压力传感器测量脉搏
- 格式:pdf
- 大小:327.04 KB
- 文档页数:5
测量心率的原理心率是指心脏每分钟跳动的次数,通常用次/分钟(bpm)表示。
测量心率的原理是通过监测心脏搏动所产生的脉搏波来计算心率。
传统的心率测量方法包括手动测量和电子设备测量两种。
手动测量心率是通过触摸动脉脉搏点,并计算触摸到的脉搏波的频率来测量心率。
常见的脉搏触摸点有颈动脉、股动脉、腕动脉等。
在测量时,人们通常会用手指轻轻按压动脉脉搏点,然后计算一分钟内脉搏的数量。
这种方法简单易行,但需要有一定的经验和触摸技巧,而且无法连续监测心率变化。
电子设备测量心率是通过使用传感器和信号处理技术来检测心脏搏动所产生的脉搏波。
常见的电子设备包括心率手表、心率带和心率监测器等。
这些设备通常使用光学传感器、压力传感器或电容传感器等技术,通过监测脉搏波的特征,如脉搏波的振幅、频率和形态等,来计算心率。
其中,光学传感器是最常用的技术之一,它通过发射红外光或可见光到皮肤上,然后测量反射回来的光的强度变化,从而得到脉搏波的信息。
测量心率的原理是基于心脏收缩和舒张的周期性变化。
当心脏收缩时,血液被推出心脏,动脉壁会膨胀,形成脉搏波。
这个过程中,血液中的红细胞会吸收或反射光线,从而导致皮肤上的光强发生变化。
通过监测这种光强变化,就可以计算出心率。
需要注意的是,测量心率的结果可能受到多种因素的影响,如运动、情绪、体温等。
运动会导致心率增加,情绪的激动或紧张也会对心率产生影响。
此外,体温的升高会增加心率,而体温的降低则会降低心率。
因此,在进行心率测量时,应尽量保持安静和放松的状态,避免干扰因素的影响。
测量心率的原理是通过监测心脏搏动所产生的脉搏波来计算心率。
手动测量和电子设备测量是常见的测量方法。
电子设备利用传感器和信号处理技术来检测脉搏波的特征,从而计算心率。
测量心率时应注意排除干扰因素的影响,以保证测量结果的准确性。
测量心率的原理不仅在医疗领域有重要应用,也广泛应用于健身、运动监测等领域。
基于脉搏波的无创血压检测系统随着现代医学技术的不断发展,血压检测已经成为了一项非常重要的医学检查项目。
而随着人口老龄化的不断加剧,高血压等心血管疾病也日益成为了人们生活中的一大健康隐患。
研发一种便捷可靠的无创血压检测系统势在必行。
基于脉搏波的无创血压检测系统正是在这一背景下应运而生的,它能够实现对人体血压的快速准确测量,为人们的健康保驾护航,也得到了越来越多的关注和研究。
基于脉搏波的无创血压检测系统是利用脉搏波在人体动脉中传播的特性,通过对脉搏波的各种参数进行采集和分析,来实现对人体血压状态的判断。
这种技术相比传统的血压检测方法来说更具优势,因为它不需要使用气压袖带进行充气测量,能够避免对人体的不适感,并且还能够实现连续不间断的血压监测,更有利于对高血压等疾病的及时发现和治疗。
基于脉搏波的无创血压检测系统主要包括三个部分:脉搏波信号采集系统、数据分析处理系统和用户界面系统。
脉搏波信号采集系统是系统的核心部分,它通过传感器等设备对人体脉搏波信号进行实时采集;数据分析处理系统则是对采集到的脉搏波信号进行处理和分析,提取出血压相关的参数;用户界面系统则是将处理得到的血压数据以直观的方式展现给用户,方便用户对自己的健康状态进行监测和管理。
在脉搏波信号采集系统中,最关键的部分是脉搏波传感器。
目前常用的脉搏波传感器包括压力传感器、光电传感器等。
压力传感器通过测量动脉中的脉搏波传播时对动脉壁的压力变化来实现信号采集,因为它能够直接反映出动脉中脉搏波的传播状态,因此具有较高的准确性。
光电传感器则是通过测量动脉中的脉搏波对光线的散射、吸收等特性来实现信号采集,因为它能够实现非接触式的测量,所以更加方便实用。
为了保证数据的准确性,信号采集系统还需要考虑到人体的运动、环境光线等因素对脉搏波信号的干扰,以及对数据的滤波、放大等处理。
数据分析处理系统则是对采集到的脉搏波信号进行分析,提取出血压相关的参数。
脉搏波信号中包含了丰富的生理信息,比如收缩压、舒张压、脉压等。
hk2000c型人体脉搏传感器原理HK2000C型人体脉搏传感器是一种基于光电式原理的传感器,用于测量人体脉搏的频率和节律。
其工作原理是通过发射一束红外光线到皮肤上,并通过光电二极管接收反射回来的光信号,从而获取脉搏波的信息。
人体脉搏是心脏搏动引起的动脉血液脉动,其主要特点是规律、有节律、有一定的脉压和脉搏波形。
脉搏传感器通过测量脉搏波形的频率和节律,可以获取人体的心率和心律信息,为健康监护等应用提供基础数据。
在HK2000C型脉搏传感器中,红外光源和光电二极管被安装在同一个传感器头部的外壳中。
红外光源通常使用红外发光二极管(IR LED),其工作波长为940nm,属于人眼不可见的红外光。
光电二极管则可以是光电晶体管(photodiode)或光电二极管传感器(phototransistor),它负责接收从皮肤反射回来的红外光信号。
当传感器头部接触到皮肤表面时,红外光源会发出一束红外光穿过皮肤组织,并被血液吸收或反射。
根据光的吸收特性,当光线穿过皮肤组织时,会被不同程度的血液吸收。
因此,当血液通过动脉时,会引起光强度的微小变化。
这些微小的光强度变化可以被光电二极管敏感地接收到。
光电二极管接收到反射回来的红外光信号后,将其转化为相应的电信号。
这个电信号经过放大和滤波处理,然后通过模数转换器(ADC)转换为数字信号。
这样就得到了一个脉搏波的数字信号,可以通过计算脉搏波的时间间隔来计算心率和心律。
在实际使用中,为了提高测量的准确性和稳定性,HK2000C型脉搏传感器通常会使用了一些技术手段来对信号进行处理和优化。
例如,可以使用滤波和放大电路来提高信号的质量和强度。
另外,还可以使用数字信号处理算法来消除环境光的干扰,以及对脉搏信号进行分析和提取特征。
总结起来,HK2000C型人体脉搏传感器的工作原理是通过发射红外光并接收反射回来的红外光信号来测量人体脉搏的频率和节律。
通过将红外光信号转化为电信号,经过处理和分析,可以得到心率和心律等相关的生理信息。
光电传感器测脉搏原理
光电传感器是一种能够将光的信号转换成电信号的传感器,广泛应用于医疗、健身等领域。
其中,光电传感器测脉搏原理是一种常见的应用场景。
下面,我们来分步骤阐述光电传感器测脉搏原理。
第一步:脉搏检测
脉搏检测是首先需要完成的步骤。
通常情况下,我们可以在手腕、脚踝等部位感知到脉搏。
通过手指或其他工具将脉搏感知到后,即可进行下一步操作。
第二步:光电传感器测量
为了使用光电传感器进行测量,我们需要将传感器通过电缆连接至读取设备,例如运动手环、智能手表等。
通过连接设备,传感器可以将感知的光信号和读取设备进行交互,将脉搏信息转化成电信号,并传递给读取设备。
第三步:数据显示
读取设备会将传感器采集到的数据进行处理,将脉搏信号转换成数值,然后通过显示屏幕、App等方式进行展示。
用户可以通过查看屏幕或App上的数据,了解自己的脉搏情况。
需要注意的是,由于光电传感器本身具有一定的误差,因此在使用时需注意一些误差因素,例如传感器的位置、使用时间等因素。
总之,光电传感器测脉搏原理是一种简单、便捷的测量方式,能够在医疗、健身等领域得到广泛应用。
用户可以通过了解和掌握相关使用方法,更好地利用和管理自己的健康数据。
一、半导体压敏电阻式压力传感器的检测方法1)进气压力传感器的检测:如上图所示:断开传感器插件、打开点火开关、万用表打到直流电压档测量3号针脚线束端对地电压应为5±0.5V,否则检修线路及ECU;测量4号针脚线束端对地电压应为5V(有的系统为0.5V),否则检查线路及ECU;将万用表打到电阻档,测量1号针脚线束端对地电阻应小于1Ω,否则检查线路及ECU接地是否可靠。
连接传感器所有线、打开点火开关、万用表打到直流电压档,测量进气压力信号线对地电压在1标准大气压力下(100kPa)约1.1V、否则检查插件的接触情况或更换压力传感器。
连接诊断仪:在发动机不启动的情况下查看进气压力与大气压力是否大体一致,查看大气压力与海拔高度是否相符,如果大气压力与当地海拔基本相符而增压压力却相差很多,更换进气压力传感器(此时ECU一般会报大气压力信号故障)注意:不同型号的进气压力传感器最大信号电压不同,有的是4.5V,有的是4.65V,所以不同型号的进气压力传感器不能互换。
2)油轨压力传感器的检测:如上图所示:断开传感器插件、打开点火开关、万用表打到直流电压档测量3号针脚线束端对地电压应为5±0.5V,否则检修线路及ECU;测量2号针脚线束端对地电压应为5V,否则检查线路及ECU;将万用表打到电阻档,测量1号针脚线束端对地电阻应小于1Ω,否则检查线路及ECU接地是否可靠。
连接传感器所有线束、打开点火开关、万用表打到直流电压档、将油轨压力泄掉为0,测量轨压信号线对地电压应为0.5V,否则检查两端插件接触是否牢靠或更换轨压传感器。
连接诊断仪,在轨压为0时查看轨压信号电压应为0.5V,否则更换传感器。
二、电容式压力传感器的检测方法:还以进气压力传感器为例1)断开传感器插件、打开点火开关、万用表打到直流电压档测量传感器1脚线束端对地电压应为5V;传感器2脚线束端对地电压应为0.5V,如果电压不符应检查线束或ECU。
压电陶瓷脉搏传感器的特性及应用压电陶瓷脉搏传感器是一种利用压电效应来感知脉搏信号的传感器。
它具有高灵敏度、快速响应、小尺寸和可靠性等优点,可以广泛应用于医疗设备、健康监测、运动追踪和智能穿戴设备等领域。
一、压电陶瓷脉搏传感器的特性1. 高灵敏度:压电陶瓷脉搏传感器可以对微小的压力变化产生灵敏的响应,能够准确地感知人体脉搏信号,并将其转化为电信号输出。
2. 快速响应:压电陶瓷脉搏传感器具有快速的响应速度,能够及时反馈脉搏信号的变化情况,实时监测人体健康状况。
3. 小尺寸:由于压电陶瓷脉搏传感器采用微型化设计,因此具有小巧的尺寸和轻便的重量,便于集成到各种医疗设备和便携式智能设备中。
4. 可靠性:压电陶瓷脉搏传感器具有稳定可靠的性能,能够在不同环境下长期工作,具有较长的使用寿命和高度的稳定性。
二、压电陶瓷脉搏传感器的应用1. 医疗设备:压电陶瓷脉搏传感器可以用于医疗设备中,如血压监测仪、心率监测仪和睡眠呼吸监测仪等。
通过感知脉搏信号,可以及时监测患者的生理参数,为医生提供准确的数据,帮助诊断疾病和制定治疗方案。
2. 健康监测:压电陶瓷脉搏传感器可以集成到智能手环、智能手表和健康监测设备中,用于监测用户的心率、血压、血氧和睡眠质量等健康指标,帮助用户了解自身健康状况,进行健康管理。
3. 运动追踪:压电陶瓷脉搏传感器可以用于运动追踪设备中,通过感知用户的脉搏信号,实时监测用户的运动状态和身体状况,为用户提供科学的运动指导和健身建议。
4. 智能穿戴设备:压电陶瓷脉搏传感器可以集成到智能穿戴设备中,如智能手环、智能眼镜和智能运动鞋等,用于实时监测用户的生理参数,提供个性化的健康服务和智能互联体验。
压力传感器测量脉搏
实验目的
了解压力晶体的基本性能;
了解计算机采样及处理过程;
了解频谱分析的基本方法。
仪器用具
压电晶体传感器,计算机及模拟/数字(A/D)转换卡,直流电源,直流信号放大器。
实验原理
物理学力学参量——压力的测量是各种测量技术中最常见的一种测量。常见的微小压力
测量可使用张丝式压力计、应变式压力计或利用压电晶体的压电效应。本实验采用压电晶体
式压力传感器测量脉搏波的波形及脉搏频率。
一、 压电效应及压电晶体
某些晶体在受到外力作用而发生形变时,会在晶体的某个晶面上产生极化而带电,这种
现象称为压电效应。根据产生压电效应的晶面不同,压电效应可分为横向压电效应和纵向压
电效应。压电效应是可逆的,在能够产生压电效应的晶体极化面上加上适当电压可在对应的
晶面上产生相应的形变。由形变产生极化的现象称为正压电效应,由给定电压产生形变的现
象称为逆压电效应,也称为电致伸缩。一般所称的压电效应指正压电效应。
利用正压电效应可将压力、振动、加速度等非电参量转换为电参量。而利用逆压电效应
可将低频电磁振荡转换为声波(超声波、次声波)。在实际测量过程中,压电效应会因为测量
回路中电荷的运动而呈现出极化电压随测量过程减小的现象,所以用压电效应测量静态压力
会受到很大限制,一般只用于动态信号测量。
压电效应有许多实际应用,本实验是利用正压电效应将人体脉搏的压力信号转换为电信
号。压电晶体一面被固定在支撑架上,与其相对应的另一面覆盖一层可活动的隔离膜接收外
部的压力信号,在产生压电效应的一对晶面上引出导线作为信号输出端。当隔离膜上有机械
压力出现时,我们将在信号输出端得到随所加机械压力的变化而改变的电压信号。
二、 A/D转换
压电晶体输出的电信号经电压放大器放大后是随时间连续变化的,幅度一般控制在0
~
5 V。这种在时间和幅度连续变化的信号称为模拟信号。计算机不能直接识别模拟信号,在用
计算机处理模拟信号时需要先将模拟信号转换成为计算机可以识别的数字信号,这个过程称
为A/D(模拟/数字)转换。计算机用于A/D转换的专用器件称为A/D转换器和A/D转换卡。A/D
转换器常用参数有:转换精度,转换时间。一般来说,转换精度越高、转换时间越短,得到
的信号越精确,但相应转换器的价格也越高。本实验用计算机配有A/D转换卡,其转换精度
为12位(12 bit),转换时间8 µs ,属于中等精度的A/D转换器。软件采样间隔为2 ms。
测量系统原理如图5-1所示,传感器输出端接入直流放大器输入端口,放大器的输出端
连接至插入计算机主板的A/D采集卡,放大器由直流电源供电。
图5-1 测量原理示意图
三、 频谱及频谱分析
工程上将幅度大小不随时间变化的电压信号称为直流信号,将幅度大小随时间变化的电
压信号称为交流信号。如果以频率为横坐标、以该频率成分的幅度值为纵坐标画出一个信号
的幅度-频率关系图,则该曲线称为该信号的频谱曲线,简称频谱。
数学上可以证明:一个复杂的周期性交流信号可以看作是多个简单正弦(或余弦)信号
叠加结果。如果用x
(t)表示这个周期信号,则这个叠加过程可以表示为
(5-1) ∑∞=++=10)(cos)(nnntnAAtx
ϕω
等号右端称为x (t)的傅里叶级数。其中A0为信号中不随时间改变的物理参量,即信号的
直流分量。An、ϕ n(n = 1,2,3,L ,∞ )是一组常数,An表示周期信号中频率为nω 的正
弦(或余弦)成分的幅度大小。(5-1)式中的ω为该信号的基频,一般是该信号的主要成分,
而信号中的其它频率成分是这个基频的整数倍,依次分别称为二次谐频、三次谐频、L 。各
频率成分的系数(幅度)均可等于零,如果某个频率系数为零则表明信号中不存在该频率成
分。信号不同,其频率成分及系数大小也不同,所以通过比较各系数值的大小可以判断不同
信号的差异。例如下式表示的周期为T的方波
⎩
⎨
⎧
<<−<<=)02()20()(tTU
TtU
tu (5-2)
可以展开为傅里叶级数,即一系列正弦函数的叠加
⎟⎠⎞⎜
⎝
⎛
+++π=LtttUtuωωω5sin513sin31sin4)(
(5-3)
其中ω = 2π / T。
由物理学中的振动合成、分解理论可以知道:复杂信号通过傅里叶变换可以分解成为若
干正弦(或余弦)函数的叠加。反过来,如果将上述过程得到的各个频率的正弦(或余弦)
函数重新叠加在一起,我们就可以重新得到原来的信号。叠加所用的频率成分越多,叠加信
号的结果也越接近原来的信号,即用若干个不同频率的正弦波可以组成一个波形复杂的周期
信号。
工程上将实现上述分解或变换的过程称为频谱分析,即频谱分析是将复杂信号中的各种
基本的正弦(或余弦)成分分离出来。得到组合成复杂信号的这些基本成分有助于研究人员
进一步了解复杂信号的性质,是现代科学一种常见的技术手段。在医学上各种人体信号的频
谱分析可以用来进行不同层次的辅助性诊断。超声诊断、X射线断层扫描等现代诊断技术在
不同层次上都使用了频谱分析技术。本实验是用压电晶体传感器采集人体的脉搏信号、通过
电子技术和计算机技术对脉搏信号进行频谱分析,使同学在感性上了解传感器的作用和频谱
分析的功能。
实验内容
脉搏波的测量及傅里叶分析
检查并接通放大器电源,打开计算机,双击桌面上“压力测量”数据采集图标。
程序正常运行时界面如图5-2所示。点击“开始采集”按扭,左上部图形区描绘出采集
到的信号时域图形。轻轻按压压力传感器,曲线将随按压过程上下波动。
传感器用适当压力按压在桡骨远端动脉处(像听诊器一样轻按即可),如果位置及压力
合适,在计算机上可以观察到实验者的脉搏波。当信号稳定时,点击“停止采样”按钮停止
采集。
按钮“基线调整”作用是将基线调整到适合观察的范围内,如果压力变化曲线不在显示
区域内可点击该按钮。
当压力显示区出现完整脉搏图时可点击“停止采样”按钮,然后用鼠标箭头选取分析的
区域(由于脉搏不是完全周期性变化,所以选取分析对象时应选取有代表性的一个脉搏周期)。
当第二条选取线确定之后,左下部图形区得到数据的傅里叶分析结果。
实验者做剧烈运动后,重复上述测量观察脉搏波及频谱成分的变化。
比较同组两实验者的脉搏信号异同,如条件允许时比较自身锁骨下动脉与远端桡骨动脉
的异同(不建议测量他人颈动脉
)。
常见信号的分解与重建
对软件提供的正弦波、方波和三角波进行频谱分析。
点击“标准图形”,选取准备处理的图形。
点击“正弦波(方波、三角波)”,点击“选分析周期”即得到分解的结果。
点击“频率增加”或“频率减少”可以观察到频谱随信号的变化。
3.图象存盘
填写文件名及身体状态可将图形信息存储,存储地点一般在D盘根目录下。
参见: 湖南医学院主编. 生理学. 北京: 人民卫生出版社, 1981. 140-143
思考题
本实验所用压力传感器为酒石酸类压电晶体,其结构性质决定它对较高频率的压力信号
有较好的灵敏度。你认为用本实验装置是否可以测量静态压力(比如基础血压)?假如不行,
你认为使用什么传感器较好?
分析你和其他同学的脉搏频谱,可能出现时域图(采集得到的幅度-时间曲线)上周期
一样,而频域(频谱曲线)图上有差别,你认为是什么原因?
用图形分析得到的频谱成分重建原始图形时,如果略去较多的高频部分图形结果会出现
怎样的变化?如果略去低频成分呢?
参考文献
姜远海,霍纪文,尹立志主编. 医用传感器. 北京:科学出版社,1997. 89-117