光電技術的脈搏測量方法

作者: 伊人影院科技集團 / 時間: 2019-05-22 02:17:23
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  脈搏測量屬於檢測有無脈博的測量,有脈搏時遮擋光線,無脈搏時透光強,所采用的傳感器是紅外接收二極管和紅外發射二極管。用於體育測量用的脈搏測量大致有指脈和耳脈二種方式。這二種測量方式各有優缺點,指脈測量比較方便、簡單,但因為手指上的汗腺較多,指夾常年使用,汙染可能會使測量靈敏度下降;耳脈測量比較幹淨,傳感器使用環境汙染少,容易維護。但因耳脈較弱,尤其是當季節變化時,所測信號受環境溫度影響明顯,造成測量結果不準確。

2 脈搏信號的拾取

  脈搏信號拾取電路如圖1所示,IClA接為單位 增益緩衝器以產生2.5V的基準電壓。

光電技術的脈搏測量方法

  紅外接收二極管在紅外光的照射下能產生電能,單個二極管能產生O.4 V電壓,0.5 mA電流。BPW83型紅外接收二極管和IR333型紅外發射二極管工作波長都是940 nm,在指夾中,紅外接收二極管和紅外發射二極管相對擺放以獲得最佳的指向特性。紅外發射二極管中的電流越大,發射角度越小,產生的發射強度就越大。在圖l中,RO選100 Ω是基於紅外接收二極管感應紅外光靈敏度考慮的。R0過大,通過紅外發射二極管的電流偏小,BPW83型紅外接收二極管無法區別有脈搏和無脈搏時的信號。反之,R0過小,通過的電流偏大,紅外接收二極管也不能準確地辨別有脈搏和無脈搏時的信號。當紅外發射二極管發射的紅外光直接照射到紅外接收二極管上時,IC1B的反相輸入端電位大於同相輸入端電位,Vi為“O”。當手指處於測量位置時,會出現二種情況:一是無脈期。雖然手指遮擋了紅外發射二極管發射的紅外光,但是,由於紅外接收二極管中存在暗電流,仍有lμA的暗電流會造成Vi電位略低於2.5 V。二是有脈期。當有跳動的脈搏時,血脈使手指透光性變差,紅外接收二極管中的暗電流減小,Vi電位上升。

  由此看來,所謂脈搏信號的拾取實際上是通過紅外接收二極管,在有脈和無脈時暗電流的微弱變化,再經過IClB的放大而得到的。所拾取的信號為2μV左右的電壓信號。

3 信號的放大

  按人體脈搏在運動後最高跳動次數達240次/分計算來設計低通放大器,它由IC2A和C04等組成,如圖2所示。轉折頻率由R07、C04、R08和C05決定,放大倍數由R08和R06的比值決定。

光電技術的脈搏測量方法

根據二階低通濾波器的傳遞函數,可得

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  按人的脈搏最高為4 Hz考慮,低頻特性是令人滿意的。

  需要說明的是,以上分析是在忽略C03的條件下做出的,比特幣病毒安裝,如果考慮C03的話,那麽:

  由此可見,C03沒有影響頻率特性的分析,它的作用隻是隔直。

  二級放大器兼比較器如圖3所示。Rpll用以調整係統的放大倍數,C06用以防止放大器自激。采用二級放大,零點漂移不很明顯,在O.1 V左右。所以將比較器的閾值電壓設計成O.25 V,以確保濾除幹擾信號。采用比較器的好處是能有效地克服零點漂移所造成的影響,提高測量的準確性。

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4 波形整形


波形整形電路如圖4所示,IC3A是CD4528型單穩態多諧振蕩器,有效脈寬為0.05 s.其寬度由R22和C20決定。IC3B也組成一個單穩態多諧振蕩器,脈寬為240ms。D2、Dl和T3等組成一個或非門,隻有C,E兩點均為低電平時,信號放大器整機輸出才是高電平。設計這個電路的目的是為了在輸出端輸出一個窄脈衝,並且要在由R13和C07決定的時間內任何信號都不會幹擾輸出。R23和C21充電時間的長短決定了計數脈衝的寬度,一般不希望它太寬。波形整形時序如圖5所示。

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5 結束語

  當該放大器用於集群脈搏測量儀時,一定要注意不同信號通道之間的相互影響,建議把各個放大器的電源分開。此外,測量通道需要一個開關電路,當指夾懸空時,這個開關電路關閉單穩態電路,切斷信號通路,防止亂計。

  幾年的生產實踐證明,該放大處理電路穩定可靠。下麵是筆者在設計中獲得的一些體會。

  采用二級放大好於三級放大,個別三級放大電路板的零點漂移大得足以達到滿幅,使得測量不準確。每個單級放大器放大倍數最好不要大於30,以免自激振蕩。

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