光电脉搏检测电路设计报告

--1-光电脉搏检测电路设计报告天津大学精仪学院生物医学工程一班张静翀3004202334脉搏波的概述脉搏波的定义脉搏波是以心脏搏动为动力源,脏收缩时,有相当数量的血液进入原已布满血液的主动脉内,使得该处的弹性管壁被撑开,此时心脏推动血液所作的功转化为血管的弹性势能;心脏停顿收缩时,扩张了的那局部血管也跟着收缩,驱使血液向前流淌,结果又使前面血管的管壁跟着扩张,如此类推。这种过程和波动在弹性介质中的传播有些类似,因此称为脉搏波(pulsewave)。脉搏信息血液在人体内循环流淌过程中，经受过心脏的舒张、内脏流量的涨落、血管各端点的时要受到内环境调控功能器官(脏器)状态所需血液参数以及系统状态参数等的影响。所以经等系统的动态信息，很大程度上反映出人体心血管系统中很多生理病理的血流特征。脉搏测量的意义脉搏是临床检查和生理争论中常见的生理现象，包含了反映心脏和血管状态的重要生图含有出很多有诊断价值的信息，可以用来推测人体某些器脏构造和功能的变换趋势，如:血管几何形态和力学性质的变异会引起脉搏波波形和波速等性质的转变搏的检测可以对如高血压和糖尿病等引起的血管病变进展评估。同时脉搏测量还为血压测量，血流测量及其他某些生理检测技术供给了一种生理参考信号。设计目的与意义目的应用光电式传感器、放大滤波电路组成的脉搏测量电路通过示波器显示人体指端动脉脉搏信息意义通过观测到的脉搏的次数、跳动的波形为临床供给局部诊断价值的信息，为人体某些器脏构造和功能的变换趋势供给生理参考信号系统设计测量信号的特征人体信息本身具有不稳定性、非线性和概率特性。脉搏波的频率属于低频，且信息微弱，噪声强，因而信噪比低。0.1~60Hz20Hz内。人体手指末端含有丰富的小动脉，它们和其它部位的动脉一样,含有丰富的信息。测量原理随着心脏的跳动手指尖的微血管发生相应的脉搏的容积变化，光放射电路发出的特定(人体的脉搏)转换成光信号，通过光电进展观测。系统构造总体框图:电源:5V、12V直流电源光电传感器:滤波放大电路局部:可能存在的干扰环境光对脉搏传感器测量的影响测量过程人体运动的噪声人体其他信号的干扰检测电路的噪声50Hz工频干扰单元电路设计光电传感器:光放射电路承受放射波长范围在600~700nm的红色发光二极管,发光二极管的压降一般为1.5~2.0V10~20mA为宜，所以选取R1=150欧姆。光转换电路比较光电池、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管后，打算承受光敏三极管，由于在光源范围内有较高的灵敏度，随光线变换有较好的线性，且对光电流有放大作用。3DU31的NPN型光敏三极管，主要技术参数：反向击穿电压/V≥15最高工作电压/V10暗电流/μA≤0.3光电流/mA＞2最大耗散功率/mW30峰值波长/nm880R2主要起分压限流作用，3DU31阻值在十几千欧至几百千欧范围，所以选取R2=100k欧姆。前级处理、放大电路由一个隔直低通反相放大器组成，去除直流电压，抑制高频信号，对50Hz工频干扰进展初步衰减，同时对有用的脉搏信号进展了初步的放大。设置处级放大倍数为10倍，截止0.05-20Hz。AR4，选取R3=100K，R4=1M。同时为消退偏置电压，在正输入端和地间接R3R5，大小为R3与R491K。依据

12RC 0.05Hz,由于R3100K，所以选取C1=4.7uF。0.03Hz。低通滤波截止频率设为20Hz，由于R4=1M，所以选取C2=6800Pf，截止频率大致为23Hz。滤波电路该滤波局部承受三阶巴特沃斯低通滤波器，设置截止频率f=10Hz。依据归一化方法选择R6=R7=R8=100K,C3=0.56uF,C4=0.22uF,C5=0.033uF该低通滤波电路保存了有用的脉搏低频信号，对50Hz工频等噪声进展了较大的衰减，能根本到达试验的要求。后级放大电路承受可变增益反相放大电路反相放大器由于电阻的最大取值不能超过10M欧姆，假设要提高反相放大器的输入阻高的输入阻抗又可取得足够的增益。假设选取R10远大于R11、R12，则放大器的增益可用下式近似计算：AR101

R11R9

R12R9=100K，R10=1M，R1110K的电位器，R12=1K，R13=91K。C6R12构成低通滤波，截止频率为20Hz，依据公式增益范围为11-110。总体电路设计补充：假设进一步提高电路的稳定度和削减噪声的来源电路，使LED发出稳定的光源，增加测量精度。电路图如下：D流源加在晶体管Q1Ic≈Ie也稳定，依据Ic≈Ie=(V0-Vbe)/R2即使电源电压变化Ic=Ie也不会转变，从而使发光二极管法稳定的光。可将传感器局部做成可固定在手指上的指套式传感器来的噪声。噪声处理及留意事项光敏三极管承受金属封装类型，避开手指外环境光的干扰放大器承受LM347，高信噪比，低偏置电流1uF的电容测量时测量者尽量保持稳定，削减手指与传感器间的相对运动小结应用透射式光电传感器：红色发光二极管发出光线，透过手指照耀到光敏三极管上进展光电转换从传感器出来的脉搏信号为几毫伏至十几毫伏，设置共放大100-1100倍，放大分为1010~110倍，最终将脉搏信号放大到伏级供示波器观看，对不同的测量者可调整电位器到适宜的幅度进展观看。脉搏信号主要能量区域集中在20Hz以下，滤波通过隔直电容和低通滤波器完成，前者消去直流和局部超低频信号的影响，后者将高频信号滤除，对50Hz工频干扰进展主要的衰减，设定其范围在0.05~10Hz，此外，两级放大电路也对20Hz以上的信号进展了衰减。进展前景无创伤检测技术将是将来医学工程进展的重要方向信息，对临床具有重