光电脉搏检测电路
光电传感器在脉搏测量中的应用
光电传感器在脉搏测量中的应用姓名:时劭科专业:核工程与核技术班级:080211 学号:080211172011年12月5日摘要:脉搏是人类对自身生理特征认识非常早的一项指标，人类对脉搏的采集也是和社会技术发展同步的，从机械到电子发展到近代的光学。
目前医疗产品中临床上的脉搏采集基本以光电传感器采集脉搏方法为主。
光电传感器种类也比较多，大多都可用于对脉搏采集。
各种光电传感器各有自己的特点，可用于不同情况下的脉搏采集。
引言一、中医脉象诊断技术是脉搏测量技术在中医诊断上的卓有成效的应用。
古代就有“切之以九脏之动，微妙在脉，不可不察”之说。
脉诊是医生运用手指的触觉切按病人动脉脉搏以探查脉象、了解病情的诊断方法，通过诊脉可以了解气血的变化、阴阳的盛衰，对分析病理、推断疾病的变化、识别病情的真假、判断疾病的预后，都具有重要的临床意义。
然而由于受到人为等多方面因素的干扰，使得传统的中医诊脉缺乏客观性，医家往往是“心中易了，指下难明”，因此，近代的许多学者便致力于脉诊的客观化研究，希望借助现代科学技术及成果实现脉诊的客观化。
目前我们常见的脉搏采集方法有:压力传感器法、超声脉图法、光电容积法、电容传感器法、电声传感器法等。
以上这些方法中，超声脉图法和光电传感器法在目前临床应用中比较普遍。
而电容、电声和压力传感器法多用于无创血压测量中的脉搏测量，其中光电式脉搏传感器是根据光电容积法制成的脉搏传感器，通过对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号。
光电式脉搏传感器具有结构简单、无损伤、可重复好等优点。
目前医疗产品中临床上的脉搏采集发展到光电传感器采集脉搏方法为主。
光电传感器种类也比较多，大多都可用于对脉搏采集。
它们有光敏电阻、光敏电池、光敏二极管等。
以上几种光电传感器各有自己的特点，可用于不同情况下的脉搏采集。
(1)光敏电阻，它的特点是价格低廉，输出电流大、受温度的影响小、抗干扰能力比较强、可靠性好、器件本身不容易发生故障，它的缺点是响应时间慢。
双波长频分光电脉搏波测量电路(最终报告)
课程报告（设计报告+调试报告）课程名称：测控电路课题项目：双波长频分光电脉搏波测量电路课题仪器：红外发光二极管、红外发光二极管、OPT101等系别：光电信息与通信工程学院专业：测控技术与仪器班级/学号:学生姓名:实验日期:成绩：指导教师：目录一、题目介绍(一)设计背景(二)设计目的(三)设计原理(四)设计任务(五)预期目标二、设计部分(一)总体方案设计(二)各部分电路具体分析1、正弦波的产生2、发光二极管3、光敏二极管4、带通滤波器5、解调6、差模放大器（AD620）7、单片机三、测试部分1、正弦波的产生2、发光二极管3、光敏二极管（OPT101）4、带通滤波器5、解调6、差模放大器（AD620）7、低通滤波8、单片机（用单片机产生1KHz和10KHz的方波，1号管脚1KHz，2号管脚10KHz）9、噪声分析10、实际输出波形四、实验心得五、参考文献六、附录附录一：全电路仿真图附录二：PCB布线图附录三：元器件清单一、题目介绍(一) 设计背景过去人们测量脉搏时常用的方法是使用测量脉搏的听诊器，或者使用吸附在人体上的电极等老式测量方法，这些方法无疑都不便于室外场所使用。
所以需要设计一个便于测量脉搏的仪器——双波长频分光电脉搏波测量电路。
它采用红光及红外线来进行检测采集人体的脉搏，检测的部位为被检测人的任意一个手指。
(二) 设计目的1、掌握光电传感器的选择及其接口电路的设计，特别是主动驱动方式的光电传感器的设计；2、了解频分方式的信号调试、分离与解调，并针对信号的特点设计相应的信号处理电路，理解对测量系统的一般要求（精度、测量范围、响应速度），了解电路参数的测量。
（三）设计原理人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张，使血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波称为脉搏波。
脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，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。
基于光电传感器的脉搏信息检测系统设计
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。
光电脉搏血氧心率仪电路设计
２１ ０ ０年 ｌ ２月
电 子 器 件
Ｃ ｉｅ ｅＪ ｕ ａ ｏ ｌｃｒｎ Ｄ ｖｃ ｓ ｈｎ ｓ ｏ ｍ ｌ ｆ ｅ ｔ ｅ ｉｅ Ｅ ｏ
Ｖ０ ． ３ Ｎｏ ６ １３ ． Ｄｅ ． ２ ０ ｅ ０ｌ
Ｃｉ ｃ ｉ ｓｇ ｆ Ｐｈ ｔ ｅ ｅ ｔ ｉ ｌｅ Ｏｘ ｍ ｅ ｅ ｒ ｕ ｔＤｅ ｉ ｎ ｏ ｏ ｏ ｌ ｃ ｒ ｃ Ｐｕ ｓ ｉ ｔ ｒ
ｔ ｅ ｓｇ ａ ｃ ｕ ｓｔ ｎ ｃ ｒ ｕ ｔ ｉｎ ｌｐ ｏ ｅ ｓｎ ｉｃ ｉ ｆ ｒｔｓｉｇ ｔ ｅ ｂ ｏ ｄ ｏ ｙ ｅ ｎ ｅ ｒ ａｅ ａ ｈ ａ ｅ ｔ ｈ ｉｎ ｌａ ｑ ｉｉｉ ｉｃ ｉ，ｓｇ ａ ｒ ｃ ｓ ｉｇ ｃ ｒ ｕｔ ｏ ｅ ｔ ｈ ｌ ｏ ｘ ｇ ｎ ａ ｄ ｈ ａ ｒ ｔ ｔｔ ｅ ｓ ｍ ｉ ｏ ｎ ｔ ｍｅ，
关键 词 ： 血氧饱和度 ； 脉搏血氧测量原理 ； 硅光电池 ； 单片机 ＳＣ９ ５Ｒ Ｔ ８Ｃ ８ Ｄ＋
中 图分 类号 ： ３ ３ １ ＲＨ ３ ．
文献 标识码 ： Ａ
文章 编号 ：０ ５—９ ９ （０ ０ ０ ０ ８ ０ １０ ４ ０ ２ １ ） ６— ７ ６— ４
随着 生 活节奏 的加快 ， 生活水 平 的提高 ， 们对 人 人 体健康 意识也 随 之 提高 ， 望 能 随 时 的对 自身 某 希
ａ ｈ ｅ ｔ ｇ ｒ ｓ ｌｓｗｉｌｂ ｉｐ ａ ｅ ｙ ＬＣＤ．Ｆｏ ｃ ｕ ｌｐｅ ｓ ｎ ｅ ｔｎ ｎｄ ｔ ｅ ｔ ｓｉ ｅ ｕ ｔ ｌ ｅ ｄ ｓ ｌｙ ｄ ｂ ｎ ｒａ ｔ ａ ｒｏ ｓｔ ｓｉ ｇ，ｔ ｅ ｂ ｏ ｄ ｏ ｙ ｅ ｓｆｏ ９ ｏ ９ ｎ ｈ ｌ ｏ ｘ ｇ ｎ ｉ ｒｍ ３ ｔ ８ ａ ｄ ｔ ｅ ｈ ａ ａ ｅｉ ｏ ７ ｏ７ ｈ ｅ ｒ ｒ ｔ ｓｆ ｍ ０ ｔ ５，ａ ｔｍｅ ｔ ｈ ｃ ｕ ｌｔ ｓｉ ｇ ｒ ｑ ｉｅ ｎｔ ｔ ｒ ｎｄ ｉ ｅｓｔ ｅ ａ ｔ ａ ｅ ｔｎ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ．Ｔｈ ｙ ｔｍ ａ ｄ ａ ｔ ｇ ｓｏ ｗ ｏ ｔ ｅ ｓ ｓｅ ｈ ｓ ａ ｖ ｎ ａ ｅ ｆｌ ｃ ｓ ， ｏ
光电脉搏测试报告
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。
光电容积脉搏波描记法原理、应用及其电路设计
北京 ： 北京航 空航 天大学出版社 ， １ ９ ９ ８ ．
［ ５ ］曹全新 ． 航 空电子综合仿 真 系统研 究 【 Ｊ 】 ．
测控 技 术 ， ２ ０ ０ ７ ．
员座椅、机械师座椅和万 向机械臂等组成 ，如
图 ２所 示 。
（ ５ ）其他机柜 ：包括 无线 电设备激励柜 、
作者简介
赵 永红，女，现为中航 通飞研究院有限公 司主
ＮＩ ． Ｒ Ｉ Ｇ、航 电设备柜 。 模拟座舱 中的操纵系统和模拟件等通过 Ｉ ／ 非航 电系统 ＭＩ
０计算机与飞行仿真系统进 行铰接 ， 航 电系统 、 ４总结 顶部控制板等真件直接与飞行仿真系统交联 ，
＜ ＜上 接 １ ３ １页
主控台上安装 的试验 软件主要包括 ：Ｉ ＣＤ 开发与管理工具；硬线连接管理软件 ；试验健
实现仿真模型与参试设备的半物理仿真。数据 服务器能够将 Ｉ ／ Ｏ接 口采集 的数据 连同时钟 同
台和条件 。
康监控管理软件 ；自动化测试软件 ；航 电仿真 步信息进行保存 。 参考文献 管理软件；综合配线 ／ 配 电管理软件 ；Ｉ Ｏ资源 （ ２ ）Ｉ ／ ｏ接 口柜：在 试验 台与真 件设 备 ［ １ 】 飞机 设计手 册 ． 第１ ７ 分册 ［ Ｍ ］ ． 北京 ： 航 配置与数据激励软件；试验数据采集监控管理 间搭建桥梁，为仿真模型提供硬件接 口资源 ，
空 工 业 出版 社 ， ２ ０ ０ １ ．
【 ２ 】新 航 空概 论 【 Ｍ 】 ．北 京 ：航 空 工 业 出 版
社 ， ２ ０ １ ０ ．
［ ３ ］ 莫伊 尔等著 ． 范秋 丽等译 ． 民用航 空电子
系统 ［ Ｍ ］ ．北京 ： 航 空工业出版社 ， ２ ０ ０ ９ ． … ４ 王行 仁 ．飞 行 实 时仿 真 系统及 技 术 ［ Ｍ ］ ．
光电脉搏检测.
方案一1.1课题研究背景及意义随着人们生活水平的提高，地球环境遭到破坏，多种疾病威胁着人们的生命,而心脏病的发作又是人们难以预防的突发致命疾病。
在医学上，通过测量人的心率，便可初步判断人的健康状况。
因此，心率计很快产生并得到发展。
随着单片机技术的发展、人们的生活节奏加快，设计一种以使用方便为前提，能够快速测出人心率的心率计，不仅是临床者的需要，也是体育训练者和外出旅游者的需要。
1.2国内外现状传统的脉搏测量采用诊脉方式，中医脉象诊断技术就是脉搏测量在中医上卓有成效的应用, 但是受人为的影响因素较大,测量精度不高。
为了克服上述测量方法的不足，国内外脉搏测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法。
1.3研究内容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，可通过光电传感器对脉搏信号进行检测，并通过单片机技术进行数据处理，实现智能化的脉搏测试技术。
生物医学传感器是获取生物信息并将其转换成易于测量和处理信号的一个关键器件。
光电式脉搏传感器作为是根据光电容积法制成的脉搏传感器，通过对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号。
光电式脉搏传感器具有结构简单、无损伤、可重复好等优点。
根据光电容积法原理，从改善光源、消除景光噪声、电磁屏蔽和提高信噪比四个方面出发，研究改进方法，对提高使用的灵活性和准确度有着重大意义。
通过光电传感器对脉搏信号进行检测，并用单片机技术进行数据处理，实现智能化的脉搏测试技术。
第2章系统设计2.1光电式脉搏传感器的原理和结构2.1.1 光电式脉搏传感器的原理人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张,使血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播,这种波称为脉搏波。
脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息,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。
根据郎伯-比尔（Lambert－beer）定律,物质在一定波长处的吸光度和它的浓度成正比，当恒定波长的光照射到人体组织上时,通过人体组织吸收、反射、衰减后测量到的光强在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征。
光电脉搏信号检测电路设计
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。
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光电脉搏检测电路
设计报告
报告人：陈云
指导教师：李刚
2007年1月12日
目录
1.系统设计 (3)
1.1设计目的 (3)
1.2整体电路 (4)
2.单元电路设计 (4)
2.1光发射电路 (4)
2.2光电转换电路 (5)
2.3前级放大 (5)
2.4滤波电路 (6)
2.5后级放大 (6)
3.系统测试 (6)
3.1测试仪器 (7)
3.2单元电路测试 (7)
3.3系统整体测试 (9)
4.总结 (9)
参考文献 (9)
光电脉搏检测电路
摘要：本电路由光电池、LM324等构成，实现对光电脉搏信号的提取和放大。
采用目前效果较好光电池的电流转电压电路实现对脉搏的测量。
整个电路的简化能够有效减小器件间匹配和级联引起的干扰，提高脉搏测量精度。
在实验测试过程中，采用该光电式脉搏传感器对人体的脉搏进行实时测量，得到比较理想的脉搏波形，为实现脉搏信息的提取和分析提供了参考方案。
1．系统设计
1．1设计目的
1．近年来，随着生活水平的不断提高，人民对健康的观念和医疗的认识也在发生着变化，开始从单纯对疾病的治疗，逐渐转向积极预防和促进健康。
而现在社会的快节奏和高压力引起的“亚健康状态”人群的增加使得人们开始越来越注重家庭医疗保健和体育锻炼。
脉搏波中包含有丰富的人体生理信号，因此脉搏波的监测在医疗保健和体育锻炼监测中都有重要的意义和广泛的应用。
2．通过亲自动手设计分析制作电路，能让我们从质上对从人体上如何取得医学信号及怎样处理有了一定的了解。
系统组成框图如下：
1．2整体电路
2．单元电路设计
根据设计思路将整体电路分成五大模块介绍。
光发射电路、光电转换电路、前级放大、滤波电路及后级放大。
2．1光发射电路
光发射电路采用了常见恒流源电路，通过稳压管使
流过R1的电流为一定值，进而保证流过LED的电流
为恒定值。
电路参数如下：（以下参数均是结合实验室现有元件取
用，与理论上有些误差）
稳压管：2V
三级管：8050
LED：850nm
R1：65Ω(20mA)
R2：390Ω(5~10mA)
2．2光电转换电路
光电转换电路采用了电流转电压型
电路，根据米勒定律光电池的负载电阻
为R=Rf/(A+1)。
（设A=10000
时,R=100K/(100001)=10 ），因而可认为
光电池处于短路工作状态，能取出理想
的短路电流。
电路参数如下：
光电池：2DU6
Rf：20K（20K~ 100K，AC/DC
较好）
Cf：0.27u
2．3前级放大
前级放大采用实用的反相放大电
路，电路放大倍数选择了40倍。
同时
通过C1和R5组成0.1Hz的高通来消除
电路中的直流量。
电路参数如下：
R4：100K
R5：100K
R6：430K
C1：15uF
2．4滤波电路
滤波电路采用了两个串联的压控型二阶低通滤波电路，截止频率选为30HZ，加起来对50Hz工频衰减了约4倍。
电路参数如下：
R7：12K
R8：12K
C3：0.33uF
C4：0.68uF
2．5后级放大
后级放大也采用实用的反相放
大电路，实际电路放大倍数将做成
可调式（由于时间有些紧迫就选择
了6倍）。
通过C21和R21来消除
前面电路偏置电压。
电路参数如下：
R21：1.6M
R22：10M
R23：1.6M
C21：1uF
3．系统测试
3.1测试仪器
测试所用仪器设备如表 1所示
3.2单元电路测试
3．2．1光电转换电路（兼有低通）加手指后波形
（见打印版）
3．2．2前级放大（兼有高通）
加手指后波形
（见打印版）
3．2．3滤波电路（四阶低通）
加手指后波形
（见打印版）
3．2．4后级放大（兼有高通）
加手指后波形
（见打印版）。