基本結構
本系統主要由血壓檢測顯示和脈搏檢測顯示兩大部分組成。系統通過血壓感測器和脈搏感測器分別拾取血壓和脈搏信號,後續電路對其進行放大、整形、計數或A/ D 轉換並顯示。根據系統要求選取NPC - 107 醫用血壓感測器來拾取血壓信號,然後進行放大、整形、A/ D 轉換、顯示解碼;對於脈搏信號選用光電式感測器拾取信號,光源與光敏二極體分別放在手指的兩側,在一定的光強範圍里,光敏二極體的反向電流與光強呈線性關係,檢測此電流即可得到脈搏的變化。脈搏信號在進行放大整形前,首先對高頻干擾信號進行濾波,對於整形之後的脈搏信號進行計數時,可以通過門控信號得到某時間段內的脈搏數,再計算出一分鐘的脈搏數並顯示出來。
工作原理
測量脈搏的原理
脈搏是動脈脈動的簡稱，它是指隨著心臟節律性的收縮和舒張，主動脈內的壓力亦一升一降，從而引起血管壁相應的出現一次次擴張和回縮的搏動。由於血液為高度不透明的液體，光照在一般組織中的穿透性要比在血液中大幾十倍，根據此特點，本系統採用透射式光電效應手指脈搏感測器來拾取脈搏信號。
測量血壓的原理
血壓是指血液在血管內流動時，對血管壁產生的單位面積側壓。由於血管分動脈、毛細血管和靜脈，所以，也就有動脈血壓、毛細血管壓和靜脈壓。通常說的血壓是指動脈血壓。臨床上測量血壓通常採用Korotkott 分期法，將袖帶縛於上臂，向袖帶緩慢充氣，待動脈搏動消失，再將水銀柱升高216-410kpa 後緩慢放氣，聽到第一響時對應的水銀柱數值為收縮壓(高壓) ，隨著水銀柱的下降,脈動聲音最終消失，聲音消失瞬間對應的水銀柱數值為舒張壓(低壓) 。
電路設計
脈搏測量顯示電路
脈搏檢測、放大、整形部分
輸入級選用光電式感測器拾取信號,由於光敏 二極體的反向電流與光強呈線性關係,檢測此電流即可得到脈搏的變化,1. 5MΩ電阻為光電二極體的 負載,將光電信號的電流變化轉換成電壓變化,其幅度隨血液流動狀況的變化而變化。光電二極體選用暗電流較小的矽光敏二極體。檢測得到的脈搏信號需要進行濾波、放大、整形處理才可以計數。由於脈搏信號頻譜主要集中在20Hz 以內,在此我們套用運算放大器構成同相交流放大電路,對直流信號無放大,由於反饋電容的存在可以濾除50Hz 的工頻干擾,使得20Hz 以內低頻信號順利通過,並進行多級放大,再經過施密特觸發器整形。
脈搏計數、顯示部分
脈搏測量,不能只進行簡單的計數,應該有一個時間段的控制,才能得到單位時間(1 分鐘) 內的脈搏數,因此我們套用門控信號得到一定時間段(6 秒鐘) 內的脈搏數的二進制碼n ,套用4 ×4 並行二進制乘法器SN74284 乘以係數β(1010) ,便得到單位時間(1 分鐘) 內的脈搏數N (二進制碼) ,即N =βn為了解碼顯示可以套用SN74185 進行二進制—BCD 轉換。
1.脈搏檢測、放大、整形部分
輸入級選用光電式感測器拾取信號,由於光敏 二極體的反向電流與光強呈線性關係,檢測此電流即可得到脈搏的變化,1. 5MΩ電阻為光電二極體的 負載,將光電信號的電流變化轉換成電壓變化,其幅度隨血液流動狀況的變化而變化。光電二極體選用暗電流較小的矽光敏二極體。檢測得到的脈搏信號需要進行濾波、放大、整形處理才可以計數。由於脈搏信號頻譜主要集中在20Hz 以內,在此我們套用運算放大器構成同相交流放大電路,對直流信號無放大,由於反饋電容的存在可以濾除50Hz 的工頻干擾,使得20Hz 以內低頻信號順利通過,並進行多級放大,再經過施密特觸發器整形。
2.脈搏計數、顯示部分
脈搏測量,不能只進行簡單的計數,應該有一個時間段的控制,才能得到單位時間(1 分鐘) 內的脈搏數,因此我們套用門控信號得到一定時間段(6 秒鐘) 內的脈搏數的二進制碼n ,套用4 ×4 並行二進制乘法器SN74284 乘以係數β(1010) ,便得到單位時間(1 分鐘) 內的脈搏數N (二進制碼) ,即N =βn為了解碼顯示可以套用SN74185 進行二進制—BCD 轉換。
血壓測量顯示電路
血壓檢測、放大部分
要獲取血壓,就是利用心臟搏動時對血管壁的壓力,將壓力信號轉換為電信號輸出。它的轉換過程是：心臟射血→產生壓力(外加壓力) →作用於袖套→感測器內壓力發生變化→矽杯壓阻器件阻值變化→電壓(或電流) 輸出。按照臨床上測量血壓的步驟(見圖1) ,在外壓力降低過程中測出血壓值。在此選取的Nova Sensors 公司NPC - 107 醫用血壓感測器,它實際上 是一個壓阻式感測器。該感測器的核心是一種擴散型矽橋組件,其壓力敏感元件和電信號轉換元件是 合為一體的。該感測器套用精確的1. 5mA 恆流源作為激勵。其輸出經過第一級套用放大器OP227 進行差動放大,CA3420 將第一級的差動浮動電壓轉換成單端輸出電壓。
血壓的模/ 數轉換部分
根據轉換精度和實際套用要求,我們選用A/ D轉換器件MC14433,其片內含有振盪器,只要外接兩隻電容和兩隻電阻即可,在此選其輸出量程為199. 9mV。MC1443 的輸出信號端中Q0～Q3 為BCD 碼數據輸出端,DS1～DS4 分別是千位、百位、十位和個位數的輸出選通信號。通過調節電阻R 的阻值可以使得MC14433 的輸出BCD 碼與輸入電壓相同。其中MC1403 是精密電源為MC14433 提供可靠的參考電壓。
血壓顯示部分
經過A/ D 轉換後的數位訊號經過鎖存器送給解碼顯示電路,為了得到舒張壓和收縮壓就必須和脈搏信號相配合。因此套用脈搏信號作為鎖存器的控制信號來控制顯示。有脈搏產生的瞬間對應的是收縮壓,之後血壓逐漸減小,最後顯示的即是舒張壓。
1.血壓檢測、放大部分
要獲取血壓,就是利用心臟搏動時對血管壁的壓力,將壓力信號轉換為電信號輸出。它的轉換過程是：心臟射血→產生壓力(外加壓力) →作用於袖套→感測器內壓力發生變化→矽杯壓阻器件阻值變化→電壓(或電流) 輸出。按照臨床上測量血壓的步驟(見圖1) ,在外壓力降低過程中測出血壓值。在此選取的Nova Sensors 公司NPC - 107 醫用血壓感測器,它實際上 是一個壓阻式感測器。該感測器的核心是一種擴散型矽橋組件,其壓力敏感元件和電信號轉換元件是 合為一體的。該感測器套用精確的1. 5mA 恆流源作為激勵。其輸出經過第一級套用放大器OP227 進行差動放大,CA3420 將第一級的差動浮動電壓轉換成單端輸出電壓。
2.血壓的模/ 數轉換部分
根據轉換精度和實際套用要求,我們選用A/ D轉換器件MC14433,其片內含有振盪器,只要外接兩隻電容和兩隻電阻即可,在此選其輸出量程為199. 9mV。MC1443 的輸出信號端中Q0～Q3 為BCD 碼數據輸出端,DS1～DS4 分別是千位、百位、十位和個位數的輸出選通信號。通過調節電阻R 的阻值可以使得MC14433 的輸出BCD 碼與輸入電壓相同。其中MC1403 是精密電源為MC14433 提供可靠的參考電壓。
3.血壓顯示部分
經過A/ D 轉換後的數位訊號經過鎖存器送給解碼顯示電路,為了得到舒張壓和收縮壓就必須和脈搏信號相配合。因此套用脈搏信號作為鎖存器的控制信號來控制顯示。有脈搏產生的瞬間對應的是收縮壓,之後血壓逐漸減小,最後顯示的即是舒張壓。
參考正常值
正常血壓範圍
正常的血壓範圍是收縮壓在90~140mmHg（12.0~18.7kpa）之間，舒張壓在60~90mmHg（8.0~12.0kpa）之間，高於這個範圍就可能是高血壓或臨界高血壓，低於這個範圍就可能是低血壓 。
正常脈搏範圍
正常人的脈搏和心跳是一致的。正常成人為60~100次/分，常為每分鐘70~80次，平均約72次/分。老年人較慢，為55~60次/分。脈搏的頻率受年齡和性別的影響，胎兒每分鐘110~160次，嬰兒每分鐘120~140次，幼兒每分鐘90~100次，學齡期兒童每分鐘80~90次。
1.正常血壓範圍
正常的血壓範圍是收縮壓在90~140mmHg（12.0~18.7kpa）之間，舒張壓在60~90mmHg（8.0~12.0kpa）之間，高於這個範圍就可能是高血壓或臨界高血壓，低於這個範圍就可能是低血壓 。
2.正常脈搏範圍
正常人的脈搏和心跳是一致的。正常成人為60~100次/分，常為每分鐘70~80次，平均約72次/分。老年人較慢，為55~60次/分。脈搏的頻率受年齡和性別的影響，胎兒每分鐘110~160次，嬰兒每分鐘120~140次，幼兒每分鐘90~100次，學齡期兒童每分鐘80~90次。
