心律检测仪——心跳脉冲产生

相关实验

心律检测仪——方案分析 心律检测仪——心跳脉冲产生 心律检测仪——心跳倍频 心律检测仪——心率显示

内容回顾

上一节心律检测仪——方案分析中，对比了3种方案，最终选择第3种方案。第3种方案可以看作是第1种方案的改进版本，使用了锁相环倍频心跳脉冲。这样就可以将测试时间从1分钟缩短为1秒。心律的刷新间隔在1秒，满足人们的日常应用。

关键词
脉搏光电传感器，单电源放大器，比较器，555单稳态触发。

脉搏光电传感器

利用血液是高度不透明的液体，光照在一般组织中的穿透性要比在血液中大几十倍的特点，可以通过光电传感器对脉搏信号进行检测。人体心室周期性的收缩和舒张沿着动脉传导至全身血管，称为脉搏波。根据朗伯特 比尔定律，物质在一定光波长处吸光度和它的浓度成正比。当恒定波长的光照射到人体组织上时，通过人体组织吸收，反射，衰减后测量到的光强在一定程度上反映了血液浓度随血管收缩和舒张的变化。这个光电信号的峰值就是脉搏。脉搏光电传感器有三个管脚，标记“-”的是接GND，标记“+”的是接5V，标记“s”的是脉搏信号输出。

用硬木课堂仪器测量脉搏传感器的输出，黄色通道1测量。可以看到DC分量在2.5V。脉搏光电传感器的输出有恒定直流分量2.5V。

单电源反向放大器

脉搏光电传感器的输出AC峰峰值跟用户手指尖皮肤厚度，按压力度都有关。为了稳定检测心跳脉冲，所以在后面加一级放大器应对小信号情况。当信号是大信号时，放大器输出有削峰，但是削峰不影响后面比较器产生脉冲。

系统供电是5V，所以使用单电源供电的运放电路。LM358可以使用在5V供电范围内。R1和R2分压产生一个2.5V的直流，input接传感器的输出。根据运放的计算公式。

Output = 2.5V * （1+R4/R3）- input*R4/R3

Input信号里包含直流分量

Input = AC +2.5V

将input带入公式得到

Output= 2.5V – AC*R4/R3

这样AC信号得到了- R4/R3倍的放大，并且直流2.5V不变。

用硬木课堂仪器测试反向放大器。黄色1通道是输入，蓝色2通道是输出。

比较器

放大器输出的信号要经过比较器后才能变为逻辑电路可以识别的脉冲信号。比较器添加了迟滞，防止噪声产生误触发。R6和R7提供了余约20%的迟滞，R8和R9分压提供比较器参考电压。LM311是漏极开路输出，所以使用R5进行上拉。

使用硬木课堂仪器进行测试。黄色1通道是输入比较器的信号，蓝色2通道是参考电压，红色3通道是比较器的输出。可以看到传感器信号被整形为方波脉冲。

555单稳态触发器

比较器产生的方波有两个特点，1是占空比跟50%相差较大，2是由于传感器信号不稳定导致脉冲的宽度会变化。这些会影响锁相环4046的锁定效果。所以需要555单稳态触发器来进行脉冲整形。其中TW= 1.1*RC。心跳周期在1s左右，例如设定TW为0.5s，C=10uF，则R=45.4KΩ

使用硬木课堂仪表测试单稳态触发器。黄色1通道是比较器的输出。蓝色2通道是单稳态触发器的输出。可以看出窄脉冲整形为Tw宽度恒定的方波。

小结

**经过了传感器光电转换，反向放大器，比较器，单稳态触发器后，合适的心跳脉冲就出来了。下面是数字电路进行心律测量和显示了。

心律检测仪——心跳倍频

心跳脉冲产生实物图