光電脈搏信號檢測電路設計一、前言脈診在我國已具有2600多年臨床實踐，是我國傳統中醫的精髓，但祖國傳統醫學采用“望、聞、問、切”的手段進行病情診斷，受人為的影響因素較大，測量精度不高。隨著科學技術的發展，脈搏測試不再局限于傳統的人工測試法或聽診器測試法。利用血液是高度不透明的液體，光照在一般組織中的穿透性要比在血液中大幾十倍的特點，可通過傳感器對脈搏信號進行檢測，這種技術具有先進性、實用性和穩定性，同時也是生物醫學工程領域的發展方向。本文將詳細介紹…種光傳導式的脈搏信號檢測電路，并說明所涉及到的問題和方法。二、系統設計1系統目標設計及意義設計制作一個光電脈搏測試儀，通過光電式脈搏傳感器對手指末端透光度的監測，間接檢測出脈搏信號，并在顯示器上顯示所測的脈搏跳動波形，要求測量穩定、準確、性能良好。2設計思想(1)傳感器：利用指套式光電傳感器，指套式光電傳感器的換能元件用硅光電池，由于心臟的跳動，引起手指尖的微血管的體積發生相應的變化(當心臟收縮時，微血管容積增大；當心臟舒張時，微血管容積減少),當光通過手指尖射到硅光電池時，產生光電效應，兩極之間產生電壓由于指尖的微血管內的血液隨著心臟的跳動發生相應于脈搏的容積變化，因而使光透過指尖射到硅光電池時也發生相應的強度變化，而非血液組織(皮膚、肌肉、骨格等)的光吸收量是恒定不變的，這樣就把人體的脈搏(非電學量)轉換為相應于脈博的電信號，方便檢(2)按正常人脈搏數為60~80次/min,老人為100~150次/min,在運動后最高跳動次數為240次/min設計低通放大器。5Hz以上是病人與正常人脈搏波體現(3)測量中考慮到并要消除的干擾有：環境光對脈搏傳感器測量的影響、電磁(4)由于透過指尖射到硅光電池的光強很小，輸出短路電流約為0.luA～3uA,所以總共放大10倍以便于觀察。傳感器得到的脈搏信號極為微弱，很容易淹沒在噪聲及干擾信號之中，所以對取得的微弱信號先進行放大后再濾波。設計兩極放大，因為三級放大個別電路板的零點漂移大得足以達到滿幅，測量不準確。每個單級放大器的放大倍數不大于30,以免自激振蕩。(5)所選的電阻參數要盡量精確，IC選用偏置電流小、輸入失調電壓小的運(1)傳感器：將脈搏的跳動轉換為電壓信號，放大10?倍。(2)一級放大電路：對微弱信號進行放大，放大約20倍(3)二階低通濾波電路：濾除干擾信號并進一步放大，再放大約20倍。4單元電路的設計(1)光電信號轉換電路如圖，換能元件為硅光電池，脈搏信號的拾取實際上是光透過指尖射到硅光電池時發生相應的強度變化，從而產生硅光電池電流的微弱變化，再經過放大而得到的。所拾取的信號為電壓信號。電路的輸出為：Vi=-ig●R?R1過大，穩定性差，容易產生漂移誤差，影響增益精度，考慮到靈敏度和線性度的協調，選Ri=22KΩ,使得輸出達到mv級。為了抑制高頻干擾和消除運放輸入偏置電流的影響,接入電容Cl、電阻R2和電容C?.電容的取值是基于脈搏信號的頻率考慮的。(2)一級反向放大電路十理想放大倍數為倍。0.707倍零頻增益高頻轉折頻率：低頻特性滿足條件，不影響有用信號。5整體電路為：LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如上圖所示。它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立，引腳排列見圖：共模抑制比：典型值80dB失調電壓：典型值7μA,最大值30μA失調電流：典型值10PA,最大值200PA整體電路僅采用一個LM324,且電阻值只用到22KΩ和500KΩ兩種電總的理想放大倍數為4×10,截止到14赫茲左右，基本滿足脈搏信號的拾將輸入兩端短路，接入工作電壓，用萬用表測得輸出電壓為390mv,低于500mv基本滿足條件。測得輸出約為2V,所以硅光電池輸出短路電流變化量約為1～2μA。根據觀察可得在脈搏信號強的部分如5HZ時放大22倍，且截止頻率在30HZ左4、后級濾波加放大幅度N幅度N+圖3二級低通放大器5據觀察得截止頻率在10HZ左右，且在50HZ時輸出只有5HZ(脈搏信號較強時)幅度N幅度N脈搏信號的主峰頻率在1HZ左右，但由于示波器的缺陷，不能觀察放大器和濾波器在低頻時的放大情況，使得數據有點模糊。由于示波器為直流耦合，所以直流電平漂移很嚴重，這就要求受試者一定要平微血管床。由于放大倍數較大，入射光強不要太強，否則會使輸出飽和，且不同的人脈搏波強度不同，為適應不同條件下的檢測，最好的辦法是把一