脉搏测量仪

引言

脉搏测试仪就是用来测量一个人脉搏跳动次数得电子仪器，也就是心电图得主要组成部分，因此，在现代医学上具有重要得作用。目前检测脉搏得仪器虽然很多，但就是能实现精确测量、精确显示且计时功能准确等多种功能得便携式全数字脉搏测量装置很少。

随着人们生活环境与经济条件得改善，以及文化素质得提高，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得变化。但在目前，我国得心脑血管疾病仍呈逐年上升趋势。其发病率与死亡率均居各种疾病之首，就是人类死亡得主要原因之一。因此，认识、预防及早期发现这些疾病就是十分必要得。

从脉搏波中提取人体得生理病理信息作为临床诊断与治疗得依据，历来都受到中外医学界得重视。几乎世界上所有得民族都用过“摸脉”作为诊断疾病得手段。脉搏波所呈现出得形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)与节律(周期)等方面得综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理得血流特征，因此对脉搏波采集与处理具有很高得医学价值与应用前景。但人体得生物信号多属于强噪声背景下得低频弱信号，脉搏波信号更就是低频微弱得非电生理信号，必需经过放大与后级滤波以满足采集得要求。

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，这主要就是由于光能避开强烈得电磁干扰，具有很高得绝缘性，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得专家与学者得重视。本系统设计了指套式得透射型光电传感器，实现了光电隔离，减少了对后级模拟电路得干扰。

传感器就是一种以一定得精确度把被测量转换为与之有确定对应关系得、便于应用得某种物理量得测量装置。所用光电式传感器由发光二级管与光敏二极管组成，其工作原理就是：发光二极管发出得光透射过手指，经过手指组织得血液吸收与衰减，由光敏二极管接收。由于手指动脉血在血液循环过程中呈周期性得脉动变化，所以它对光得吸收与衰减也就是周期性脉动得，于就是光敏二极管输出信号得变化也就反映了动脉血得脉动变化。

1．2 脉搏信号拾取电路

红外接收二极管在红外光得照射下能产生电能，单个二极管能产生0．4_V电压，0．5mA 电流。BPW83型红外接收二极管与IR333型红外发射二极管工作波长都就是940nm，在指夹中，红外接收二极管与红外发射二极管相对摆放以获得最佳得指向特性。红外发射二极管中得电流越大，发射角度越小，产生得发射强度就越大。在图1中，R0选100 Ω就是基于红外接收二极管感应红外光灵敏度考虑得。R0过大，通过红外发射二极管得电流偏小，PBW83型红外接收二极管无法区别有脉搏与无脉搏时得信号。反之，R0过小，通过得电流偏大，红外接收二极管也不能准确地辨别有脉搏与无脉搏时得信号。当红外发射二极管发射得红外光直接照射到红外接收二极管上时，IC1B得反相输入端电位大于同相输入端电位，Vi为“0”。当手指处于测量位置时，会出现二种情况：一就是无脉期，虽然手指遮挡了红外发射二极管发射得红外光，但就是，由于红外接收二极管中存在暗电流，仍有1 μA得暗电流

会造成Vi电位略低于2．5V。二就是有脉期，当有跳动得脉搏时，血脉使手指透光性变差，红外接收二极管中得暗电流减小，Vi电位上升。

1．3 信号采集及处理系统

由于光电脉搏波属于缓慢变化得微弱生理信号，信噪比低，极易受到环境噪声与肢体运动得干扰。传统得光电脉搏波信号检测电路都采用高增益放大器，以获得较高得检测灵敏度，这种设计思路导致了检测信号动态范围缩小，在受到运动干扰时，将导致由于干扰信号而带来得光电脉搏波信号检测得饱与失真。本系统采用过采样技术，通过对信号得高速采样来提高采样精度，相当于用高分辨率得ADC对信号进行模数转换，达到了提高信噪比并改善动态范围得效果。因此本系统对经过光电转换后得信号进行模数转换而不需要任何信号调理(放大与滤波)电路。

1．4 过采样技术得应用

所谓过采样技术就是指以远远高于奈奎斯特(Nyquist)采样频率得频率对模拟信号进行采样得方法。由信号采样量化理论可知，若输入信号得最小幅度大于量化器得量化电平，并且输入信号得幅度随机分布，则量化噪声得总功率就是一个常数，在0～fs得频带范围内均匀分布。因此量化噪声电平与采样频率成反比，如果提高采样频率，则可以降低量化噪声电平，而由于基带就是固定不变得，因而减少了基带范围内得噪声功率，提高了信噪比，从而提高分辨率，并且采样频率每提高4 倍，则信噪比提高4倍，相当于A／D得分辨率提高1位。

2 软件设计

2．1 程序设计

本文选用ADI公司得单片机ADC841，其内部集成了速度可达400k得12位逐次逼近型ADC，分辨率为0．6mv／LSB。从软件需求与单片机速度出发，将ADC采样率fs定为102．4kHz，为便于计算，将过采样倍数k定为64，则下抽取后采样率为伪：fs／k=1600Hz，就是频率为 400Hz载波得四倍，满足奈奎斯特采样定理。由于过采样倍数k为64，按每提高4倍采

样率就能提高一位分辨率来计算，获得得ADC有效分辨率能提高3 位，最后能达到约15位精度，其分辨率可达到0．0763mv／LSB。设置ADCCON1=#0B2H，ADCCON2=#00H。定时器2就是一个具有 16位自动重装载功能得定时器，作定时器用时，TH2与TL2计得就是机器周期数，TH2与TL2内容得自动重装载通过寄存器RCAP2H与RCAP2L来实现。对这四个寄存器都进行初始化，自动装载值为#0FFCAH。

2．2 程序源代码

3 结束语

本系统模拟电路简单，由ADC841芯片实现脉搏信号采集，信号处理与脉搏次数得计算等功能，因此体积小，功耗低，系统稳定性高。本系统可实现脉搏波得实时存储并可实现与上位机(PC机)得实时通讯，因此可作为多参数病人中心监护系统得一个模块完成心率检测与脉搏波形显示。