基于光电技术的脉搏测量原理

2014-12-17 14:26:22来源: eccn

1 引言

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。但因耳脉较弱,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。

2 脉搏信号的拾取

脉搏信号拾取电路如图1所示,IClA接为单位 增益缓冲器以产生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.4 V电压,0.5 mA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940 nm,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。在图l中,RO选100 Ω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2.5 V。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。

3 信号的放大

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,如图2所示。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




按人的脉搏最高为4 Hz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:

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3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.1 V左右。所以将比较器的阈值电压设计成O.25 V,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。

[1] [2]

关键字:光电技术  脉搏测量  脉搏信号

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2014/1217/article_10390.html
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