设计五 心音传感器.doc

设计五 心音/脉搏模块设计发表日期：2008年1月2日 已经有63位读者读过此文设计五 心音/脉搏模块设计一、 心音、脉搏模块设计目的1. 了解心音、脉搏传感器原理2. 要求掌握心音/脉搏测量电路的硬件实现方法二、心音、脉搏模块设计原理1.心音人体中的许多器官都在按照一定的规律运动着，运动时的振动会发出声音信息，这些声音信息都携带了许多相关器官的生理和病理特征，因而生理声音信息的测量具有十分重要的意义。心音是由心脏跳动时由于心肌收缩、瓣膜关闭和血液冲击的振动而产生的声音，由心脏和邻近大血管内血液湍流和涡流所引起的振动音称为心杂音。心音和心杂音的振幅极低，接近人的听觉阈值。各类心音和心杂音的频率成分不同，频率范围宽达0.1-2000Hz，其中经常测量的范围大约为20-1000Hz。当循环系统尤其是心脏瓣膜有病变时，心音将发生变化，亦可伴有杂音。听、录心音以及采用心音描记法是诊断心血管疾病的重要方法之一。心音与血压、心电波形之间有着密切的相互关系如下图所示。图 心电、心音波形图第一心音是当心室收缩时，血液射向主动脉，并因血液相继摆动关闭了房室瓣而产生的，它也源于主动脉根和心室间的血液摆动及血液在主动脉和肺动脉的湍流所引起的振动。第一心音的分裂是由于二尖瓣和三尖瓣不在同时关闭而产生。第一心音基本上处在心电图的QRS综合波期间。第二心音是主动脉和肺动脉内血流减速和反向流动与半月瓣的关闭所伴随产生的一种低频振动，第二心音与心电图中的T波结束同时发生。第三心音被认为是心房向心室迅速灌注期的突然结束和松弛的心室壁肌肉伴生的振动而产生的低幅、低频率波。第四心音是当心房收缩而推动血流进入心室时产生的，故亦称心房音。 心音的测量方法心音的测量可分为心内心音测量和心外心音测量两种。心内心音是将微型的心音传感器安装在心导管端部插入心脏或某些大血管内侧测量的心音。心外心音也就是通常所说的心音，是在胸壁外表面测得的。心音的的采集系统主要是由能够把胸壁的机械振动转换成电信号的心音传感器组成的。心音传感器主要有空气传导式、接触传导式和加速度式三大类型。空气传导式心音传感器是利用心脏搏动时通过胸壁传递出的心音波再经空气传递到传感器的敏感振动膜上，这个振动膜与换能器相连，当空气振动时膜片就发生振动，从而带动换能元件并使其产生与心音强度成比例的输出信号。空气传导的心音传感器通常可采用电磁感应式、压电式和电容式等原理制成。接触传导的心音传感器是将胸壁传出来的心音波动信号直接通过敏感元件传递到换能元件上，由于这种传感器不采用空气作为传递心音信号的媒介，因此抵抗外界声波干扰的能力比气导式传感器好得多，另外由于敏感元件直接接受心音的波动信号，因此传递和转换心音能量的效率也比气导式传感器高得多，这就为传感器的小型化提供了可能。加速度式心音传感器是利用低量程高灵敏度的加速度传感器放于胸壁上来检测心音信号的，由于加速度传感器重量轻、尺寸小，频响为10-800Hz，甚至更高，且抗干扰能力强，是目前应用较广的一种心音传感器。在本设计系统中提供的是接触传导式心音传感器。设计系统的前提是由传感器将振动的心音信号转换成电压信号。设计心音采集电路时应考虑： 心音和心杂音强弱相差较悬殊，要求心音图有较大的动态范围； 由于心音较微弱，要求内部噪声要小； 因心音的高频振幅小，低频振幅大，因此要有较高的高频增益。2脉搏心脏在周期性搏动过程中挤压血液引起动脉管壁的弹性变形，首先是近心端的大动脉变形而发生搏动，随后引起中心动脉的搏动。由于心脏和血管的周期性搏动从而引起心壁和血管壁的位移，这些位移表现在体表动脉上的有：桡动脉波、肱动脉波、颈动脉波、颞动脉波、股动脉波、肢端动脉波，表观在心尖部位的搏动被称之为心尖搏动波等。这些搏动现象都可以用手的触觉在体表感觉到，搏动波被广泛地用于生理测量研究和临床监护中。 脉搏波传感器脉搏波传感器的种类很多，就其基本原理来分，大体有三种：液体传导式、接触传导式、光传导式。在本系统中，提供接触传导式传感器。接触式脉搏波传感器是将动脉波动的位移通过刚性零件机械地传递到传感器地敏感元件上，从而得到与动脉壁位移成正比的输出信号。利用这种原理制成的传感器其特点是零件少、体积小、重量轻，同时能获得足够的灵敏度和频率响应范围。接触式脉搏波传感器的种类比较多，我们采用压电式传感器。脉搏波测量和心音测量之间有密切的关系，甚至如果传感器频率响应范围在0.1-300Hz，同时又具有足够的灵敏度，只要在结构上做适当调整就能同时测量心音和脉搏。虽然本系统中分别提供了心音和脉搏传感器，但是我们可以通过一个电路来实现心音和脉搏参数的测量。三、模块设计框图及主要元件1心音/脉搏电路框图：2设计要求及提示：（1）心音传感器产生差压信号，脉搏传感器产生电极电压信号；（2）跟随电路：由LF353P构成，起到提高输入阻抗的作用；（3）放大电路：由AD620AN构成差动放大电路，可调放大倍数；（4）驱动电路：由高精度放大器件OP07CP构成。（5）画出心音/脉搏电路原理图。3主要元器件：心音/脉搏模块采用的芯片有：LF353P、AD620AN、OP07CP。（1） LF353P：用于跟随电路说明：BI-FET双运算放大器。是高速、高阻抗单片双运算放大器（2） AD620AN： 用于差动放大电路说明：放大电路采用专用的仪表放大器AD620，AD620可以取代低价格、分立的双运放或三运放结构仪表放大器的设计方案，并且具有优良的共模抑制、线性度、温度稳定性、可靠性。根据AD620AN的电路结构，可以得到增益计算公式：G=(R 1 +R 2 )/RG +1，其中内部增益电阻R 1 和R 2 都调整到绝对值25k，所以只需一只外接电阻R G 便可准确调节增益。其中管脚1、8是外接可调电阻的输入端，管脚5是基准电位（本处接温度补偿电位）。（1） OP07CP：用于驱动电路说明：精密，低噪声运放。其中管脚1,8脚其中接电位器调零，5为空脚4、传感器输入 说明：管脚1、2输入信号，管脚3、4接地，管脚5接电源。北京颐松生理传感器的专业研发与生产机构 北京颐松生理传感器的专业研发与生产机构 公司网站: 有需要的客户请联系我们。 作者： 221.221.225.* 2007-8-23 18:04 回复此发言 2回复：北京颐松生理传感器的专业研发与生产机构 MB3型脉搏波传感器 MB4型脉搏波传感器 MB5A型脉搏波传感器 MB-5B耳夹型脉搏波传感器 MB6型鼠尾脉搏波传感器 XY6型心音传感器 RM2型口鼻气流传感器 QD1型口鼻气流传感器 YXF2型胸腹部呼吸运动波形传感器 DXF1型胸腹部呼吸运动波型传感器 GXF4型胸腹部呼吸运动波形传感器 NXF5型胸腹部呼吸运动波型传感器 BXF6型胸腹部呼吸运动波型传感器 HS2型鼾声传感器 HS3型鼾声传感器 TW2型体位传感器 TD2型腿动信号传感器 TD3型腿动信号传感器 YH5型生理压力传感器 SD1液滴计测传感器 GS-2型子宫收