Прибор для контроля пульса

October 15, 2012 by admin Комментировать »

Предлагаемое устройство предназначено для регистрации изменений частоты
пульса, выходящих за пределы устанавливаемого значения. Установка и
отсчет этого значения производится по шкале лимба, закрепленною на оси
переменного резистора. Дополнительно переключателем SA1 выбираются
верхний или нижний пределы значений частоты, при достижении которых
подается звуковой сигнал. Диапазон регистрации частоты 30 — 300 ударов в
минуту. Потребляемый прибором ток — 0.6 чА. Напряжение питания — 4,5 В.
Прибором удобно пользоваться как в неподвижном положении, например, для
выявления аритмии, так и в динамике, для определения влияния физической
нагрузки на организм при занятиях спортом.

Работа прибора основана на преобразовании инфракрасного излучения,
проходящего через тело (палец, ладонь, мочку уха и т.п.), интенсивность
которого зависит от наполняемости сосудов кровью, в электрический
сигнал. Объем наполнения сосудов, в свою очередь, зависит от частоты
сердечных сокращений.

Особенность прибора — применение в нем высокочувствительного
усилителя-преобразователя ИК-излучения, что позволяет проводить
измерения при наличии прямого или отраженного солнечного света, а также
прямого или рассеянного света ламп накаливания и люминесцентных ламп.
Вместе с тем работоспособность прибора возможна и при полной темноте при
применении светодиодов ИК-излучения. Например, хорошие результаты
получены со светодиодом АЛ1О3А при токе через него всего в 1 мА.

Прибор состоит из аналоговых и цифровых элементов. В аналоговой части
происходит преобразование ИК-излучения в электрический сигнал (VD1,
DA1), ею усиление в двухкаскадном усилителе (VT1 — VT4) и формирование
импульсов с крутым фронтом компаратором DA2. Цифровая часть прибора
состоит из ждущего мультивибратора (одновибратора на элементах DD1.1,
DD1.2), дискриминатора длительности импульсов (DD1.3, DD1.4),
RS-триггера (DD2.1, DD2.2) и генератора звуковых колебаний (DD2.3,
DD2.4).

Фотодиод ИК-излучения включен в цепь затвора малошумящего истокового
повторителя DA1, на выходе которого получается электрический сигнал,
пропорциональный уровню ИК-излучения. Он подается на фильтр низких
частот R2 С2, R3 С3. фильтр служит ДЛЯ подавления сигналов, частота
повторения которых значительно выше чем максимальная частота пульса,
регистрируемая прибором. С выхода фильтра сигнал поступает на вход
первого каскада усилителя — на затвор VT2. Транзистор VТl является
динамической нагрузкой этого каскада. Такая схема включения транзисторов
позволяет получить очень большой коэффициент усиления (он зависит от
соотношения сопротивлений резисторов R6/R5) при минимальных шумах.

На транзисторах VT3, VT4 выполнен второй такой же каскад усиления,
соединенный с первым через конденсатор С5. Конденсаторы С4, С6
необходимы для устойчивой работы усилителя.

С выхода усилителя сигнал через R10 подается на вход операционного
усилителя DA2. ОУ DA2 включен по схеме компаратора, на его инверсный
вход подается постоянное напряженнее делителя R11 — R13. При равенстве
напряжений на обоих входах на выходе DA2 образуется высокий уровень
напряжения. Для уменьшения потребляемого тока усилитель DA2 работает в
микромощном режиме за счет подключения высокоомного резистора к выводу
8. Выход DA2 является выходом аналоговой части прибора. На нем
образуются прямоугольные импульсы, период повторения которых
соответствует периоду входного ИК-сигнала.

Для регистрации и отсчета показаний частоты пульса применен цифровой
способ измерения. Суть его заключается в следующем. Входной импульс
высокого уровня запускает одновибратор на элементах DDl.l, DD1.2,
длительность импульса которого устанавливается резистором R16 в пределах
от 0,2 до 2 с. В элементах DD1.3, DD1.4 происходит сравнение времени
между двумя входными сигналами и длительностью импульса, генерируемого
одновибраторном. При этом на выходе RS-триггера (вывод 11, DD2.2)
появляется логическая “единица”, если промежуток времени между двумя
смежными ударами пульса равен или больше установленной длительности
одновибратора. SA1 при этом должен находиться в верхнем по схеме (рис.1)
положении. В положении SA1, как показано на схеме, логическая “единица”
на выходе RS-триггера появится, если частота пульса будет ниже
установленной.

Эта логическая “единица” управляет работой генератора звуковой частоты,
нагруженного пьезокерамическим преобразователем Z1. Таким образом,
звуковой сигнал появляется при достижении частоты пульса верхнего или
нижнего пределов при соответствующих установках переключателя А1 и
положения движка резистора R16.

Налаживание аналоговой части заключается в установке режима усилителя.
Для этого к стоку VT4 подключают вход осциллографа Диод VD1 необходимо
поместить в светонепроницаемый экран, а для исключения паводок вывод
катода, соединенный с входом DA1, должен иметь минимальную длину.
Поочередно резисторами R6 и R9 добиваются максимального уровня шумов.
Резистором R12 устанавливается порог срабатывания компаратора, а затем к
освобожденному от экрана фотодиоду, непосредственно к его линзе,
прикладывается палец или ладонь — на экране осциллографа наблюдаются
импульсы высокого уровня, почти равные напряжению источника мигания, в
такт с частотой работы сердца.

При нечеткой работе аналоговой части схемы может потребоваться
дополнительная коррекция уровня срабатывания компаратора (загрубление
его чувствительности резистором R12). В цифровой части подбирается
постоянная времени цепи С7, R16 таким образом, чтобы при изменении
положения движка резистора длительность импульса одновибратора
составляла от 0,2 до 2с. Градуировку шкалы резистора R16 производят по
сигналам источника ИК-излучения, подаваемого на диод VD1. Необходимо
отметить, что уровень ИК-излучення почти не влияет на точность установки
и отсчета показаний, а первостепенное значение имеет перепад этого
уровня. Поэтому и процессе измерений необходимо обеспечить постоянство
освещенности на время 2-3 ударов сердца, а в качестве источника при
регулировке использовать генератор световых сигналов с лампой
накаливания или светодиодом ИК-излучения.

Для регистрации частоты акустических сигналов, например частоты дыхания,
можно использовать электретный микрофон, подключив его так, как
показано ив рис.1 пунктиром, предусмотрев отключение его дополнительным
выключателем.

Все детали прибора размещены па печатной плате размером 25×85 мм.
Постоянные резисторы — МЛТ-0,126, R6, R9, R12 — СП5-3ва, они
приклеиваются к плате. R16 — СП3-4аМ. Конденсаторы С1, С2 — К53-14.
Остальные — КМ6б. Транзисторы КП303А можно заменить на КП303Ж, а при
увеличении напряжения питания до 9 В на любые другие из этой серии.
Микросхемы DD1, DD2 заменимы на аналогичные по функциональному
назначению из серий К564, К176.

Пьезоизлучатель 3П3-1 можно заменить на ЗШ или ДЭМП-1. В последнем
случае его подключают через конденсатор 0,1 мкФ к выходу DD2.4.
Переключатель SA1 — типа ПД9-2.

Питание прибора осуществляется от трех включенных последовательно
элементов СЦ-32. В качестве источника можно применить и 3-4 аккумулятора
Д-0,1, либо элементы A316 и им подобные. Конечно, в последнем случае
значительно возрастут масса и размеры прибора.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты