光電脈搏檢測儀例子

1、 基本概念:光源在單位時(shí)間、向周圍空間輻射并引起視覺的能量，稱為光通量。用表示，單位為流明(Lm)。 單位面積上接受的光通量稱為照度，用E表示，單位勒克司(Lx)E=/S光通量(Lm)S受照面積() 換算關(guān)系 1勒克斯=1流明的光通量均勻分布在1平方米面積上的照度1流明=發(fā)光強(qiáng)度為1坎德拉的點(diǎn)光源，在單位立體角內(nèi)發(fā)射的光通量1勒克斯=發(fā)光強(qiáng)度為1坎德拉的點(diǎn)光源在半徑為1米的球面上產(chǎn)生的光照度 采光照明上通常用LX表示:計(jì)算公式：FNu/KSZ公式中：F光源的光通量（Lm） N光源的數(shù)量 u利用系數(shù)，在一般房間內(nèi)并有較好的反射條件時(shí)，對漫射配光型燈具取0.3；對直射和半直射配光型燈具取0.5；如

2、房間的反射條件較差時(shí)，再將利用系數(shù)乘以0.9修正 S房間面積（平方米） K減光系數(shù)，一般白熾燈取0.3，熒光燈取1.4 Z平均照度與最低照度之比，燈具布置適宜時(shí)取1.2普通220V白熾燈光通量燈泡功率W 15, 25, 40, 60, 100, 150, 200, 300, 500光通量（Lm） 110, 220, 350 ,630 ,1250 ,2090 ,2920, 4610, 8300普通220V熒光燈光通量燈管功率W 8, 15, 20, 30, 40 , 100, 光通量（Lm) 370,580,970,1550,2400, 5500普通220V聚光燈光通量燈泡功率 W 300 ,

3、500 , 750 ,1000, 2000 光通量（Lm） 4850 ,8700 ,12400, 19500, 38400 國際單位制(SIE單位制)的光度單位光 度 量幾 何 學(xué)名稱符號單位英文名光強(qiáng)度I坎德拉Candela(cd)光照度E勒克斯Lux(lx)光亮度L尼特Nit光通量流明Lumen(lm)光電脈搏信號檢測電路一、設(shè)計(jì)目的與意義脈搏的概念：脈搏的廣義內(nèi)容包括心尖搏動波、動脈波和靜脈波。其共同特點(diǎn)是頻率甚低。動脈脈搏為一般所說的脈搏，由心臟節(jié)律性地收縮和舒張引起主動脈中的容積和壓力發(fā)生改變，從而使動脈管壁出現(xiàn)振動而產(chǎn)生的。脈搏產(chǎn)生后沿管壁向全身動脈傳播，在身體淺表有動脈通過的部位

4、，都可觸摸到脈搏。所以動脈波的測量相對來說比較方便。 正常動脈波形如圖。它由以下幾個部分組成。上升支：在心室快速射血期，動脈血壓迅速上升，管壁被擴(kuò)張，形成脈搏波形中的上升支；下降支：心室射血的后期。射血速度減慢，進(jìn)入主動脈的血量少于由主動脈流向外周的血量，故被擴(kuò)張的大動脈開始回縮，動脈血壓逐漸降低，形成脈搏波形中下降支的前段。隨后，心室舒張，動脈血壓繼續(xù)下降，形成下降支的其余部分。因?yàn)樾氖沂鎻垥r(shí)室內(nèi)壓下降，主動脈內(nèi)的血液向心室方向返流。這一返流使主動脈瓣很快關(guān)閉。返流的血液使主動脈根部的容積增大，并且受到閉合的主動脈瓣阻擋，發(fā)生一個返折波，因此在降中峽的后面形成一個短暫的向上的小波，稱為降中波

5、。老年人或者高血壓病人由于血管順應(yīng)性較差，所以降中波不明顯或者消失。血管彈性不良而硬化時(shí)，上升及下降段也均呈陡峭狀。脈搏能反映心血管系統(tǒng)多方面的狀態(tài)，如心跳的頻率和節(jié)律、心臟的收縮力、血管充盈度、動脈管壁的彈性等等。所以脈搏的測定是一項(xiàng)重要的臨床檢查頂目。中醫(yī)更將捫脈作為診治疾病的主要方法。在中醫(yī)現(xiàn)代化研究中，對脈搏的分析更為細(xì)致，可以分辨出遲脈、數(shù)脈、代脈、浮脈、弦脈、滑脈和澀脈等等。其中有以頻率之不同而區(qū)分的（如遲脈、數(shù)脈），有以節(jié)律區(qū)分的（如結(jié)脈、代脈），有以深淺和形態(tài)區(qū)分的（如弦脈、滑脈、澀脈）等。這就要求在設(shè)計(jì)脈搏傳感器時(shí)，要對其靈敏度、頻響、拾取信號的方向等作認(rèn)真的考慮。二、系統(tǒng)設(shè)

6、計(jì)光電轉(zhuǎn)換器信號放大、濾波示波器顯示波形指端脈搏信息光電轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)：原理：利用光電池的光生電流大小與被測光的照度成正比的特性，用光電池作為光電變換器件。生物體組織對波長大于600nm的紅光和近紅外光線吸收的較少，透過較多。但是，血液卻極易吸收這種光線，特別是對波長700-800nm范圍的光線，無論是氧和血紅蛋白還是還原血紅蛋白都能大量的吸收它。利用紅外發(fā)光二極管照射手指尖部，因?yàn)橹讣庋苤醒喝莘e變化體現(xiàn)動脈搏動情況，當(dāng)血液充盈（容積變大）時(shí)，紅光透過的少，否則透過的多。利用光電池把透過指尖的光強(qiáng)變化轉(zhuǎn)化為電壓信號。光電池的選擇脈搏波是低頻微弱的生理信號，電路的核心元件光電探測器選用了靈敏度

7、較高、響應(yīng)快、轉(zhuǎn)換效率高的硅光電池。硅光電池具有較小內(nèi)阻的恒流源特性，當(dāng)負(fù)載電阻小時(shí)，其光電流隨入射光照度成好的線性變化關(guān)系，線性關(guān)系的范圍也較寬。因此，電路設(shè)計(jì)時(shí)將硅光電池用作電流源透射型光電轉(zhuǎn)換器注意事項(xiàng)：1.硅光電池選擇：在固定光強(qiáng)條件下曝光，直接檢測光電流是否達(dá)到所需靈敏度。2.檢測光源穩(wěn)定性：保證傳感器匣內(nèi)光源強(qiáng)度不變，應(yīng)采用穩(wěn)壓電源。單次檢測可用干電池。3.光源與光電池的距離能固定不變：防止光源移動影響波形幅。4.測試匣不透光或漏光：防止周圍環(huán)境光源干擾。5.光電源引出線為屏蔽線 防止干擾(與顯示器地線聯(lián)結(jié))6.使用時(shí)注意待測指端位置固定，每次插入均至無名指第一指節(jié)橫紋處。如作持續(xù)

8、監(jiān)控用，需將傳感器用膠紙固定，以免移動。三、單元電路的設(shè)計(jì)(1)光電轉(zhuǎn)換電路光電轉(zhuǎn)換電路的技術(shù)核心要有最佳的線性度和信噪改善比。光電轉(zhuǎn)換電路采用如圖所示的低輸入阻抗的電流放大型。硅光電池與運(yùn)算放大器的兩個輸入端相連，運(yùn)算放大器處于電流放大狀態(tài)。運(yùn)算放大器兩輸入端間的輸入阻抗是光電池的負(fù)載電阻，可表示為=Rf(A+1)為了抑制高頻干擾和消除運(yùn)放輸入偏置電流的影響，實(shí)際電路在正輸入端加入平衡電阻，可以使運(yùn)放兩個輸入端由偏置電流在兩電阻上產(chǎn)生的壓降相等，從而消除偏置電流的影響。參數(shù)設(shè)置：C1=C2=1F Rf=23.9k信號放大倍數(shù)為23900倍(2)信號調(diào)理電路 a.信號放大、一階濾波14電容隔直

9、流，一階濾波截止頻率,放大倍數(shù)為100倍用ewb仿真得到結(jié)果：b.三階濾波由于人體脈搏最高頻率約為4hz，而主要頻率分布在1hz左右，所以設(shè)置截止頻率為10hz，選取三階低通濾波器，設(shè)置參數(shù)如圖標(biāo)注，并且可以有效的濾除50hz工頻干擾。用ewb仿真顯示結(jié)果：四、整體電路總體放大倍數(shù)A=A1A2=23900×100=2390000 理論上將光源通過手指照射在硅光電池，電池的電流為2A，放大后可以到達(dá)伏級，是令人滿意的測試報(bào)告一、各項(xiàng)參數(shù)測試1.信號拾取采用實(shí)驗(yàn)室提供的臺燈作為光源，由于要求精度不高，所以光源穩(wěn)定性是符合要求的。測試時(shí)將食指指尖放于硅光電池上，盡量坐著測試，手臂放平，避免

10、手的抖動和位移。2.三階濾波器的測試輸入信號Vi=16.9mv 從1hz開始慢慢調(diào)大信號頻率，當(dāng)輸出信號Vo幅值下降到輸入的0.707倍12.0mv時(shí)，信號頻率為10.3hz，與設(shè)計(jì)的10hz截止頻率完全符合。繼續(xù)調(diào)節(jié)輸入信號，發(fā)現(xiàn)到50赫茲左右?guī)缀鯖]有信號，工頻干擾得到有效抑制。3.靜態(tài)工作點(diǎn)將放大器兩輸入端對地短路，測得輸出端輸出約200mv<0.5v，符合要求。4.放大倍數(shù)測試用信號發(fā)生器輸入20mv的信號，用示波器觀察輸出Vo的幅值為2v，放大了100倍，符合設(shè)計(jì)二、小結(jié)實(shí)際測得的脈搏波形幅值適當(dāng)，便于觀測，噪聲較低，波形基本穩(wěn)定如圖缺點(diǎn)是有一定時(shí)間的延遲，受被測者自身影響大，還有待改進(jìn)。本傳感器有如下主要特點(diǎn)：較高的信噪比；較好的線性；實(shí)際電路制作選用了具有體積小、功耗低、工作電壓低、可以單電源工作、廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)的四運(yùn)放集成電路LM324，電路結(jié)構(gòu)緊湊；降低了傳感器的功耗和價(jià)格。這次的課程設(shè)計(jì)，我從最開始的一無所知，無從下手，到查找閱讀大量資料，有了一定的整體設(shè)計(jì)思路，再到在實(shí)驗(yàn)室里的動手實(shí)踐，到最后完成設(shè)計(jì)看到脈搏波，經(jīng)歷了一段曲折艱辛，有苦有樂的過程。一次次的在實(shí)驗(yàn)室廢寢忘食的奮斗一整天，一次次的出現(xiàn)困難顯示出之前基礎(chǔ)知識掌握的不牢固和經(jīng)驗(yàn)的欠缺，而一次次