光电脉搏波传感放大器设计_课程设计论文燕山大学里仁学院.doc

燕山大学里仁学院课程设计论文1摘摘 要要作为反映人体健康状况的重要生理信息，脉搏波在临床诊断和疾病治疗中,受到广泛重视目前，“摸脉“方法仍然是医生诊断疾病所采用的一种普遍技术手段脉搏波所呈现出的综合信息，如形态（波形） 、强度（波幅） 、速率（波速）和节律（周期）等，在很大程度上反映了人体心血管系统中的生理和病理的血流特性，其医学价值重大无创血氧浓度和无袖带血压测量技术就是在脉搏波的波形分析基础上实现的由于人体的生物信号处于强噪声背景下, 脉搏波作为一种低频微弱的非电生理信号，必需经过放大和后级滤波处理，才能满足进行采集和观察的要求本文在广泛查阅国内外有关光电容积脉搏波扫描法的研究和应用情况的基础上，设计并制作完成了基于光电容积脉搏波扫描法的透射式光电脉搏波传感放大器电路，并对其在使用中的问题及应用前景进行了深入探讨关键词：脉搏波关键词：脉搏波 光电容积脉搏波扫描法光电容积脉搏波扫描法 放大器放大器 滤波器滤波器 传感器传感器目目 录录摘摘 要要..................................................................................................................1 1燕山大学里仁学院课程设计论文2绪绪 论论..........................................................................................................3 3 第一章第一章. . 动脉动脉脉脉搏波的相关理论搏波的相关理论......................................................................4 4 1.1 动脉脉搏波的产生及波形特点 .........................................41.2 脉搏波的传播速度 ...................................................51.3 脉搏波的研究意义 ...................................................8 第二章第二章. .血压测量技术的研究方法血压测量技术的研究方法......................................................................9 9 2.12.1 无创血压测量方法综述无创血压测量方法综述 ..............................................................................................9 92.1.1 柯氏音听诊法 ...................................................92.1.2 示波法 ........................................................102.1.3 扁平张力法 ....................................................112.1.4 超声波法 ......................................................112.22.2 弱信号测量相关知识弱信号测量相关知识 ................................................................................................12122.2.1 电气设备干扰 ..................................................122.2.2 常规小信号检测方法 ............................................13 第三章．系统设计及实现第三章．系统设计及实现..................................................................................1414 3.13.1 系统总体设计与框图系统总体设计与框图 ................................................................................................14143.23.2 PPGPPG 传感器设计传感器设计 ........................................................................................................15153.2.1 光源的驱动电路 ................................................153.2.2 光电接收及前置放大 ............................................173.33.3 二阶低通滤波电路二阶低通滤波电路 ....................................................................................................18183.43.4 二阶高通滤波电路二阶高通滤波电路 ....................................................................................................22223.53.5 二级放大及电平提升电路二级放大及电平提升电路 ........................................................................................2525 第四章第四章. . 系统运行结果测试系统运行结果测试..............................................................................2626 4.14.1 采集电路测试采集电路测试 ............................................................................................................26264.24.2 初级放大和滤波电路功能测试初级放大和滤波电路功能测试 ................................................................................27274.34.3 系统总体测试系统总体测试 ............................................................................................................2828 结结 论论................................................................................................................2929 参考文献参考文献..............................................................................................................3030燕山大学里仁学院课程设计论文3绪绪 论论血压是血液在血管内流动时对单位面积血管壁产生的侧压力，其值通常用 mmHg 来表示（1mmHg =0.133kPa ） 。

它是反映人体循环系统机能的重要生理参数，心脏的泵血功能、心律、周围血管的阻力、大动脉的弹性、全身的血容量以及血液的物理状态等因素都反映在血压指标中血压分为动脉血压与静脉血压，在临床医学上所说的血压指的是动脉血压动脉血压包括收缩压(Systolic Blood Pressure,SBP)和舒张压(Diastolic Blood Pressure,DBP)，一个心动周期过程中动脉血压的时域平均值称为平均动脉压(Mean Arterial Blood Pressure,MBP)中国高血压防治指南 2005 年修订版中指出当收缩压大于 140mmHg 且舒张压大于 90mmHg 时为高血压在我国高血压患者占总人口的 13%以上，而且呈逐年上升趋势，在发达国家这个数字还要高[2]临床上还需要对危重病人和手术中的病人实行血压的连续监护，以防止病人出现意外，便于医护人员及时采取措施因此血压测量在家庭保健和临床诊断中具有重要意义另外，在临床医学中，对人体血氧饱和度和外围血液循环状况的检测是非常重要的检测项目人体的外围血液循环状况包括动脉脉搏波和静脉回流容积波，它们都反映了人体状态的重要信息，对它们的检测可以协助诊断某些疾病，如动脉硬化、高血压、肠管炎和末梢循环障碍等，同时也有助于观察血液动力状态的改变。

人体的血氧饱和度状况更是与人的心肺功能及呼吸、循环系统有着直接的重要的关系，对它的检测在手术麻醉、监护室急救病房、病人运动和睡眠研究、以及氧疗中都有着非常重要的作用目前，在临床医学上，对血氧饱和度的测量包括有创测量和无创测量两种方法其中有创测量方法能提供准确的测量值，但操作麻烦，不能进行连续的测量，并且会对患者造成痛苦甚至感染无创测量是基于光谱测量原理，利用光源照射被测部位，根据在接收端接收到的光信号来计算人体的血氧饱和度本系统正是基于上述讨论，从实际出发，以光电容积脉搏波扫描法为参考，设计出了无创透射式脉搏波波形传感放大器本设计可以实时、准燕山大学里仁学院课程设计论文4确的采集和放大人体的脉搏波信号，继而可作为无创方式测量血压和血氧浓度的信号采集电路 第一章. 动脉脉搏波的相关理论 1.1 动脉脉搏波的产生及波形特点动脉脉搏波的产生及波形特点每个心动周期中，心脏间歇性的收缩和舒张引起主动脉血液压力时高时低的变化以及主动脉管壁时张时缩的振动这种动脉管壁的振动称为动脉脉搏动脉脉搏波在主动脉近心端形成的同时，立即将所发生的血压、血流量和血管壁周期性的振动迅速以波动的方式沿着动脉树一直扩散到整个动脉系统，从而形成整个动脉系统中血压时高时低、血流量时快时慢、血管壁时张时缩的波动。

这些波动在动脉系统扩散的过程，称为动脉脉搏波的传播而由血压、血流量、血管壁的脉动形成的扩散波动，则可分别称之为压力脉搏波、流量脉搏波、管壁脉搏波，这三类脉搏波是相互伴随产生的，因而可统称为动脉脉搏波【1】 脉搏波呈现出的形态、强度、速率和节律等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脉搏波是一种以低频成分为主的生理信号，可通过人体体表动脉如颈动脉、肱动脉和桡动脉等地方方便的检测出【2】图 1-1 是一个典型的压力脉搏波波形一般来说，动脉脉搏的波形由上升支和下降支组成1、上升支：在心室快速射血期，动脉血压迅速上升，血管壁扩张，构成了脉搏曲线的上升支其斜率和幅度受射血速度、心输出量以及射血所遇阻力的影响阻力大、心输出量小、射血速度慢，则斜率小、幅度低；反之则斜率大、幅度高 2、下降支：心室射血后期，射血速度减慢，进入主动脉的血量少于流向外周的血量，因而大动脉开始回缩，动脉血压逐渐降。