光电脉搏测试仪

引言脉搏测试仪是用来测量一个人脉搏跳动次数的电子仪器，也是心电图的主要组成部分，因此，在现代医学上具有重要的作用。

目前检测脉搏的仪器虽然很多，但是能实现精确测量、精确显示且计时功能准确等多种功能的便携式全数字脉搏测量装置很少。

随着人们生活环境和经济条件的改善，以及文化素质的提高，其生活方式，保健需求以及疾病种类、治疗措施等发生了明显的变化。

但在目前，我国的心脑血管疾病仍呈逐年上升趋势。

其发病率和死亡率均居各种疾病之首，是人类死亡的主要原因之一。

因此，认识、预防及早期发现这些疾病是十分必要的。

从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。

几乎世界上所有的民族都用过“摸脉”作为诊断疾病的手段。

脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征，因此对脉搏波采集和处理具有很高的医学价值和应用前景。

但人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频弱信号，脉搏波信号更是低频微弱的非电生理信号，必需经过放大和后级滤波以满足采集的要求。

1 基本结构模块1．1 脉搏波检测电路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。

近年来光电检测技术在临床医学应用中发展很快，这主要是由于光能避开强烈的电磁干扰，具有很高的绝缘性，且可非侵入地检测病人各种症状信息。

用光电法提取指尖脉搏光信息受到了从事生物医学仪器工作的专家和学者的重视。

本系统设计了指套式的透射型光电传感器，实现了光电隔离，减少了对后级模拟电路的干扰。

传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。

所用光电式传感器由发光二级管和光敏二极管组成，其工作原理是：发光二极管发出的光透射过手指，经过手指组织的血液吸收和衰减，由光敏二极管接收。

一、实验目的1. 理解数字脉搏计的原理和组成；2. 掌握数字脉搏计的测量方法；3. 熟悉数字脉搏计的调试与维护；4. 提高数字电路的实验技能。

二、实验原理数字脉搏计是一种利用光电传感器检测人体脉搏的仪器，其原理是利用光电效应将脉搏信号转换为电信号，然后通过模数转换器（A/D转换器）将模拟信号转换为数字信号，最后由微处理器进行处理，得出脉搏频率。

实验原理图如下：光电传感器→光敏电阻→放大电路→滤波电路→A/D转换器→微处理器→显示屏三、实验器材1. 数字脉搏计实验装置；2. 信号发生器；3. 示波器；4. 电源；5. 线路连接线。

四、实验步骤1. 连接实验装置：将光电传感器、放大电路、滤波电路、A/D转换器、微处理器和显示屏按照实验原理图进行连接。

2. 信号测试：使用信号发生器产生一定频率的模拟信号，输入到放大电路中，观察放大电路输出信号的变化。

3. 滤波电路测试：观察滤波电路对输入信号的滤波效果，确保输出信号稳定。

4. A/D转换器测试：将模拟信号输入到A/D转换器中，观察数字信号的输出。

5. 微处理器测试：将A/D转换器输出的数字信号输入到微处理器中，观察微处理器的工作状态。

6. 显示屏测试：观察显示屏是否能够正确显示脉搏频率。

7. 脉搏计调试：将光电传感器放置在人体脉搏部位，调整光电传感器与皮肤的距离，使信号输出稳定。

8. 脉搏计测量：将脉搏计佩戴在人体手腕上，观察显示屏上脉搏频率的实时变化。

9. 脉搏计维护：检查各电路连接是否牢固，确保脉搏计的正常工作。

五、实验结果与分析1. 放大电路输出信号稳定，滤波电路滤波效果良好。

2. A/D转换器输出数字信号准确，微处理器工作状态正常。

3. 显示屏能够正确显示脉搏频率。

4. 脉搏计佩戴舒适，测量结果准确。

六、实验总结通过本次实验，我们了解了数字脉搏计的原理和组成，掌握了数字脉搏计的测量方法，熟悉了数字脉搏计的调试与维护。

在实验过程中，我们遇到了一些问题，如放大电路输出信号不稳定、滤波电路滤波效果不佳等，通过分析原因，我们解决了这些问题，提高了实验技能。

脉诊仪的工作原理脉诊仪是一种用于探测和诊断人体脉搏的电子设备。

其工作原理主要基于两个方面：脉搏感应和信号处理。

脉搏感应是通过传感器来探测人体脉搏信号。

脉搏感应传感器通常使用光电传感器或压力传感器。

光电传感器使用红外线光源照射皮肤表面，然后通过光敏元件来检测反射回来的光线的强度变化。

当动脉血液流经皮肤表面时，皮肤的血红蛋白会对红外线光线产生吸收，使得反射回来的光线强度发生变化。

通过检测这种光线强度的变化，脉搏感应传感器可以探测到脉搏信号的存在。

信号处理是对脉搏信号进行放大、滤波和分析的过程。

脉诊仪通常会使用放大器来增强脉搏信号的幅度，以便更好地进行后续的处理。

滤波器则可以滤除掉脉搏信号中的噪声和杂波，以保证信号的准确性。

信号分析部分会对脉搏信号进行计算、特征提取和比对，以获得与不同脉象特征相关的诊断结果。

脉诊仪中的信号处理部分通常包括以下几个步骤。

首先，对脉搏信号进行滤波，以去除高频噪声和低频漂移。

滤波可以使用数字滤波器或者模拟滤波器实现。

然后，对滤波后的信号进行放大，以增加信号的幅度，使得后续的分析更容易进行。

放大可以使用放大电路或者运算放大器来实现。

接下来，对放大后的信号进行特征提取和分析。

特征提取是通过对脉搏信号的波形、频率和振幅等特征进行计算和分析来得到脉象的信息。

这些特征可以用于识别正常脉象和不正常脉象，并进行相应的诊断。

最后，将分析得到的结果进行显示和输出，以供医生和患者参考和分析。

总结来说，脉诊仪的工作原理主要是通过脉搏感应传感器来探测人体脉搏信号，然后通过信号处理来放大、滤波和分析脉搏信号，以获得与脉象特征相关的诊断结果。

这些技术的应用使得脉诊仪成为一种方便、快速和准确的诊断工具，在临床医学中得到了广泛的应用。

1 设计主要内容及要求1 设计主要内容及要求1.1 设计目的：（1）了解脉搏检测相关背景知识以及电工电子学、单片机、传感器等相关技术。

（2）初步掌握常用脉搏检测方法的特点和应用场合，并选择恰当方法应用于本设计。

（3）通过学习，具体掌握所选择脉搏测量传感器的使用特点、测量电路和使用方法。

1.2 基本要求（1）要求设计相关的硬件电路，选择合适的传感器、MCU和显示系统。

（2）设计恰当的测量电路，包括信号的放大、滤波及抗干扰设计等。

（3）设计异常心跳的报警电路。

1.3 发挥部分自由发挥2设计思路该装置是根据手指毛细血管的血容量随心脏搏动而改变这一生理特点，利用光电转换原理以及单片机计数测量原理完成对心率次数的测量。

测量脉搏的装置是以脉冲跳动间隔时间为基准的倒计数方式，从而保证在几秒钟内得到精确的每分钟脉冲次数，并提高了快速测量的准确性。

该系统采用光电传感器进行测量，在传感器两端加上一定的工作电压，则其输出电压随着光照强度的变化而变化，产生电压信号。

该信号经过滤波处理后，再由运放转将信号放大，然后送入单片机进行处理。

在进行处理前，信号将要分为两路，一路经波形变换后得脉冲信号，送单片机进行对电压信号的测频处理，并计算1min内脉搏跳动的次数；另一路经A/D 转换后送到单片机处理系统进行波形测量与显示。

单片机把传感器采集的数据经过译码器显示在液晶屏上，同时当测得脉搏跳动次数超于规定脉搏跳动次数范围时，电路将自动进入中断，发光二极管闪烁，蜂鸣器报警。

键盘控制器用于功能选择。

系统的测频利用软件进行精度的调整，节省了资源。

3设计方框图4各部分电路设计4.1.硬件系统的设计图4.1硬件数字前置电路设计图4.1．1.脉搏信号的检测硬件电路中，关键部分在于脉搏信号的检测。

系统采用红色发光二极管和硫化镉光敏电阻组成投射遮光指套式光电传感器发光二极管稳定性好，遮光指套式的装置式的装置减少了外界光的干扰，只需要将待测手指插入，便可以进行测量。

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。

光电脉搏检测电路测试报告电路总体设计思路：电路总体要求：1．稳定提取人体手指信号2．对频率在0.5-20Hz内信号进行有效放大3．将50Hz干扰尽量滤除4．将脉搏波信号放大至伏量级进行观察单元电路测试与分析：1．光电传感电路电路主要功能：提取人体指端脉搏信号，将其转化为电信号输出。

测试方法：测试者平稳的将手指轻压光敏三极管上方，尽量覆盖它的透明部分，用发光二极管或其他光源照射手指。

测试结果：输出端得到约为4V直流信号，在其基础上有交流信号的变化，幅值约为1mV。

测试分析：光发射部分：测试时采用了实验室的台灯照射手指，因其功率较大，实验效果较好。

光接受部分：光敏三极管阻值随光照发生变化，从有到无变化范围为20-400k欧姆，通电后光敏三极管两端分压范围约为1-4V。

手指轻压在金属封装的光敏三极管上，基本遮住了光接受部分，减少了环境光的干扰，通电时从输出端测得信号为3.96V直流信号基础上含有交流信号，交流信号幅值为0.940mV频率为50Hz，即为光电传感器转化得到的人体脉搏信号，由于信号微弱，被工频干扰所覆盖。

2．前级处理、放大电路电路主要功能：去除直流低频信号，抑制高频信号，对50Hz工频干扰进行初步衰减，同时对有用的脉搏信号进行了初步的放大。

测试方法：用实验室信号发生器输入同一幅值的正弦信号，通过调节输入不同的频率用示波器进行输出信号幅值的观察。

测试结果：输入信号幅值为80mV理论放大10倍，截止频率为23Hz。

实验数据如下：f(Hz) 5.786 7.035 9.17 14.11 16.05 18.02 20.9 23.41 30.81 40.29 50.02 100 V(V) 0.45 0.506 0.562 0.6 0.597 0.584 0.564 0.543 0.479 0.405 0.348 0.19 可见，实际放大7.5倍左右，截止频率在30多Hz，在50Hz有4.35倍的放大。

电路工作原理该脉搏测试仪电路由电源电路、脉搏信号检测放大电路、延时复位电路和数码显示电路组成，如图所示。

电源电路由电源开关Sl、电池GB和滤波电容器C6组成。

脉搏信号检测放大电路由传声器BM、电阻器Rl-R7、电位器RPl、电容器Cl-C5、二极管VD1、VD2、运算放大器集成电路ICl(Nl-N3)和六施密特触发器IC2(D1-D6)内部的Dl组成。

延时复位电路由复位控制按钮S2、电阻器R8、R9、电位器RP2、电容器C7、C8、二极管VD3、1C2内部的非门施密特触发器D2-D6和译码器集成电路IC3内电路组成。

显示驱动电路由IC3、译码驱动集成电路IC4、电阻器RlO-R2O、晶体管Vl-V3和数码显示器组成。

使用时，将BM放在人体脉搏跳动最明显的部位，接通电源开关Sl，再按下复位控制按钮S2，D2输出低电平，D3和D4输出高电平，IC3清零复位，VD3导通，C7快速充电，D5、D6也输出低电平，IC3允许计数。

松开S2后，C7通过D5和D6的输入端放电，使D5和D6维持输出低电平。

在按下S2的同时，BM将脉搏跳动的音频信号转换成电信号，该电信号经运算放大器Nl-N3和Dl放大整形处理后，作为IC3的12脚(CLK)的计数脉冲。

此计数脉冲经IC3和1C4译码处理后，驱动数码显示器工作，显示器上的数字随着脉搏的跳动而同步变化。

延时60s 后，C7放电结束，D5和D6输出高电平，lC3停止计数，数码显示器上的小数点被点亮，表示测量结束。

此时数码显示器上显示的数字即是被测者脉搏每分钟跳动的次数。

调节RP1的阻值，可使脉搏跳动于显示同步(使脉搏每跳动一次数码显示器的数字加上"1")。

调节RP2的阻值，可改变延时计时的准确性(使延时时间刚好为605)。

元器件选择Rl-R2O均选用1/4W金属膜电阻器。

RPl和RP2选用小型合成碳膜电位器或可变电阻器。

Cl、C2、C4、C6和C7均选用耐压值为16V的铝电解电容器;C3和C5选用独石电容器或涤纶电容器;C8选用高频瓷介电容器或CBB电容器。

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。

双波长光电脉搏波检测
双波长光电脉搏波检测是一种用于测量心率和心率变异性的非侵入性方法。

它利用两种不同波长的光，通过皮肤组织透射和反射，测量光的吸收变化来确定脉搏波的信息。

这种方法利用了血液中的血红蛋白对不同波长的光的吸收特性不同的特点。

在心脏收缩时，血液流动增加，血红蛋白的吸收能力也会随之变化。

通过测量皮肤上的反射光或穿透光的吸收变化，可以确定脉搏波的频率和幅度。

双波长光电脉搏波检测可用于监测心率和心率变异性，这对评估心血管健康和自主神经系统功能具有重要意义。

它可以应用于临床医疗、健康检测和运动监测等领域。

值得注意的是，双波长光电脉搏波检测是一种间接测量方法，测量结果可能受到许多因素的影响，如环境条件、感光元件质量等。

因此，在实际应用中需要结合其他临床指标进行综合评估。