脉搏信号的拾取和放大处理

　　脉搏测量属于检测有无的测量，有脉搏时遮挡光线，无脉搏时透光强，所用传感器是红外接收二极管和红外发射二极管。用于体育测量用的脉搏测量大致有指脉和耳脉两种方式。这两种测量方式各有优缺点，指脉测量比较方便、简单，但因为手指上汗腺较多，指夹常年使用，因污染原因，可能会使测量灵敏度下降;耳脉测量比较干净，传感器使用环境污染少，容易维护。但因耳脉较弱，尤其是当季节变化时，所测信号受环境温度影响明显，造成测量结果不准确，是耳脉测量不利的一面。

　　1 脉搏信号的拾取

　　信号拾取线路如图 1 所示，IC1A 接单位增益缓冲器用来产生 2.5V 的基准电压。

　　红外接收二极管在红外光的照射下产生电能，单只管能产生 0.4V 电压、0.5mA 电流。红外接收二极管 BPW83 和红外发射二极管 IR333 工作波长都是940nm，在指夹中，红外接收二极管和红外发射二极管相对摆放，以获得最佳的指向特性。红外发射二极管通过的电流越大，发射角度越小，产生的发射强度就越大。图 1 中，R0 选 100 是基于红外接收二极管感应红外光灵敏度考虑的。R0 过大，红外发射二极管通过的电流偏小，红外接收二极管 BPW83 无法区别有脉搏和无脉搏时的信号;反之，R0 过小，通过的电流偏大，红外接收二极管也不能准确地辨别有脉搏和无脉搏时的信号。当红外发射二极管所发射的红外光直接照射到红外接收二极管上时，IC1B的反相输入端电位大于同相输入端电位，Vi 为“0”。当手指处于测量位置时，分两种情况加以讨论：

　　(1)无脉期。虽然手指遮挡了红外发射二极管发射的红外光，但是，由于红外接收二极管的暗电流的存在，仍有 1 A 的暗电流会造成 Vi 电位略低于2.5V。

　　(2)有脉期。当有跳动的脉搏时，血脉使手指透光性变差，红外接收二极管 IRD 的暗电流减小，Vi 电位上升。

　　由此看来，脉搏信号的拾取，实际上是通过红外接收二极管 IRD，在有脉、无脉时的暗电流的微弱变化，再经过 IC1B 的放大而得到的。所拾取的信号为电压信号，2 V 左右。

　　2信号的放大

　　(1)低通放大器的设计

　　按人体脉搏在运动后最高跳动次数240次/min计算，设计低通放大器，由 IC2A 和 C04 等组成，如图2 所示。转折频率由 R07、C04 、R08 和 C05 决定，放大倍数由 R08 和 R06 的比值决定。

　　根据二阶低通滤波器的传递函数：

　　得知放大倍数为：

　　取 0.707 倍零频增益计算高频转折频率：

　　按人的脉搏最高 4Hz 考虑，低频特性是令人满意的。