光電脈搏檢測(cè)電路設(shè)計(jì)報(bào)告

--1-光電脈搏檢測(cè)電路設(shè)計(jì)報(bào)告天津大學(xué)精儀學(xué)院生物醫(yī)學(xué)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(dòng)為動(dòng)力源,臟收縮時(shí),有相當(dāng)數(shù)量的血液進(jìn)入原已布滿血液的主動(dòng)脈內(nèi),使得該處的彈性管壁被撐開,此時(shí)心臟推動(dòng)血液所作的功轉(zhuǎn)化為血管的彈性勢(shì)能;心臟停頓收縮時(shí),擴(kuò)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(kuò)張,如此類推。這種過程和波動(dòng)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(diǎn)的時(shí)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(dòng)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(cè)量的意義脈搏是臨床檢查和生理爭(zhēng)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(jià)值的信息，可以用來推測(cè)人體某些器臟構(gòu)造和功能的變換趨勢(shì)，如:血管幾何形態(tài)和力學(xué)性質(zhì)的變異會(huì)引起脈搏波波形和波速等性質(zhì)的轉(zhuǎn)變搏的檢測(cè)可以對(duì)如高血壓和糖尿病等引起的血管病變進(jìn)展評(píng)估。同時(shí)脈搏測(cè)量還為血壓測(cè)量，血流測(cè)量及其他某些生理檢測(cè)技術(shù)供給了一種生理參考信號(hào)。設(shè)計(jì)目的與意義目的應(yīng)用光電式傳感器、放大濾波電路組成的脈搏測(cè)量電路通過示波器顯示人體指端動(dòng)脈脈搏信息意義通過觀測(cè)到的脈搏的次數(shù)、跳動(dòng)的波形為臨床供給局部診斷價(jià)值的信息，為人體某些器臟構(gòu)造和功能的變換趨勢(shì)供給生理參考信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)測(cè)量信號(hào)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(qiáng)，因而信噪比低。0.1~60Hz20Hz內(nèi)。人體手指末端含有豐富的小動(dòng)脈，它們和其它部位的動(dòng)脈一樣,含有豐富的信息。測(cè)量原理隨著心臟的跳動(dòng)手指尖的微血管發(fā)生相應(yīng)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(hào)，通過光電進(jìn)展觀測(cè)。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(duì)脈搏傳感器測(cè)量的影響測(cè)量過程人體運(yùn)動(dòng)的噪聲人體其他信號(hào)的干擾檢測(cè)電路的噪聲50Hz工頻干擾單元電路設(shè)計(jì)光電傳感器:光放射電路承受放射波長(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)/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(jí)處理、放大電路由一個(gè)隔直低通反相放大器組成，去除直流電壓，抑制高頻信號(hào)，對(duì)50Hz工頻干擾進(jìn)展初步衰減，同時(shí)對(duì)有用的脈搏信號(hào)進(jìn)展了初步的放大。設(shè)置處級(jí)放大倍數(shù)為10倍，截止0.05-20Hz。AR4，選取R3=100K，R4=1M。同時(shí)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(hào)，對(duì)50Hz工頻等噪聲進(jìn)展了較大的衰減，能根本到達(dá)試驗(yàn)的要求。后級(jí)放大電路承受可變?cè)鲆娣聪喾糯箅娐贩聪喾糯笃饔捎陔娮璧淖畲笕≈挡荒艹^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(yuǎn)大于R11、R12，則放大器的增益可用下式近似計(jì)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(jì)補(bǔ)充：假設(shè)進(jìn)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(cè)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(huì)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?。噪聲處理及留意事項(xiàng)光敏三極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(cè)量時(shí)測(cè)量者盡量保持穩(wěn)定，削減手指與傳感器間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)小結(jié)應(yīng)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(jìn)展光電轉(zhuǎn)換從傳感器出來的脈搏信號(hào)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(hào)放大到伏級(jí)供示波器觀看，對(duì)不同的測(cè)量者可調(diào)整電位器到適宜的幅度進(jìn)展觀看。脈搏信號(hào)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(hào)的影響，后者將高頻信號(hào)濾除，對(duì)50Hz工頻干擾進(jìn)展主要的衰減，設(shè)定其范圍在0.05~10Hz，此外，兩級(jí)放大電路也對(duì)20Hz以上的信號(hào)進(jìn)展了衰減。進(jìn)展前景無創(chuàng)傷檢測(cè)技術(shù)將是將來醫(yī)學(xué)工程進(jìn)展的重要方向信息，對(duì)臨床具有重