设计一款基于光纤光栅的脉搏测量传感器

光电脉搏测量仪设计报告一、设计意义从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临Array床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。

目前医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数，方法是用手按在病人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数。

为了节省时间，一般不会作1分钟的测量，通常是测量10秒钟时间内心跳的数，再把结果乘以6即得到每分钟的心跳数，即使这样做还是比较费时，而且精度也不高，因此，需要有使用更加方便，测量精度更高的设备。

二、关键技术脉搏检测中关键技术是传感器的设计与传感器输出的微弱信号提取问题, 本文设计的脉搏波检测系统以光电检测技术为基础，并采用了脉冲振幅光调制技术消除周围杂散光、暗电流等各种干扰的影响。

并利用过采样技术和数字滤波等数字信号处理方法，代替实现模拟电路中的放大滤波电路的功能。

本系统模拟电路简单，由ADC841芯片实现脉搏信号采集，信号处理和脉搏次数的计算等功能，因此体积小，功耗低，系统稳定性高。

本系统可实现脉搏波的实时存储并可实现与上位机(PC机)的实时通讯, 因此可作为多参数病人中心监护系统的一个模块完成心率检测和脉搏波形显示。

三、硬件设计3.1 设计框图光电脉搏测量仪是利用光电传感器作为变换原件，把采集到的用于检测脉搏跳动的红外光转换成电信号，用电子仪表进行测量和显示的装置。

本系统的组成包括光电传感器、信号处理、单片机电路、数码显示、电源等部分。

脉搏测量仪硬件框图如图1所示。

当手指放在红外线发射二极管和接收三极管中间，随着心脏的跳动，血管中血液的流量将发生变换。

由于手指放在光的传递路径中，血管中血液饱和程度的变化将引起光的强度发生变化，因此和心跳的节拍相对应，红外接收三极管的电流也跟着改变，这就导致红外接收三极管输出脉冲信号。

该信号经放大、滤波、整形后输出，输出的脉冲信号作为单片机的外部中断信号。

单片机电路对输入的脉冲信号进行计算处理后把结果送到数码管显示。

3.2脉搏信号采集与放大整形目前脉搏波检测系统有以下几种检测方法：光电容积脉搏波法、液体耦合腔脉搏传感器、压阻式脉搏传感器以及应变式脉搏传感器。

光纤光栅压力传感器摘要光纤光栅压力传感器是一种基于光纤光栅技术的压力测量装置。

它利用光纤光栅的特性，通过测量光纤光栅的光谱变化来间接测量压力。

本文将介绍光纤光栅压力传感器的工作原理、优势以及应用领域，并对光纤光栅压力传感器的未来发展进行展望。

1. 引言随着科技的发展，压力传感技术在工业自动化、机械制造、医疗诊断等领域中具有重要的应用价值。

光纤光栅压力传感器作为一种新型的压力测量技术手段，具有高灵敏度、快速响应、抗电磁干扰等优点，逐渐受到研究者的关注。

2. 光纤光栅压力传感器工作原理光纤光栅压力传感器的工作原理基于光纤光栅的特性，即通过光纤中的光栅结构使入射光产生衍射，从而形成一系列特定波长的光谱。

当光纤光栅受到外界压力的作用时，光栅的结构会发生变化，导致衍射光谱发生位移。

通过测量光谱的位移大小，可以间接得到外界压力的大小。

3. 光纤光栅压力传感器的优势相比传统的压力传感器，光纤光栅压力传感器具有以下优势：•高灵敏度：光纤光栅压力传感器可以实现对微小的压力变化的检测，具有较高的灵敏度。

•快速响应：光纤光栅压力传感器的响应时间非常快，可以在毫秒级别内完成压力测量。

•抗电磁干扰：光纤光栅压力传感器采用光学传输信号，对电磁干扰具有很好的抗干扰能力。

•高可靠性：由于光纤光栅压力传感器没有机械移动部件，因此具有较长的使用寿命和高可靠性。

4. 光纤光栅压力传感器的应用领域光纤光栅压力传感器在多个领域都有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：4.1 工业自动化光纤光栅压力传感器可以用于工业自动化中的压力监测和控制，如机械加工、液压系统等。

通过实时测量压力变化，可以及时调整系统的工作状态，提高生产效率和产品质量。

4.2 汽车工程光纤光栅压力传感器可以应用于汽车制造和汽车发动机的研究中。

通过监测引擎内部的压力变化，可以实时监控引擎的工作状态，提高燃烧效率和燃油利用率。

4.3 医疗诊断光纤光栅压力传感器可以应用于医疗诊断中的血压测量、内脏压力监测等领域。

光电脉搏信号检测电路设计生物医学工程１班－唐维－3004202327摘要：系统采用硅光电池做为光电效应手指脉搏传感器识取脉搏信号。

信号经放大后采用低通放大器克服干扰。

关键词：脉搏测量放大器二阶低通一、前言脉诊在我国已具有2600多年临床实践，是我国传统中医的精髓，但祖国传统医学采用“望、闻、问、切”的手段进行病情诊断，受人为的影响因素较大，测量精度不高。

随着科学技术的发展，脉搏测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法。

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, 可通过传感器对脉搏信号进行检测,这种技术具有先进性、实用性和稳定性,同时也是生物医学工程领域的发展方向。

本文将详细介绍一种光传导式的脉搏信号检测电路，并说明所涉及到的问题和方法。

二、系统设计1 系统目标设计及意义设计制作一个光电脉搏测试仪，通过光电式脉搏传感器对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号，并在显示器上显示所测的脉搏跳动波形，要求测量稳定、准确、性能良好。

2 设计思想（1）传感器：利用指套式光电传感器，指套式光电传感器的换能元件用硅光电池,由于心脏的跳动,引起手指尖的微血管的体积发生相应的变化（当心脏收缩时，微血管容积增大；当心脏舒张时,微血管容积减少），当光通过手指尖射到硅光电池时,产生光电效应,两极之间产生电压由于指尖的微血管内的血液随着心脏的跳动发生相应于脉搏的容积变化,因而使光透过指尖射到硅光电池时也发生相应的强度变化, 而非血液组织(皮肤、肌肉、骨格等)的光吸收量是恒定不变的, 这样就把人体的脉搏(非电学量) 转换为相应于脉博的电信号, 方便检测。

（2）按正常人脉搏数为60~80次/min ，老人为100~150次/min ，在运动后最高跳动次数为240次/ min 设计低通放大器。

5Hz 以上是病人与正常人脉搏波体现差异的地方，应注意保留。

（3）测量中考虑到并要消除的干扰有：环境光对脉搏传感器测量的影响、电磁干扰对脉搏传感器的影响、测量过程中运动的噪声还有50Hz 干扰。

基于光电传感器的心率监测电路设计心率监测在现代医学和健康管理中起着重要的作用。

传统的心率监测设备通常需要通过电极直接连接到人体，这种接触式监测不方便且容易引起不适。

随着技术的进步，基于光电传感器的心率监测电路设计应运而生，它能够无创地监测心率，并提供更方便、舒适的使用体验。

在设计基于光电传感器的心率监测电路时，需要考虑以下几个方面：1. 光电传感器的选择：光电传感器是这个电路设计的核心部分，它能够将光信号转换为电信号。

在选择光电传感器时，需要考虑其灵敏度、噪音水平、功耗和尺寸等因素。

常见的光电传感技术包括光电二极管（Photodiode）和光敏电阻（Photoresistor），根据实际需求选择合适的传感器。

2. 光源的选取：在光电传感器的工作中需要一个光源来照射在皮肤上，以便检测血液的变化。

常用的光源包括红外线发光二极管（IR LED）和可见光发光二极管（Visible LED）。

红外线LED适用于皮肤较厚的部位，而可见光LED适用于较薄的部位。

根据监测位置和实际需求选择合适的光源。

3. 模拟电路设计：光电传感器输出的信号是微弱的模拟信号，需要通过放大电路来增强信号强度。

一般使用运放（Operational Amplifier）来实现信号的放大。

此外，还可以添加带通滤波器来去除噪声和干扰。

通过适当的电路设计，可以有效提高信号的稳定性和准确性。

4. 数字电路设计：在放大和滤波之后，模拟信号需要被转换为数字信号进行处理和分析。

这可以通过模数转换器（ADC）来实现。

ADC将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，以便计算机或微控制器进行后续的数据处理和显示。

根据实际需求选择适当的ADC性能。

5. 数据处理和显示：数字信号经过ADC转换后，可以通过计算机或微控制器进行进一步的数据处理和显示。

常见的处理方法包括滤波、去噪、波形分析等。

通过合适的算法，可以实现心率的实时监测和记录。

此外，数据可以通过显示屏或无线通信模块实时显示或传输到外部设备。

光纤光栅传感器概述光纤光栅传感器是一种基于光纤传输和光栅技术的传感器。

它利用光栅的特性来测量光纤中的光信号，从而实现对物理量的测量和监测。

光纤光栅传感器具有高精度、长寿命、抗干扰等特点，在许多领域中广泛应用。

工作原理光纤光栅传感器的工作原理基于布拉格光栅的特性。

布拉格光栅是一种光学衍射结构，它由一系列等间距的折射率变化区域组成。

当入射光波与光栅相互作用时，会发生光衍射现象。

根据不同的入射角度和波长，只有特定的波长会在特定的入射角度下被反射回来。

这个特定波长就是布拉格波长。

在光纤光栅传感器中，通过将光纤中一段长度的折射率周期性变化，形成一个布拉格光栅。

当光信号从光纤中传输经过光栅区域时，会发生衍射现象，反射出特定波长的光信号。

通过测量这个特定波长的光信号的强度变化，可以得到物理量的信息。

应用领域光纤光栅传感器在许多领域中得到广泛应用。

以下是一些典型的应用领域：1. 温度测量：光纤光栅传感器可以通过测量光栅中的布拉格波长随温度的变化来实现温度的测量。

这种传感器具有高精度、快速响应等优点，在工业过程控制、环境监测等方面应用广泛。

2. 应变测量：光纤光栅传感器可以通过测量光纤中的布拉格波长随应变的变化来实现应变的测量。

由于光纤的柔性和高强度特性，这种传感器在结构健康监测、材料力学测试等领域中具有广泛的应用前景。

3. 液位测量：光纤光栅传感器可以通过测量光栅中的布拉格波长随液位的变化来实现液位的测量。

这种传感器具有高灵敏度、非接触式测量等优点，适用于液体储罐、水池等液位监测场景。

4. 压力测量：光纤光栅传感器可以通过测量光栅中的布拉格波长随压力的变化来实现压力的测量。

这种传感器具有高精度、快速响应等优点，适用于工业流体控制、汽车发动机监测等领域。

总结光纤光栅传感器是一种基于光纤传输和光栅技术的传感器，利用光栅的特性来测量光纤中的光信号，实现对物理量的测量和监测。

它具有高精度、长寿命、抗干扰等优点，在温度测量、应变测量、液位测量、压力测量等领域中得到广泛应用。

光纤光栅温度传感器原理及应用嘿，朋友们！今天咱来聊聊光纤光栅温度传感器，这玩意儿可神奇啦！你看啊，这光纤光栅温度传感器就像是一个超级敏感的小侦探。

它是咋工作的呢？简单来说，就是利用了光纤光栅对温度变化特别敏感的特性。

就好比人对自己喜欢的东西特别在意一样，温度一变，它立马就能察觉到。

想象一下，在一些高温或者低温的环境里，普通的传感器可能就有点扛不住啦，但光纤光栅温度传感器可不一样，它就像个顽强的小强，啥恶劣环境都能应对自如。

它能在各种复杂的场景中准确地测量温度，是不是很厉害？那它都能用在啥地方呢？这可多了去了！比如说在工业领域，那些大型的机器设备运行的时候，温度可是个关键指标啊，有了它就能随时监控温度，确保设备正常运行，这就像给机器请了个专门的健康顾问。

还有啊，在一些科研实验中，要求温度测量得特别精确，这时候光纤光栅温度传感器就派上大用场了，它能提供超级准确的数据，帮助科学家们取得更好的研究成果，那可真是功不可没呀！在日常生活中，它也能发挥作用呢。

比如说在一些特殊的场合，像博物馆啊，对温度要求很高，它就能帮忙把温度控制得恰到好处，保护那些珍贵的文物。

它就像是一个默默守护的卫士，不声不响地做着重要的工作。

而且啊，它还有个很大的优点，就是不容易受到干扰。

不像有些传感器，稍微有点干扰就不准确了。

它可稳定啦，就像一座稳稳的山。

咱再来说说它的安装和使用。

其实也不难啦，只要按照说明书一步一步来，一般人也能搞定。

不过可得细心点哦，毕竟这是个高科技的玩意儿。

总之呢，光纤光栅温度传感器真的是个很了不起的发明。

它让我们对温度的测量和控制变得更加容易和准确。

有了它，我们的生活和工作都变得更加安全和可靠啦！它就像一把神奇的钥匙，打开了温度测量的新世界大门，让我们能更好地了解和掌控周围的世界。

难道不是吗？。

一、实验目的本次实验旨在了解光纤光栅传感技术的基本原理、工作过程以及其在实际应用中的重要性。

通过实验，掌握光纤光栅传感器的制作方法、传感特性以及传感信号的处理技术，为后续研究光纤光栅传感器在相关领域的应用打下基础。

二、实验原理光纤光栅传感器是一种基于光纤布拉格光栅（FBG）原理的新型传感器。

当外界物理量（如温度、应变、压力等）作用于光纤光栅时，光栅的布拉格波长会发生相应的变化，从而实现物理量的测量。

三、实验仪器与材料1. 光纤光栅传感器实验装置2. 光纤光谱分析仪3. 恒温水浴箱4. 拉伸机5. 氧化铝薄膜四、实验步骤1. 光纤光栅传感器的制作（1）将一根单模光纤切割成一定长度，并利用氧化铝薄膜对光纤进行腐蚀，形成光纤光栅。

（2）将制作好的光纤光栅固定在实验装置上，并进行封装。

2. 温度传感实验（1）将光纤光栅传感器放入恒温水浴箱中，分别设置不同的温度，记录光纤光谱分析仪输出的布拉格波长。

（2）分析温度与布拉格波长之间的关系，绘制温度-波长曲线。

3. 应变传感实验（1）将光纤光栅传感器连接到拉伸机上，施加不同大小的应变，记录光纤光谱分析仪输出的布拉格波长。

（2）分析应变与布拉格波长之间的关系，绘制应变-波长曲线。

五、实验结果与分析1. 温度传感实验实验结果显示，随着温度的升高，光纤光栅传感器的布拉格波长发生蓝移，且蓝移量与温度呈线性关系。

通过拟合曲线，得到温度-波长关系式：$$\Delta\lambda = aT + b$$其中，$\Delta\lambda$为布拉格波长变化量，$T$为温度，$a$和$b$为拟合参数。

2. 应变传感实验实验结果显示，随着应变的增大，光纤光栅传感器的布拉格波长发生红移，且红移量与应变呈线性关系。

通过拟合曲线，得到应变-波长关系式：$$\Delta\lambda = c\epsilon + d$$其中，$\Delta\lambda$为布拉格波长变化量，$\epsilon$为应变，$c$和$d$为拟合参数。

毕业设计(论文) 题目：基于单片机的脉搏测量仪的研究与设计摘要在传统的医疗检测中，脉象检测一直都起着非常重要的作用，人体的脉象包含着大量的人体的生理和病理方面的信息。

脉诊一直是医生诊断疾病的重要手段之一，但受人为因素的影响很大。

经医学观察研究表明，人体手指末端含有丰富的毛细血管和小动脉，这些动脉和人体其他地方的动脉一样，含有丰富的生理信息。

由于光电脉搏检测技术具有很高的绝缘性，且抗电磁等干扰能力强，可以对人体进行无损伤检测。

本文设计通过光电法对人体指尖的脉搏进行测量，并将测量信息送入单片机进行处理，最后通过数码管将测量结果显示出来。

将对脉搏信号的检测模块，脉搏信息的处理模块，单片机，数码管显示模块等电路集成在一块电路板上，形成一个简易的脉搏测量仪。

这种测量仪具有精确度高，体积小，价格便宜，易于操作等特点，特别适合于个人使用和家庭使用，给我们的生活带来极大方便，让我们第一时间对自己的身体状况有进一步的了解。

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关键词：脉搏；光电传感器；单片机；数码管AbstractIn the traditional medical testing，the pulse condition detection has been playing a very important role．The pulse condition of the human body contains a large number of physiology information and pathology information，the pulse examination has been being one of the important means for the doctor to diagnosis the illness．But the man-made factors influence it very much，the medical observation research shows．The end of the finger contains rich capillaries and small arteries．These arteries and the other arteries of the body hold rich physiologic information．The Photoelectric pulse detecting technology can test the body without damage owing to its high insulation and strong ability to resist the electromagnetic interference．This design in the text can survey the pulse of the finger tip through photoelectric method and transport the information to the microcontroller to do with it．At last，the result is showed by the digital tube．When the electric circuit such as the detection module of the pulse signal，the processing module of the pulse information，SCM，digital tube are integrated in the board of electric circuit，it formed an simple pulse measuring instrument，this instrument has high accuracy，small, cheap，and easy to operate．It is especially suitable for personal use and family use．It brings great convenience to our life，so we can have a further understanding of our body condition．聞創沟燴鐺險爱氇谴净。