設(shè)選取R10遠大于R11、R12，則放大器的增益可用下式近似計算：AR101

R11R9

R12R9=100K，R10=1M，R1110K的電位器，R12=1K，R13=91K。C6R12構(gòu)成低通濾波，截止頻率為20Hz，依據(jù)公式增益范圍為11-110?？傮w電路設(shè)計補充：假設(shè)進一步提高電路的穩(wěn)定度和削減噪聲的來源電路，使LED發(fā)出穩(wěn)定的光源，增加測量精度。電路圖如下：D流源加在晶體管Q1Ic≈Ie也穩(wěn)定，依據(jù)Ic≈Ie=(V0-Vbe)/R2即使電源電壓變化Ic=Ie也不會轉(zhuǎn)變，從而使發(fā)光二極管法穩(wěn)定的光?？蓪鞲衅骶植孔龀煽晒潭ㄔ谑种干系闹柑资絺鞲衅鱽淼脑肼暋Ｔ肼曁幚砑傲粢馐马椆饷羧龢O管承受金屬封裝類型，避開手指外環(huán)境光的干擾放大器承受LM347，高信噪比，低偏置電流1uF的電容測量時測量者盡量保持穩(wěn)定，削減手指與傳感器間的相對運動小結(jié)應用透射式光電傳感器：紅色發(fā)光二極管發(fā)出光線，透過手指照耀到光敏三極管上進展光電轉(zhuǎn)換從傳感器出來的脈搏信號為幾毫伏至十幾毫伏，設(shè)置共放大100-1100倍，放大分為1010~110倍，最終將脈搏信號放大到伏級供示波器觀看，對不同的測量者可調(diào)整電位器到適宜的幅度進展觀看。脈搏信號主要能量區(qū)域集中在20Hz以下，濾波通過隔直電容和低通濾波器完成，前者消去直流和局部超低頻信號的影響，后者將高頻信號濾除，對50Hz工頻干擾進展主要的衰減，設(shè)定其范圍在0.05~10Hz，此外，兩級放大電路也對20Hz以上的信號進展了衰減。進展前景無創(chuàng)傷檢測技術(shù)將是將來醫(yī)學工程進展的重要方向信息，對臨床具有重