RU2583148C1 - Микроконтроллерный измерительный преобразователь для фотоплетизмографического датчика пульса - Google Patents
Микроконтроллерный измерительный преобразователь для фотоплетизмографического датчика пульса Download PDFInfo
- Publication number
- RU2583148C1 RU2583148C1 RU2014150377/14A RU2014150377A RU2583148C1 RU 2583148 C1 RU2583148 C1 RU 2583148C1 RU 2014150377/14 A RU2014150377/14 A RU 2014150377/14A RU 2014150377 A RU2014150377 A RU 2014150377A RU 2583148 C1 RU2583148 C1 RU 2583148C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microcontroller
- output
- resistor
- photodetector
- lead
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/026—Measuring blood flow
- A61B5/0295—Measuring blood flow using plethysmography, i.e. measuring the variations in the volume of a body part as modified by the circulation of blood therethrough, e.g. impedance plethysmography
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Physiology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для диагностики частоты пульса пациента. Микроконтроллерный измерительный преобразователь для фотоплетизмографического датчика пульса содержит микроконтроллер, светодиод, фотоприемник, RC-фильтр, первый и второй резисторы. Первый вывод первого резистора подключен к аноду светодиода. Первый вывод второго резистора подключен к первому выводу фотоприемника. Катод светодиода и второй вывод фотоприемника подключены к минусу источника питания микроконтроллера. Второй вывод второго резистора подключен к плюсу источника питания микроконтроллера. Выход RC-фильтра подключен к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера. Микроконтроллерный измерительный преобразователь также содержит третий и четвертый резисторы. Ко второму выводу первого резистора подключен выход широтно-импульсного модулятора микроконтроллера. Первый вывод фотоприемника подключен к входу RC-фильтра. Первые выводы третьего и четвертого резисторов подключены ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера. Второй вывод третьего резистора подключен к плюсу источника питания микроконтроллера. Второй вывод четвертого резистора подключен к минусу источника питания микроконтроллера. Достигается повышение точности измерения. 1 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области медицины и может быть использовано в медицинской практике для диагностики частоты пульса пациента.
Уровень техники
Известно устройство измерителя пульса, основу которого составляет оптоэлектронный преобразователь, состоящий из ИК-светодиода и фотодиода. Данное устройство содержит следующие элементы: оптоэлектронный преобразователь, два усилителя, фильтр низкой частоты, триггер Шмидта, дифференцирующую RC-цепь, три ждущих одновибратора, две логические схемы И-НЕ, генератор измерительной частоты, два RS-триггера, электронный ключ, счетчик частоты, индикатор, две кнопки управления (см. Ефремов В.Н. Нискевич М.И. Измеритель пульса / В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 90 // Сост. Н.Ф. Назаров. - М.: ДОСААФ, 1985. - С. 27, 29; рис. 1).
Недостаток известного решения - низкая точность измерения, обусловленная погрешностью, вносимой относительно большим количеством дискретных элементов, параметры которых изменяются, например, под действием температуры.
Известно устройство для измерения частоты пульса, содержащее: оптоэлектронный преобразователь, два усилителя, фильтр низкой частоты, схему автоматической регулировки усиления, триггер Шмитта, генератор измерительных импульсов, электронный ключ, логическую схему И-НЕ, формирователь команд управления, счетчик частоты, регистр памяти, индикатор и кнопку пуска (см. патент РФ №2118119, кл. А61В).
Недостаток известного решения - низкая точность измерения, обусловленная погрешностью, вносимой относительно большим количеством дискретных элементов, параметры которых изменяются, например, под действием температуры.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятое авторами за прототип является микроконтроллерный фотоплетизмографический датчик пульса, содержащий микроконтроллер (МК), первый и второй резисторы, светодиод, фотоприемник (фотодиод) и RC-фильтр, первые выводы первого и второго резисторов подключены к источнику питания МК, катод светодиода и первый вывод фотоприемника подключены к минусу источника питания МК, второй вывод первого резистора подключен к аноду светодиода, второй вывод второго резистора и второй вывод фотоприемника подключены к первому входу аналогового компаратора (АК) МК, вход RC-фильтра подключен к выходу широтно-импульсного модулятора (ШИМ), встроенного в МК, выход RC-фильтра подключен ко второму входу АК МК (Вострухин А.В. Микроконтроллерный фотоплетизмографический датчик пульса / А.В. Вострухин, Е.Д. Лоскутов // Развитие инновационных направлений в образовании, экономике, технике и технологиях: Межвузовская научно-практическая конференция. 17-18 мая 2012 года: сборник статей / под общ. науч. ред. д.т.н., проф. В.Е. Жидкова. - Ставрополь: Ставролит; СТИС, 2012. - Часть II. - 260 с. (http://www.stis.su/stv_files/downloads/science/mnpk_17_18_may_2012_part2.pdf))
Недостаток известного решения - низкая точность измерения, обусловленная использованием делителя напряжения в качестве измерительной цепи, образованной вторым резистором и фотоприемником. Известно, что данная измерительная цепь обладает низкой точностью измерения по сравнению с мостовыми измерительными цепями (Дж. Фрайден. Современные датчики. Справочник Москва.: Техносфера, 2006. - 592 с.).
Раскрытие изобретения
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению точности измерения.
Технический результат достигается тем, что в МИП для фотоплетизмографического датчика пульса, содержащий МК, светодиод, фотоприемник, RC-фильтр, первый и второй резисторы, причем первый вывод первого резистора подключены к аноду светодиода, первый вывод второго резистора подключен к первому выводу фотоприемника, катод светодиода и второй вывод фотоприемника подключены к минусу источника питания МК, второй вывод второго резистора подключен к плюсу источника питания МК, выход RC-фильтра подключен к первому входу АК МК, введены третий и четвертый резисторы, причем ко второму выводу первого резистора подключен выход ШИМ МК, первый вывод фотоприемника подключен к входу RC-фильтра, первые выводы третьего и четвертого резисторов подключены ко второму входу АК МК, второй вывод третьего резистора подключен к плюсу источника питания МК, второй вывод четвертого резистора подключен к минусу источника питания МК.
Краткое описание чертежей
На фиг. представлена структурная схема МИП для фотоплетизмографического датчика пульса.
Осуществление изобретения
МИП для фотоплетизмографического датчика пульса содержит (фиг.) МК 1, первый резистор (R1) 2, светодиод 3, второй резистор (R2) 4, фотоприемник (это может быть или фоторезистор, или фотодиод) 5, RC-фильтр 6, третий резистор (R3) 7 и четвертый резистор (R4) 8.
Первый вывод резистора 2 подключен к аноду светодиода 3, первый вывод резистора 4 подключен к первому выводу фотоприемника 5 и ко входу RC-фильтра 6, выход которого подключен к первому входу (к прямому входу) АК, встроенного в МК 1. Второй вывод резистора 2 подключен к выходу ШИМ, встроенного в МК 1. Первые выводы резисторов 7 и 8 подключены ко второму входу (к инверсному входу) АК МК 1. Вторые выводы резисторов 4 и 7 подключены к плюсу источника питания МК 1. Катод светодиода 3, второй вывод фотоприемника 5 и второй вывод резистора 8 подключены к минусу источника питания МК 1.
МИП для фотоплетизмографического датчика пульса работает следующим образом.
На второй вход АК подается опорное напряжение, формируемое с помощью резистивного делителя, состоящего из резисторов 7 и 8. Если сопротивления этих резисторов равны, тогда опорное напряжение равное половине напряжения источника питания МК 1. Когда между светодиодом 3 и фотоприемником 5 отсутствует биоткань, коэффициент заполнения ШИМ равен 0,5. Импульсный световой поток, формируемый светодиодом 3 под действием протекающего через него импульсного тока, формируемого ШИМ, создает на фотоприемнике 5 падение напряжения, которое также является пульсирующим. Это напряжение приложено ко входу RC-фильтра 6. На выходе RC-фильтра 6 формируется сглаженное напряжение, близкое по значению опорному напряжению.
Допустим, световой поток падающий на фотоприемник 5 уменьшился по причине снижения светопроницаемости биоткани, находящейся между светодиодом 3 и фотоприемником 5, например, возросло давление кровяного потока в кровеносных сосудах этой биоткани. В этом случае сопротивление фотоприемника 5 возрастет, что приведет к возрастанию среднего напряжения на входе RC-фильтра 6 и, следовательно, на первом входе АК МК 1. На выходе АК МК 1 будет сформирована логическая 1. ШИМ под управлением МК 1 увеличит коэффициент заполнения, что приведет в свою очередь к возрастанию среднего тока, протекающего через светодиод 3, при этом световой поток, проходящий через биоткань, возрастет, сопротивление фотоприемника 5 уменьшится, а следовательно, уменьшится и напряжение на первом входе АК МК 1. Если напряжение на первом входе АК станет меньше опорного, то на выходе АК МК 1 будет сформирован логический 0. В этом случае ШИМ под управлением МК 1 уменьшит коэффициент заполнения, что в приведет к уменьшению светового потока, падающего на фотоприемник 5, при этом сопротивление фотоприемника возрастет, что приведет к возрастанию напряжения на первом входе АК МК 1 и, следовательно, к формированию логической 1 на его выходе АК МК 1 и т.д.
Таким образом, осуществляется непрерывное управление световым потоком, проходящим через биоткань и падающим на фотоприемник 5. МК 1 будет поддерживать равенство напряжений на входах АК МК 1 путем изменения коэффициента заполнения ШИМ. В данном случае осуществляется автоматическое уравновешивание мостовой схемы, состоящей из резисторов 4, 7, 8 и фотоприемника. Известно, что уравновешиваемые мосты позволяют получить более высокую точность измерения по сравнению с неуравновешиваемыми мостами.
Изменение светопроницаемости биоткани будет приводить к пропорциональному изменению коэффициента заполнения ШИМ, который в свою очередь пропорционален двоичному коду, загружаемому МК 1 в специальный регистр (регистр сравнения) ШИМ. Таким образом, двоичный код ШИМ будет изменятся в соответствии с изменением светопроницаемости биоткани находящейся между светодиодом 3 и фотоприемником 5. Светопроницаемость биоткани изменяется в зависимости от давления крови в кровеносных сосудах, находящихся в биоткани. Давление крови в кровеносных сосудах в свою очередь зависит от фазы работы сердца. Таким образом, изменяющийся непрерывно двоичный код ШИМ МК 1 есть результат измерения изменений пульсовой волны, формируемой работой сердца.
Результат измерения изменений пульсовой волны может быть обработан непосредственно в МК 1 с целью определения частоты пульса, значение которой может быть выведено в десятичной форме, например, на цифровой индикатор (цифровой индикатор на фиг. 1 не показан).
Результаты непрерывных измерений пульсовой волны могут передаваться МК 1 в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) (ОЗУ на фиг. 1 не показано) для их последующего анализа на компьютере путем считывания информации из ОЗУ в компьютер.
Результаты непрерывных измерений пульсовой волны могут передаваться МК 1 в реальном масштабе времени с использованием стандартных последовательных интерфейсов, в компьютер (компьютер на фиг. 1 не показан) для их оперативного анализа и сохранения.
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями имеет преимущество - повышена точность измерения путем использования уравновешивания измерительного моста, образованного резисторами 4, 7, 8 и фотоприемником 5.
Claims (1)
- Микроконтроллерный измерительный преобразователь для фотоплетизмографического датчика пульса, содержащий микроконтроллер, светодиод, фотоприемник, RC-фильтр, первый и второй резисторы, причем первый вывод первого резистора подключен к аноду светодиода, первый вывод второго резистора подключен к первому выводу фотоприемника, катод светодиода и второй вывод фотоприемника подключены к минусу источника питания микроконтроллера, второй вывод второго резистора подключен к плюсу источника питания микроконтроллера, выход RC-фильтра подключен к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, отличающееся тем, что в него введены третий и четвертый резисторы, причем ко второму выводу первого резистора подключен выход широтно-импульсного модулятора микроконтроллера, первый вывод фотоприемника подключен к входу RC-фильтра, первые выводы третьего и четвертого резисторов подключены ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, второй вывод третьего резистора подключен к плюсу источника питания микроконтроллера, второй вывод четвертого резистора подключен к минусу источника питания микроконтроллера.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014150377/14A RU2583148C1 (ru) | 2014-12-11 | 2014-12-11 | Микроконтроллерный измерительный преобразователь для фотоплетизмографического датчика пульса |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014150377/14A RU2583148C1 (ru) | 2014-12-11 | 2014-12-11 | Микроконтроллерный измерительный преобразователь для фотоплетизмографического датчика пульса |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2583148C1 true RU2583148C1 (ru) | 2016-05-10 |
Family
ID=55959813
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014150377/14A RU2583148C1 (ru) | 2014-12-11 | 2014-12-11 | Микроконтроллерный измерительный преобразователь для фотоплетизмографического датчика пульса |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2583148C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105832323A (zh) * | 2016-06-12 | 2016-08-10 | 电子科技大学 | 一种基于rc电路的光电血管容积图信号处理方法 |
RU2646131C1 (ru) * | 2017-05-10 | 2018-03-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет"(ДГТУ) | Микроконтроллерный датчик пульса с передачей информации по радиоканалу |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4182314A (en) * | 1977-07-11 | 1980-01-08 | Boughton Morris W | Multi-channel vascular flow monitoring system |
US5078136A (en) * | 1988-03-30 | 1992-01-07 | Nellcor Incorporated | Method and apparatus for calculating arterial oxygen saturation based plethysmographs including transients |
SU1754064A1 (ru) * | 1990-04-06 | 1992-08-15 | Московский научно-исследовательский институт приборной автоматики | Устройство дл определени пульсового кровенаполнени |
RU69393U1 (ru) * | 2007-07-11 | 2007-12-27 | Закрытое акционерное общество "ОКБ "РИТМ" | Фотоплетизмограф |
-
2014
- 2014-12-11 RU RU2014150377/14A patent/RU2583148C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4182314A (en) * | 1977-07-11 | 1980-01-08 | Boughton Morris W | Multi-channel vascular flow monitoring system |
US5078136A (en) * | 1988-03-30 | 1992-01-07 | Nellcor Incorporated | Method and apparatus for calculating arterial oxygen saturation based plethysmographs including transients |
SU1754064A1 (ru) * | 1990-04-06 | 1992-08-15 | Московский научно-исследовательский институт приборной автоматики | Устройство дл определени пульсового кровенаполнени |
RU69393U1 (ru) * | 2007-07-11 | 2007-12-27 | Закрытое акционерное общество "ОКБ "РИТМ" | Фотоплетизмограф |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105832323A (zh) * | 2016-06-12 | 2016-08-10 | 电子科技大学 | 一种基于rc电路的光电血管容积图信号处理方法 |
RU2646131C1 (ru) * | 2017-05-10 | 2018-03-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет"(ДГТУ) | Микроконтроллерный датчик пульса с передачей информации по радиоканалу |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI651930B (zh) | 使用三角積分轉換之電容近接偵測 | |
RU2583148C1 (ru) | Микроконтроллерный измерительный преобразователь для фотоплетизмографического датчика пульса | |
US10006950B2 (en) | Impedance measurement circuit | |
RU2449299C1 (ru) | Микроконтроллерный измерительный преобразователь для резистивного датчика | |
RU2603937C1 (ru) | Микроконтроллерный измерительный преобразователь для резистивных и емкостных датчиков с передачей результата преобразования по радиоканалу | |
CN104783768B (zh) | 一种三角波调制光电容积脉搏波测量方法 | |
RU2646131C1 (ru) | Микроконтроллерный датчик пульса с передачей информации по радиоканалу | |
RU2502076C1 (ru) | Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код с генератором, управляемым напряжением | |
RU2453854C1 (ru) | Энергосберегающий микроконтроллерный измерительный преобразователь для резистивных датчиков | |
Recktenwald | Temperature Measurement with a Thermistor and an Arduino | |
CN111854806B (zh) | 具有扩展的测量范围的电容数字转换器和相关联的方法 | |
Arshad et al. | Capacitance-to-voltage converter design to measure small change in capacitance produced by human body movement | |
RU2312315C1 (ru) | Цифровой термометр | |
RU2689805C1 (ru) | Время-импульсный универсальный интегрирующий преобразователь напряжения | |
JP5326654B2 (ja) | 電圧−周波数変換回路およびそれを備えた血圧測定装置 | |
RU2309415C1 (ru) | Устройство для измерения емкости конденсаторного датчика | |
RU2506599C1 (ru) | Микроконтроллерный измерительный преобразователь с уравновешиванием резистивного моста | |
RU2563315C1 (ru) | Микроконтроллерный измерительный преобразователь с управляемым питанием резистивных измерительных цепей методом широтно-импульсной модуляции | |
RU2565813C1 (ru) | Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления, емкости и напряжения в двоичный код | |
WO2018010089A1 (en) | Dynamic temperature sensor | |
CN109525239A (zh) | 一种数字输出两级双精度生物医学电容传感器接口电路 | |
RU2491558C1 (ru) | Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления с управляемой чувствительностью | |
RU2774047C1 (ru) | Устройство измерения емкости для встраиваемых систем управления | |
RU2515309C1 (ru) | Микроконтроллерный измерительный преобразователь с уравновешиванием резистивного моста уитстона методом широтно-импульсной модуляции | |
RU2519860C2 (ru) | Цифровой термометр |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161212 |