CN203647333U

CN203647333U - 一种光电心率测量仪

Info

Publication number: CN203647333U
Application number: CN201320877597.9U
Authority: CN
Inventors: 王冠菲; 赵志勇; 付松年
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2023-12-27

Abstract

本实用新型公开了一种光电心率测量仪，其特征在于，包括依次串接的探测头、隔直滤波器、两级反相放大器、二阶有源滤波器、比较电路和单片机；探测头用于通过光电转换将携带心率信息的光信号转换为电信号；二阶有源滤波器为低通滤波器；比较电路由单门限电压比较电路的输出端并联一个肖特基二极管构成，用于滤除旁瓣噪声，得到方波信号；单片机用于计算心率。该测量仪为非接触式测量，性能稳定，可靠性高，且设备结构简单、便于携带、成本低、操作方便，可广泛应用于各种心率测量场合。

Description

一种光电心率测量仪

技术领域

本实用新型属于光电探测技术领域，更具体地，涉及一种光电心率测量仪。

背景技术

心率是医学上广泛采用的人体健康状况的评价参数，传统的心率测量方式为听诊器测量，然而这种方式非常不方便且误差较大。随后出现了通过测量脉搏压力变化进而测量心率的压电式心率测量仪，但压电式的测量仪是接触式的，操作麻烦，灵敏度得不到保证。随着社会的发展，生活节奏的加快，设计一种以使用方便为前提，能快速准确测量人体心率的心率测量仪，不仅是临床者，也是体育训练者、外出旅游者和普通家庭中老人健康监测的需求。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种光电心率测量仪，有效解决了心率测量仪操作不方便且误差大的问题，为非接触式测量，性能稳定，可靠性高，且设备结构简单、便于携带、成本低、操作方便，可广泛应用于各种心率测量场合。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种光电心率测量仪，其特征在于，包括依次串接的探测头、隔直滤波器、两级反相放大器、二阶有源滤波器、比较电路和单片机；所述探测头用于通过光电转换将携带心率信息的光信号转换为电信号；所述二阶有源滤波器为低通滤波器；所述比较电路由单门限电压比较电路的输出端并联一个肖特基二极管构成，用于滤除旁瓣噪声，得到方波信号；所述单片机用于计算心率。

优选地，所述探测头为中间设有柱状凹槽的壳状物，凹槽直径为1～2cm，凹槽中部的壳体中正对设置红外光发射管和红外光接收管。

优选地，还包括第一驱动器、第二驱动器和显示器；所述显示器由三个数码管组成，用于实时显示心率；所述单片机分别通过所述第一驱动器和所述第二驱动器连接所述显示器，用于驱动所述数码管的阴极和阳极。

优选地，还包括报警器，所述报警器连接所述第二驱动器。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、通过光学检测的方式实现对心率的测量，通过手指就可测出心率值，为非接触式测量，设备结构简单、便于携带、成本低，且操作方便，可广泛应用于各种心率测量场合。

2、性能稳定，且可靠性高。首先，设置了两级放大，大幅提高了信号的峰值，为后续信号处理及判决提供了可靠的保障。其次，设置了隔直滤波和二阶有源滤波，充分滤除噪声，并引入比较电路，通过设置合理的判决阈值，进一步滤除噪声，避免滤波后的信号直接输入到计数器中引起误差。

附图说明

图1是本实用新型实施例的光电心率测量仪的结构示意图；

图2是探测头的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

人体组织对红外光半透明，而血液对红外光不透明，因此利用手指内血管的血容量随心脏搏动而改变的生理特点，可通过透过指尖的红光的光强改变测量人体心率。本实用新型利用光电探测的方法测量人体心率，设计了一个光电式心率测量仪，探测器用的是红外发光二极管和红外接收管，当红外光穿过手指，红外接收管可以接收到红外光，接收到的光有强有弱，强弱变化就是频率，也就是心率，经过一系列信号处理后可通过显示器显示测得的心率值。

如图1所示，本实用新型实施例的光电心率测量仪包括探测头、隔直滤波器、两级反相放大器、二阶有源滤波器、比较电路和单片机。探测头、隔直滤波器、两级反相放大器、二阶有源滤波器、比较电路和单片机依次串接。

其中，探测头用于通过光电转换将感知到的心率信号转换为电信号。隔直滤波器为电容，用于隔离直流分量。两级反相放大器用于将探测头输出的微弱电信号（一般为几十毫伏）充分放大，以保证后续计数的准确性。二阶有源滤波器用于滤除噪声。与无源滤波相比，有源滤波能补偿各次谐波，抑制闪变，且滤波特性不受系统阻抗等的影响，可控性好，响应快。具体地，由于心跳频率较低，二阶有源滤波器为上限截止频率为10Hz的低通滤波器。比较电路用于得到方波信号。具体地，比较电路通过在单门限电压比较电路的输出端并联一个肖特基二极管得到，通过合理设置门限电压，滤除旁瓣噪声，将信号高度规范化，避免旁瓣噪声引起的计数误判。

单片机用于计算心率。方波信号通过单片机的外部中断口输入，每当一个正脉冲发生时，都会触发单片机的外部中断。当外部中断第一次发生时，启动16位计数器T0，此时T0会不断加计数，溢出时触发计数溢出中断。用变量k（初值为0）记录溢出中断的次数，每溢出一次，k值加1。等到下一次外部中断到来时，计算两次脉冲之间的间隔时间t=k*(n_t-n₀)*T，其中，n_t为计数器溢出值，n₀为计数器初值，T为计数脉冲的周期。因此，实时心率N=60/t。

此外，单片机还用于驱动显示器实时显示心率，显示器由三个数码管组成，分别显示心率N的百位、十位和个位。为了使数码管能够正常显示，如图1所示，单片机分别通过第一驱动器和第二驱动器连接显示器，用于驱动数码管的阴极和阳极，以保证测量的可靠性和显示的稳定性。

单片机还通过第二驱动器连接报警器，用于在心率N出现异常时（如超出一定范围时）驱动报警器报警。

如图2所示，探测头为中间设有柱状凹槽的壳状物，凹槽直径为1～2cm，以容得下一根手指为准。凹槽中部的壳体中正对设置红外光发射管202和红外光接收管204，其中，红外光发射管202的两端施加正向电压，红外光接收管204的两端施加反向电压。

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型，下面结合具体实施例对本实用新型的光电心率测量仪的工作原理进行详细说明。

将手指放入探测头的柱状凹槽，红外光发射管202发出的红外光穿透手指，血管内血容量的变化引起透射光光强变化，被红外光接收管204接收后，经光电转换得到强弱变化的电信号。电信号经隔直滤波器隔离直流分量后，峰值约为20mV，再经两级反相放大器放大，其中，第一级放大后的峰值约为200mV，第二级放大后的峰值约为1.6V。放大后的信号经二阶有源滤波器滤除噪声后进入比较电路，比较电路通过在单门限电压比较电路的输出端并联一个肖特基二极管得到，通过合理设置门限电压，滤除旁瓣噪声，得到非常规则的方波信号，高电平为+5V，低电平为0V，以保证达到单片机的响应阈值电压，确保每个脉冲都能被有效地记录。方波信号输入单片机，每一个高电平信号都会触发单片机的外部中断，并启动计数器计数，从而得到心率并通过显示器显示。当心率出现异常时，单片机驱动报警器报警。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种光电心率测量仪，其特征在于，包括依次串接的探测头、隔直滤波器、两级反相放大器、二阶有源滤波器、比较电路和单片机；

所述探测头用于通过光电转换将携带心率信息的光信号转换为电信号；

所述二阶有源滤波器为低通滤波器；

所述比较电路由单门限电压比较电路的输出端并联一个肖特基二极管构成，用于滤除旁瓣噪声，得到方波信号；

所述单片机用于计算心率。

2.如权利要求1所述的光电心率测量仪，其特征在于，所述探测头为中间设有柱状凹槽的壳状物，凹槽直径为1～2cm，凹槽中部的壳体中正对设置红外光发射管和红外光接收管。

3.如权利要求1或2所述的光电心率测量仪，其特征在于，还包括第一驱动器、第二驱动器和显示器；

所述显示器由三个数码管组成，用于实时显示心率；

所述单片机分别通过所述第一驱动器和所述第二驱动器连接所述显示器，用于驱动所述数码管的阴极和阳极。

4.如权利要求3所述的光电心率测量仪，其特征在于，还包括报警器，所述报警器连接所述第二驱动器。