便携式人体脉搏计数仪设计

２１ ０ １年
第１ 期
Ｓ Ｉ Ｎ Ｅ＆Ｔ Ｃ Ｏ Ｏ ＹＩ Ｆ Ｒ ＴＯ ＣＥ Ｃ Ｅ ＨＮ Ｌ Ｇ Ｏ ＭＡ Ｉ Ｎ Ｎ
Ｏ本刊重稿０
＿ 科技信息
便携式人体脉搏计数仪设计
纪 林 海 田 锦 明 （ 淮海 工学 院电子 工程学 院 江 苏 连云港【 摘来自２２０ ） ２ ０ ５
要１ 人体脉搏计数仅用来对人体 的脉搏跳动进行检测 。 脉搏计数仪 由压 电感应器、 电荷放 大电路、 滤波电路 、 迟滞 比较器、 字显示部 数
多 ， 望 能 实 时 了解 自身 的 健 康 状态 。 搏 是 人 类 重 要 的 生命 体 征 ， 的抖 动 产 生 的干 扰 频 率 和 热 噪 声频 率 等 ， 会 对 我 们 提 取 有 用 脉 搏 信 希 脉 中 都 医 对 脉搏 的 重视 由来 已 久 ， 搏 波 所 呈 现 出来 的强 度 、 率 和 节 律 等 号 产 生 极 大 的 干扰 ， 致 输 出 不 准 确 ， 至 会 导 致 无 法 提 取 脉 搏 信 号 ， 脉 速 导 甚 方 面 的综 合 信 息 ． 能反 映 出人 体 心 血 管 系统 中许 多 生 理 疾 病 的血 流 特 所 以选 择 下 限截 止 频 率 为 ０５＿．Ｈ 。采 用 非 标 称 电 阻 Ｒｌ ｌｏ ＣＩ ． ０１ ｚ － ＋ ＝ ０ Ｇ， ＝
由于脉 搏 信 号 频 率 很 低 ， 是微 弱 信 号 ， 干 扰 信 号 较 多 ， 扰 信 号 且 干 主 要 来 自市 电干 扰 、 间 电 磁信 号 干 扰 、 体 体 温变 化 干 扰 等 。 了避 空 人 为 免 干 扰 信 号对 脉 搏 信 号 的 干 扰 ， 须引 入 滤 波 器 对 这 些 干 扰 信 号 进 行 必
分 组 成 。 计 了一 种 新 的 电 荷放 大 器 ， 对 其 传 输 函数 进 行 分 析 。设 计 了低 通 滤波 器 、 通 滤 波 器 、 阻滤 波 器 等 滤 波 器对 干 扰 信 号 进行 抑 制。 设 并 高 带 迟 滞 比较 器 用来 把 经放 大 、 滤波 后 的 模 拟 脉搏 信 号 转 化 为 需要 的数 字 电平 信 号 。数 字显 示 部 分 的 功 能是 显 示 每 分 钟 脉搏 跳 动 的 次数 。
征。本文提 出一种便携式 电子脉搏仪 ， 拥有操作简单 、 时准确 、 计 自动 ３３ Ｆ可 以满 足 要 求 。Ｒ１ 用 １ ０ 的非 标 电 阻 还 可 以使 电荷 放 大 器 ．ｐ 采 ０Ｇ 复位 、 环测 试 、 时显 示 等 特 点 ， 使 用 者 能 够 在 不 影 响 工 作 、 习 循 实 让 学 的输 入 阻 抗增 加 ． 利 于 提 取 脉 搏 信号 。从 传 输 函数 可 以看 出此 时 电 有
【 键词】Ｖ 关 Ｐ ＤＦ； 电荷 放 大 器 ； 波 器 ； 滞 比较 器 滤 迟
随 着 社 会 的发 展 和 生 活 水 平 的 提高 ， 们 对 健 康 的关 注 也 越 来 越 功 能 。 考虑 到 人 体 脉 搏 信 号 约 为 ０５ ２ ｚ 低 于 ０５ ｚ的 频 率 ， 人 ． Ｈ ， — ．Ｈ 如人 体
１ 压 电 感应 器
人 体 的脉 搏 频 率 非 常 低 ， 为 ０５ ４ ． 般 情 况 下 为 １ 左 右 。 约 ．～ Ｈｚ一 Ｈｚ Ｐ Ｄ Ｖ Ｆ膜 的柔 性 及 其 厚 度 方 向伸 缩 振 动 的谐 振 频 率 很 高 ， 得 在 很 宽 使 范 围 内有 平 坦 的 频 率 响应 （ 响应 范 围 是 ０１ １０ ． ０ ＭＨｚ。 此 采 用人 手 指 — ）因
端 大小的 Ｐ Ｄ （ Ｖ Ｆ￣偏二氟乙烯１ 压电薄膜作为压电感应器 。 ＶＤ Ｐ Ｆ压 电 薄膜 有 如 下 优 点 ： 是 压 电常 数 大 （３ ＝ １ Ｃ Ｎ ． 力 响 应 灵 敏 度 高 。 一 ｄ ３ ２ Ｐ ／ ）变 比 石英 晶体 高 ｌ ，压 电 电压 输 出常 数 ｇ １４是 所 有 压 电 体 中最 高 ０倍 ＝７
抑 制 。文 中用 到 了低 通 滤 波 器 ， 通 滤 波 器 ， 阻滤 波 器 。低 通 滤 波 器 高 带 抑 制 空 间 电磁 干 扰 信 号 ，高通 滤 波 器 抑 制 人 体 体 温 产 生 的 干 扰 信 号 ，
图 １ 脉 搏 计 数 仪 原 理 图
带 阻 滤 波 器抑 制 ５ Ｈ ０ ｚ的工 频 干 扰 。 ３１ 低通 滤 波 器 设 计 ． 低 通 滤 波 器 电 路 如 图 ３所 示 ， 了 使 滤 波 器 的特 性 更 陡 峭 ， 用 为 采 两 个 二 阶 的 巴特 沃 思 串联 成 一 个 四 阶 巴特 沃 思 低 通 滤 波 器 ， 器 件 的 各 参 数 已列 在 图 中 ， 计 算 截 止 频 率 约等 于 ｌＯ ｚ 经 ０Ｈ 。
和运 动 的 前 提 下 ， 便 快 捷 地 了解 自身 的健 康 状 况 。 方 荷 放 大 器 的放 大 倍 数 取 决 于 Ｒ３和 Ｒ 。 ２ 本 文 所 设 计 的脉 搏 计 数 仪 包 括 压 电感 应 器 ， 电荷 放 大 器 ， 波 电 滤 ３ 滤 波器 的设 计 路 ， 滞 比较 器 ， 字 显 示 部 分 ． 迟 数 具体 原 理 图如 图 １所 示 。
的 ： 是 在非 常 高 的 交 变 电 场 中 不 至 于 去 极 化 ， 位 体 积 能 获 得 大 的 二 单 输 出功 率 ； 为换 能 器 单 位 体 积 最 大输 出功 率 正 比于 机 电耦 合 系 数 和 因 能承 受 的 最 大 电 场强 度 的平 方 ： 三是 薄膜 不但 轻 而 且 柔 韧 ， 于 制 备 ， 易 与人 体组 织 的阻 抗 耦 合 性 好・ 紧 贴 皮 肤 ， 得 脉 搏 信 号 通 过 薄 膜 而 ， 能 使 不失真 ； 四是 机 械 品质 因素 低 ， 尼 小 ， 阻 密度 低 ， 有 宽 带 特 性 ， 满 足 具 能