光电脉搏仪的设计

　　1 引言

　　脉搏在生物医学测量中是一种常用而重要的指标, 随着科学技术尤其是微处理器技术的发展, 国内外都出现了各种新颖的血氧饱和度检测仪, 这些检测仪集合了脉搏和血氧饱和度两种检测功能, 成本较高。在某些情况下, 我们只需要了解心电信息,基于这种思想,设计光电脉搏测量仪,它可以在短时间内测得人体脉搏次数,并能实时显示脉搏跳动波形。

　　根据人体血液的特点,利用其高度不透明的特性,而光照在一般组织中的穿透性要比在血液中大几十倍,由此可通过传感器对脉搏信号进行检测,通过单片机技术进行数据处理,实现智能化的脉搏测试技术。这种技术具有先进性、实用性和稳定性,同时也是生物医学工程领域的发展方向,有很大的市场前景。

　　2 硬件设计

　　要求能测出脉搏信号并在显示器上显示所测的脉搏跳动次数和跳动的波形,测量的稳定性较好,准确测量,性能良好。总体框图如图1所示。

　　传感器测得脉搏信号后进入低通滤波器进行滤波处理,然后放大。此时电路分成两路,一路经波形变换后得脉冲信号送单片机处理系统进行测频并计算一分钟脉搏跳动的次数;另一路经A/D转换后送单片机处理系统进行波形的测量与显示,键盘控制电路用于完成功能的选择。本系统的测频利用定时器来完成,提高了测量的精度,同时可以通过软件调整精度,节省了资源。

　　2.1 脉搏信号的检测

　　硬件电路中,关键部分在于脉搏信号的检测,基于光电容积描记法原理[1],设计了透射式脉搏传感器[2],它主要由红色发光二极管和硫化镉光敏电阻组成,红色发光二极管稳定性好,遮光指套式的装置减少了外界光的干扰,只需将待测手指插入,便可进行测量。测量时,被测手指正好处在发光二极管和光敏电阻之间,这样一来,光敏电阻的阻值便将随着手指的血容量的变化而变化[3]。

　　2.2 信号调理电路

　　根据上述分析设计脉搏信号调理电路,如图2所示。图中,+5V电源经限流电阻R1点亮红色发光二极管LED,同时 +5V 电源经R2为光敏电阻RL提供电压,使传感器工作在准备状态,当手指插入传感器时,RL的阻值便将随着手指的血容量的变化而变化,从而导致RL两端的电压的变化,该电压由10μF电容耦合送至滤波放大电路进行处理,滤波电路采用压控电压源型低通滤波器来完成。压控电压源型低通滤波器为同相滤波器,使用元件少,比较容易调整。传递函数[4]为

　　由于脉搏信号非常微弱,本系统对脉搏信号进行两级放大,放大倍数共为10000倍,放大后得到的脉搏信号达到了伏级,约1-3 伏。由于本系统既要测量脉搏的波形,又要测量脉搏的频率即脉搏跳动的次数,所以此时信号分成两路,一路送A/D转换器进行脉波的测量,另一路进行波形的转换,将脉波信号转换成脉冲信号。每个人的脉搏跳动的强弱有所不同,血容量也有所不同,所测得的脉搏波信号精度也有些不同.因而,不能采取一般的电压比较器来完成波形变换这一功能,本系统采用跟踪式峰值比较电路来完成,有效地解决了脉压峰值检测这一难题.