CN203815441U - 一种新型脉搏测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型脉搏测试仪，其特征是：包括发光二极管和与发光二极管相对安装的光敏二极管,以及信号采集电路、信号调理电路、整形电路、单片机和数码显示电路，光敏二极管的信号输出端与信号采集电路相连接，信号采集电路、信号调理电路、整形电路、单片机和数码显示电路依次相连接。本实用新型的脉搏测试仪模拟电路简单，体积小，功耗低，系统稳定性高，可实现脉搏波的实时存储并可实现与上位机(PC机)的实时通讯，有效解决了现有技术的不足。

Description

一种新型脉搏测试仪

技术领域

本实用新型属于一种医院内科医疗用品，具体涉及一种新型脉搏测试仪。

背景技术

从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。几乎世界上所有的民族都用过“摸脉”作为诊断疾病的手段。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征,因此对脉搏波采集和处理具有很高的医学价值和应用前景。

脉搏测量属于检测有无脉博的测量，有脉搏时遮挡光线，无脉搏时透光强，所采用的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二种方式。这二种测量方式各有优缺点，指脉测量比较方便、简单，但因为手指上的汗腺较多，指夹常年使用，污染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。人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频的弱信号,

脉搏波信号更是低频微弱的非电生理信号,

必需经过放大和后级滤波以满足采集的要求。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。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种新型脉搏测试仪。本实用新型的脉搏测试仪模拟电路简单，体积小，功耗低，系统稳定性高，可实现脉搏波的实时存储并可实现与上位机(PC机)的实时通讯,有效解决了现有技术的不足。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种新型脉搏测试仪，其特征是：包括发光二极管和与所述发光二极管相对安装的光敏二极管,以及信号采集电路、信号调理电路、整形电路、单片机和数码显示电路，所述光敏二极管的信号输出端与信号采集电路相连接，所述信号采集电路、信号调理电路、整形电路、单片机和数码显示电路依次相连接。

上述的一种新型脉搏测试仪，其特征是：所述发光二极管为IR333型红外发射二极管。

上述的一种新型脉搏测试仪，其特征是：所述光敏二极管为BPW83型红外接收二极管。

上述的一种新型脉搏测试仪，其特征是：所述单片机选用ADI公司的单片机ADC841。

上述的一种新型脉搏测试仪，其特征是：所述测试仪通过发光二极管和光敏二极管以光电法提取指尖脉搏光信息。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

本实用新型的脉搏测试仪模拟电路简单，由ADC841芯片实现脉搏信号采集，信号处理和脉搏次数的计算等功能，因此体积小，功耗低，系统稳定性高。本系统可实现脉搏波的实时存储并可实现与上位机(PC机)的实时通讯,因此可作为多参数病人中心监护系统的一个模块完成心率检测和脉搏波形显示，有效解决了现有技术的不足。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的脉搏测试仪结构框图；

图2为本实用新型的脉搏测试仪测试示意图；

图3为本实用新型的发光二极管驱动电路图；

图4为本实用新型的光敏二极管的电流电压转换电路图；

图5为本实用新型的信号采集电路电路原理图；

图6为本实用新型的信号调理电路的电路原理图；

图7为本实用新型的二级放大器兼比较器电路原理图；

图8为本实用新型的整形电路电路原理图。

附图标记说明:

1-发光二极管；2-光敏二极管；3-信号采集电路；

4-信号调理电路；5-整形电路；6-单片机；

7-数码显示电路。

具体实施方式

如图1所示，一种新型脉搏测试仪，其特征是：包括发光二极管1和与所述发光二极管1相对安装的光敏二极管2,以及信号采集电路3、信号调理电路4、整形电路5、单片机6和数码显示电路7，所述光敏二极管2的信号输出端与信号采集电路3相连接，所述信号采集电路3、信号调理电路4、整形电路5、单片机6和数码显示电路7依次相连接。

如图2所示，为本实施例的脉搏测试仪测试示意图，测试仪通过发光二极管1和光敏二极管2以光电法提取指尖脉搏光信息。

如图3所示，为发光二极管驱动电路图，系统对红外二极管的驱动脉冲信号的频率选定为工频整数倍400Hz以降低工频干扰。脉冲载波由ADuC841内部16位数模转换器产生。为了保证红外发光二极管的光源稳定，本文采用运放op495和NPN型三极管作为恒流源电路向发光二极管提供稳定的工作电流。

如图4所示，为光敏二极管的电流电压转换电路图，运算放大器与电阻R形成电流电压变换电路，图中S_GND为信号地，运算放大器工作正负电源为5V、0V，为避免信号丢失，将信号抬高至VS_GND＝1V，电路输出电压。

如图5所示，为信号采集电路3的电路原理图，IClA为单位增益缓冲器，用于产生2.5V的基准电压。红外接收二极管在红外光的照射下能产生电能，单个二极管能产生O.4V电压，0.5mA电流。BPW83型红外接收二极管和IR333型红外发射二极管工作波长都是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。红外发射二极管中的电流越大，发射角度越小，产生的发射强度就越大。RO选100Ω是基于红外接收二极管感应红外光灵敏度考虑的。R0过大，通过红外发射二极管的电流偏小，BPW83型红外接收二极管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“O”。当手指处于测量位置时，会出现二种情况：一是无脉期。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中存在暗电流，仍有lμA的暗电流会造成Vi电位略低于2.5V。二是有脉期。当有跳动的脉搏时，血脉使手指透光性变差，红外接收二极管中的暗电流减小，Vi电位上升。由此看来，所谓脉搏信号的拾取实际上是通过红外接收二极管，在有脉和无脉时暗电流的微弱变化，再经过IClB的放大而得到的。所拾取的信号为2μV左右的电压信号。

如图6所示，信号调理电路4的电路原理图，按人体脉搏在运动后最高跳动次数达240次/分计算来设计低通放大器，它由IC2A和C04等组成，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，可得

$\frac{V_{\mathrm{ol}}\left(s\right)}{V_t\left(s\right)}=\frac{-\frac{R_{08}}{R_{06}}\frac{1}{R_{07}{R}_{07}{R}_{08}{C}_{04}{C}_{05}}}{s^2+\frac{s}{C_{04}}(\frac{1}{R_{06}}+\frac{1}{R_{07}}+\frac{1}{R_{08}})+\frac{1}{R_{07}{R}_{08}{C}_{04}{C}_{05}}}---\left(1\right)$

放大倍数为H＝-R₀₈/R₀₆＝-22

(2)

取0.707倍零频增益计算高频转折频率，即

f_H＝7.7Hz(3)

按人的脉搏最高为4Hz考虑，低频特性是令人满意的。

需要说明的是，以上分析是在忽略C03的条件下做出的，如果考虑C03的话，那么：

$\frac{V_s\left(s\right)}{V_i\left(s\right)}=\frac{1}{R_{06}{C}_{04}s+\frac{C_{04}}{C_{03}}+1}\≈\frac{1}{R_{06}{C}_{04}s+1}---\left(4\right)$

由此可见，C03没有影响频率特性的分析，它的作用只是隔直。二级放大器兼比较器如图7所示。Rpll用以调整系统的放大倍数，C06用以防止放大器自激。采用二级放大，零点漂移不很明显，在O.1V左右。所以将比较器的阈值电压设计成O.25V，以确保滤除干扰信号。采用比较器的好处是能有效地克服零点漂移所造成的影响，提高测量的准确性。

如图8所示，为波形整形电路5，IC3A是CD4528型单稳态多谐振荡器，有效脉宽为0.05s.其宽度由R22和C20决定。IC3B也组成一个单稳态多谐振荡器，脉宽为240ms。D2、Dl和T3等组成一个或非门，只有C，E两点均为低电平时，信号放大器整机输出才是高电平。设计这个电路的目的是为了在输出端输出一个窄脉冲，并且要在由R13和C07决定的时间内任何信号都不会干扰输出。R23和C21充电时间的长短决定了计数脉冲的宽度，一般不希望它太宽。

本实施例中，所述发光二极管1为IR333型红外发射二极管。

本实施例中，所述光敏二极管2为BPW83型红外接收二极管。

本实施例中，所述单片机6选用ADI公司的单片机ADC841。其内部集成了速度可达400k的12位逐次逼近型ADC，模拟输入范围是0－2.5v，则分辨率为0.6mv/LSB。从软件需求和单片机速度出发，将ADC采样率fs定为102.4kHz，为便于计算，将过采样倍数k定为64，则下抽取后采样率为f为：fs/k＝1600Hz，是频率为400Hz载波的四倍，满足奈奎斯特采样定理。由于过采样倍数k为64，按每提高4倍采样率就能提高一位分辨率来计算，获得的ADC有效分辨率能提高3位，最后能达到约15位精度，其分辨率可达到0.0763mv/LSB。

本实施例中，所述测试仪通过发光二极管1和光敏二极管2以光电法提取指尖脉搏光信息。

测试仪工作原理是：发光二极管1发出的光透射过手指,经过手指组织的血液吸收和衰减，由光敏二极管2接收。由于手指动脉血在血液循环过程中呈周期性的脉动变化，所以它对光的吸收和衰减也是周期性脉动的,于是光敏二极管2输出信号的变化也就反映了动脉血的脉动变化。光敏二极管2输出的信号再经过信号采集电路3、信号调理电路4、整形电路5的调理后，由单片机6发送握手信号与系统机建立通信，当握手成功后，系统将转换处理后的数据送交系统应用程序进行处理，并由数码显示电路7显示光电脉搏波波形。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种新型脉搏测试仪，其特征是：包括发光二极管(1)和与所述发光二极管(1)相对安装的光敏二极管(2),以及信号采集电路(3)、信号调理电路(4)、整形电路(5)、单片机(6)和数码显示电路(7)，所述光敏二极管(2)的信号输出端与信号采集电路(3)相连接，所述信号采集电路(3)、信号调理电路(4)、整形电路(5)、单片机(6)和数码显示电路(7)依次相连接。

2.根据权利要求书1所述的一种新型脉搏测试仪，其特征是：所述发光二极管(1)为IR333型红外发射二极管。

3.根据权利要求书1所述的一种新型脉搏测试仪，其特征是：所述光敏二极管(2)为BPW83型红外接收二极管。

4.根据权利要求书1所述的一种新型脉搏测试仪，其特征是：所述单片机(6)选用ADI公司的单片机ADC841。

5.根据权利要求书1所述的一种新型脉搏测试仪，其特征是：所述测试仪通过发光二极管(1)和光敏二极管(2)以光电法提取指尖脉搏光信息。