光电脉搏波传感放大器设计_课程设计论文(编辑修改稿)

光电脉搏波传感放大器设计_课程设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

流动过程中由湍流和血管壁的振动引起的。 该方法由血压计袖带和听诊器组成，现今在临床上得到广泛的认可和应用。 水银血压计被临床工作人员视为血压测量的“金标准”，并作为判断其他测量准确与否的参考。 事实上该方法存在一定的问题：以直接法测得的血压值作为真实 值，则该方法 测得的血压 值收缩压较 真实值 低燕山大学里仁学院课程设计论文 10 9~13mmHg ，而舒张压高 6~13mmHg；读数完全依赖于人的听觉、视觉的敏感度和协调程度，主观性强；在舒张压对应于第四相还是第五相的问题上存在争议，由此引起的判别误差很大。 进一步发展，为了摆脱人的主观性的影响和血压自动测量的需要，出现了电子柯氏音法，使用微控制器、气 泵、电子拾音器实现了自动的袖带充放气和血压测量。 但是该方法容易受 噪声的影响，而且没有解决舒张压的争议问题，可信度低于示波法自动血压测量技术。 示波法 示波法是临床上各类监护仪、电子血压计广泛采用的血压测量技术。 用听诊法测量血压时气袖中的压力除随放气下降外还存在一个振荡，其波形如图 21。 示波法通过检测该振荡的包迹，利用包迹与动脉血压之间的固有关系来测量血压。 图 21 最大处对应的袖带压力是平均压，而收缩压和舒张压却不能直接测得，由各种血压算法得到。 图 21 振荡波和袖带压之间的关系示意图 测量时先用袖带阻断动脉血流，在放气过程中检测袖带内的气体压力振 荡波。 示波法测量的关键技术是放气过程中对血压和脉搏波信号的准确采集和收缩压与舒张压的计算方法。 信号采集中涉及到滤波和抗干扰技术，而血压算法的优劣是决定血压测量准确与否的关键。 收缩压和舒张压经验判别准则分为两类，一类是归一化准则，另一类是突变点准则。 归一化准则就是将振动信号的幅值与信号的最大幅值相比进行归一化处理，通过确定收缩压和舒张压的归一化值来识别收燕山大学里仁学院课程设计论文 11 缩压和舒张压。 突变点准则通过识别振荡波包络的拐点确定收缩压和舒张压。 示波法也存在一定的缺点：该方法检测到的是叠加在血压信号上的脉搏波信号，削弱了反映血压变化的 高频成分，因而在跟踪、反映血压的突然变化上能力不足；对病人的运动敏感，因此在测量过程中需要经常判断是否有运动等干扰存在来保证测量的准确性。 在医用高档的监护仪中，多采用示波法和柯氏音法相结合的方法，以提高测量精度，实现血压的间歇性测量。 扁平张力法 对位于骨骼附近的体表动脉部分施加外压，使其成扁平状态。 此时动脉成刚性表面状态，作用在该表面的力与动脉的压力近似成比例。 因此可以通过安置于桡动脉部位的压力传感器来测量该表面的压力，从而得到逐拍的动脉压力波形，并且检出动脉搏动的最大及最小信号以获得血 压值。 扁平张力法测量的是体表动脉，不是近心端动脉，所得的波形与主动脉的波形存在差异，还需要通过传递函数将外周动脉压力波形转换成主动脉压力波形，由此得到主动脉压连续、绝对的测量。 在实际应用中，需要用传感器阵列精确测量某点的压力，最大程度的减小误差。 超声波法 压电传感器向动脉发射超声波，超声波在动脉壁上发生反射，反射波由另一个传感器接收。 由于血流和血管壁的舒张引起超声波的多普勒效应，通过检测多普勒效应来获得收缩压和舒张压。 超声法的优点在于适用范围广，可应用于成人、儿童血压的测量，抗噪声能力 强，同时超声法可以再现动脉波。 缺点在于被测者的活动会引起传感器和血管壁的声波途径的变化。 燕山大学里仁学院课程设计论文 12 弱信号测量 相关 知识 人体的生理信号多数属于 低频 弱信号，往往相互交杂在一起且伴随有多种的噪声，有的甚至 背 噪声淹没。 本文中涉及到的脉搏波信号就属于弱信号的范畴。 所以要提取人体的生理信号，就要了解弱信号处理的相关知识 【 5】 — 【 7】。 电气设备干扰 (1)放电干扰 放电现象包括电晕放电（如高压输电线）， 辉光放电（如荧光灯、霓红灯、闸流管），弧光放电（如电焊），火花放电（如点火系统、电火花加工）。 最常见的电 晕放电来自高压输电线。 当高压输电线因绝缘失效时会产生间歇脉冲电流，形成电晕放电。 在输电线垂直方向，电晕放电干扰随频率升高而衰减。 当频率低于 1MHz 时，其衰减是微弱的。 当频率高于 1MHz 时，衰减急剧。 因此电晕放电干扰对低频系统较严重，而对高频系统影响不大 【 8】。 辉光放电即气体放电。 当两个接点之间的气体被电离时，由于离子碰撞而产生辉光放电。 辉光放电所需电压与接点之间的距离、气体类型和气压有关。 荧光灯干扰电平为几十到几千微伏，甚至达几十毫伏，频率一般为超高频。 弧光放电即金属雾放电。 最具典型的弧光放电是金属电焊。 在两金属电极之间，加上比辉光放电低得多的电压，电流即可由负极跨过间隙扇射到正极，其局部电流足以使接点材料加热到绝对温度几千度，这样高的温度可使接点气化形成弧光。 电气设备触点处的断续电流将引起火花放电。 这种放电出现在触点通断的瞬间，是一种过度现象。 燕山大学里仁学院课程设计论文 13 (2)工频干扰 供电设备和输电线是工频干扰源，这种干扰随处可见。 用示波器观察波形时，只要手一接触探针，会看到较强的 50Hz 交流波。 这是由于人体感应了工频信号所致。 低频信号线只要有一段与供电线平行，50Hz 交流电就会耦合到信号线上。 在电子设备内部，直流电源输 出端可能出现不同的程度的交流干扰，这是因为整流过程中产生了含有工频基波及各次谐波，尽管有电源滤波器，这些谐波或大或小依然存在。 这种干扰给高精度测量带来不少麻烦。 (3)射频干扰 无线电广播、电视、雷达通过天线发射强烈的电波，高频加热器也会产生射频辐射。 电波在电子设备的传输线上以及作为无线电要测系统的接受天线上，会感应大小不等的射频信号。 有的电台在要测接收天线上产生的电动势比欲接收的信号电动势大上万倍。 不过，这类干扰的频带有限且可知，选择适当滤波器即可消除。 常规小信号检测方法 与弱信号相比，小信 号的信噪比要高得多，其检测技术也要容易的多。 但是，就提高信噪比，从而检测出被噪声污染的有用信号这一点来看，小信号检测与微弱信号检测方法具有一定的共同之处。 经过多年的研究和实践，人们已经掌握了一些行之有效的小信号检测方法，其中一些方法还被成功应用到了检测仪器仪表产品之中。 了解这些小信号检测的手段和方法，对于微弱信号检测具有一定的参考价值。 这些常规方法主要有滤波、调制放大与解调、零位法、反馈补偿法等，由于本系统只用到了滤波法，所以下面主要介绍滤波法 【 9】。 在大部分检测仪器中都要对模拟信号进行滤波处理，有的滤波 是为了隔离直流分量，有的滤波是为了改善信号波形，有的滤波是为了燕山大学里仁学院课程设计论文 14 防止离散化时频率混叠，更多的滤波是为了克服噪声的不利影响，提高信号的信噪比。 滤波消噪只适用于信号与噪声频谱不重叠的情况。 利用滤波器的频率选择特性，可以把滤波器的通带设置得能够覆盖有用信号的频谱，所以滤波器不会使有用信号衰减或使有用信号衰减很少。 而噪声的频带一般较宽，当通过滤波器时，通带之外的噪声功率受到大幅度衰减，从而使信噪比得以提高。 根据信号和噪声的不同特性，常用的抑制噪声滤波器为低通滤波器（ LPF）和带通滤波器（ BPF）。 低通滤波器能有效地 抑制高频噪声，常用于有用信号缓慢变化的场合，但是对于低频段的噪声（例如 1/f 噪声和缓慢漂移，包括时间漂移和温度漂移 ），低通滤波器却是无能为力的。 如果信号为固定频率 0f 的正弦信号，则利用带通滤波器能有效地抑制通带 0ff 之外各种频率的噪声。 带通滤波器的带宽 2f 越小， Q值越高，滤波效果越好。 但是， Q 值太高的带通滤波器对于与 0f 同频率的干扰噪声是无能为力的。 此外，为了抑制某一特定频率的干扰噪声（例如 50Hz 工频干扰）的不利影响，有时还要使用带阻滤波器（即限波器）。