CN102973259A - 光电式心率测量电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了光电式心率测量电路，涉及心率测量技术，本发明的目的是根据朗伯比尔（LamberBeer）定律提供一种用于便于携带，测量方便的人体指尖的光电式心率测量装置。本发明采用的技术方案是这样的：包括光电式传感器、信号预处理单元、以及数据处理单元；所述光电式传感器包括红外线发射电路以及红外线接收电路；红外线接收电路的信号输出端与信号预处理单元的输入端连接；信号预处理单元的输出端与数据处理单元的输入端连接。

Description

光电式心率测量电路
技术领域
本发明涉及心率测量技术，尤其是一种基于光电信号的心率测量电路。
背景技术
心率是反应人体健康状况的一项重要参数。现有的测量心率的方法主要包括诊脉或者听诊器。这样的测量方法均依靠人为统计一分钟内的心跳或脉动次数，存在较大的误差。另外，当采用听诊器测量时，听诊器听筒需要尽可能的贴近患者皮肤，尤其是冬天时，为患者带来很多不便。如果患者为儿童，由于听筒冰凉，儿童经常哭闹，使得诊断难以进行。
根据朗伯比尔（Lamber Beer）定律，物质在一定波长处的吸光度和它的浓度成正比。那么我们可以合理推断：当恒定波长的光照射到人体组织上时，通过人体组织吸收、反射衰减后测量到的光强将在一定程度上反映出被照射部位组织的结构特征。
本领域技术人员均知晓心率与脉搏是同步的，故测量人体心率等效于测量脉搏。而脉搏主要有人体动脉舒张和收缩产生的，在人体指尖，组织的动脉成分含量较高，而且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄，透过手指后检测到的光强相对较大。
发明内容
本发明的目的是根据现有技术的缺陷以及朗伯比尔（Lamber Beer）定律提供一种用于人体指尖的光电式心率测量装置。
本发明采用的技术方案是这样的：包括光电式传感器、信号预处理单元、以及数据处理单元；所述光电式传感器包括红外线发射电路以及红外线接收电路；红外线接收电路的信号输出端与信号预处理单元的输入端连接；信号预处理单元的输出端与数据处理单元的输入端连接。
优选地，所述光电式传感器位于检测盒中，所述检测盒一侧的中心开有孔，孔直径为1.5~1.8cm；检测盒内，具有上隔板及下隔板；上隔板位于孔的上方，下隔板位于孔的下方；且上隔板及下隔板上均有大小相同的通孔，且所述的两个通孔中心连线竖直向下；在上隔板的通孔上还安装有聚光透镜；检测盒内部上隔板上方的空间中固定有红外线发射电路；在检测盒内部下隔板下方的空间中固定安装有红外线接收电路。
优选地，所述红外线发射电路包括开关、聚光元件、发光二极管、稳压管、第一限流电阻及第二限流电阻；所述发光二极管的阳极通过开关与直流电压源连接；发光二极管的阴极通过第一限流电阻与地连接；所述稳压管的阴极通过第二限流电阻与直流电压源连接，稳压管的阳极接地；所述发光二极管位于聚光透镜的正上方。
优选地，红外线接收电路包括光电三极管及第三电阻；所述光电三极管的集电极与直流电压源连接发射极接地；所述光电三极管位于下隔板通孔的正下方。
优选地，所述下隔板的通孔上也设置有聚光透镜。
优选地，所述信号处理单元包括滤波电路及放大电路；所述滤波电路的输入端与红外线接收电路的输出端连接；滤波电路的输出端与放大电路的输入端连接；放大电路的输出端与数据处理单元的输入端连接。
优选地，所述信号处理单元包括滤波电路及放大电路；所述放大电路的输入端与红外线接收电路的输出端连接；放大电路的输出端与滤波电路的输入端连接；滤波电路的输出端与数据处理单元的输入端连接。
优选地，所述数据处理单元包括计数器及中央处理器；计数器的脉冲信号输入端与第三电阻的任意一端连接；计数器的脉冲个数输出端与中央处理器的输入端连接。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
检测方便，电路结构简单、便于携带，本发明还提供了一种改进的检测盒结构，使得检测精度大大提高。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明原理框图。
图2是本发明检测盒结构示意图。
图3是红外线发射电路电路图。
图4是红外线接收电路电路图。
图中标记：1为检测盒壳体；2为侧壁上的孔；3为上隔板；4为下隔板；5为上隔板通孔；6为下隔板通孔；7为红外线发射电路；8为红外线接收电路。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1, 本发明包括光电式传感器、信号预处理单元以及数据处理单元；所述光电式传感器包括红外线发射电路以及红外线接收电路；红外线接收电路的信号输出端与信号预处理单元的输入端连接；信号预处理单元的输出端与数据处理单元的输入端连接。
其中，所述红外线发射电路的优选结构是这样的：包括开关K、发光二极管D1、稳压管D2、限流电阻R1及限流电阻R2；所述发光二极管D1的阳极通过开关K与直流电压源连接；发光二极管D1的阴极通过限流电阻R1与地连接；所述稳压管D2的阴极通过限流电阻R2与直流电压源连接，稳压管D2的阳极接地。
红外线接收电路的优选结构可以是这样：包括光电三极管Q1及电阻R3；所述光电三极管Q1的集电极与直流电压源连接，其发射极接地。
为了防止在测量过程中人体手指相对于检测光源产生位移，本发明还提出了专用的检测盒。如图2，本发明中的检测盒结构是这样的：所述检测盒可以是任意形状的盒子，其一侧的中心开有孔2，孔直径为1.5~1.8cm，便于人体手指进入，但又具有一定的限位效果。
检测盒内，具有上隔板3及下隔板4，或者是上限位台及下限位台。具体的，以侧壁上的开孔2为界，上隔板3水平安装于检测盒内部且位于孔2的上方，与孔2的上边缘对齐或相切，下隔板4水平安装检测盒内部且位于孔2的下方，与孔2的下边缘对齐或相切。且上隔板3及下隔板4上均有大小相同的通孔5、6，通孔5、6的作用是使光线通过，所以所述的两个通孔5、6中心连线因竖直向下，以确保红外光线能通过上隔板的通孔透过手指进入下隔板通孔正下方的红外线接收器，如光电三极管。
优选地，可以在在上隔板的通孔5上安装有聚光透镜，使得红外光较为集中，提高光强。
检测盒内部上隔板3上方的空间中固定有红外线发射电路7，光电二极管位于上隔板通孔的正上方。在检测盒内部下隔板4下方的空间中固定安装有红外线接收电路8。所述下隔板4的通孔上也可以设置有聚光透镜，从而提高检测灵敏度。
本装置中的信号处理单元包括滤波电路及放大电路；所述滤波电路用于滤除信号中的高频干扰；具体的，滤波电路可以是一截止频率为200Hz的低通滤波器。滤波电路的输入端与光电式传感器的输出端连接，滤波电路的输出端与放大电路的输入端连接，放大电路的作用是将信号适当放大，放大电路的作用是为了实现信号匹配，其增益的设定有赖于光电三极管集电极连接的直流电压源大小及数据处理单元能够识别信号的大小，若直流电源为3.3V，数据处理单元能够处理的信号范围为0~9V，则将红外线接收电路输出的信号放大2倍则能较好的实现信号匹配。在本部分的教导下，本领域技术人员不难知晓，若红外线接收电路输出的信号大小范围与数据处理单元能够接收的信号大小范围一致时，可以去掉放大电路，从而得到更加精简的心率测量装置。在本部分的教导下，本领域技术人员同样可以合理预测到，放大电路及滤波电路的连接顺序是可以颠倒的。
本发明中的所述数据处理单元包括计数器及中央处理器；计数器的脉冲信号输入端与电阻R3的任意一端连接；计数器的脉冲个数输出端与中央处理器的输入端连接。中央处理器进一步将心率输出至上级电路继续处理或者通过显示设备显示。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种光电式心率测量装置，其特征在于，包括：光电式传感器、信号预处理单元以及数据处理单元；所述光电式传感器包括红外线发射电路以及红外线接收电路；红外线接收电路的信号输出端与信号预处理单元的输入端连接；信号预处理单元的输出端与数据处理单元的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的光电式心率测量装置，其特征在于，所述光电式传感器位于检测盒中，所述检测盒一侧壁上的中心开有孔，孔直径为1.5~1.8cm；检测盒内，具有上隔板及下隔板；上隔板水平固定于检测盒内且位于孔的上方，上隔板与孔的上边缘对齐；下隔板水平固定于检测盒内且位于孔的下方，下隔板与孔的下边缘对齐；且上隔板及下隔板上均有大小相同的通孔，且所述的两个通孔中心连线竖直向下；在上隔板的通孔上还安装有聚光透镜；检测盒内部上隔板上方的空间中固定有红外线发射电路；在检测盒内部下隔板下方的空间中固定安装有红外线接收电路。
3.根据权利要求2所述的光电式心率测量装置，其特征在于，所述红外线发射电路包括开关、发光二极管、稳压管、第一限流电阻及第二限流电阻；所述发光二极管的阳极通过开关与直流电压源连接；发光二极管的阴极通过第一限流电阻与地连接；所述稳压管的阴极通过第二限流电阻与直流电压源连接，稳压管的阳极接地；所述发光二极管位于聚光透镜的正上方。
4.根据权利要求2或3所述的光电式心率测量装置，其特征在于，红外线接收电路包括光电三极管及第三电阻；所述光电三极管的集电极与直流电压源连接发射极接地；所述光电三极管位于下隔板通孔的正下方。
5.根据权利要求4所述的光电式心率测量装置，其特征在于，所述下隔板的通孔上也设置有聚光透镜。
6.根据权利要求4所述的光电式心率测量装置，其特征在于，所述信号处理单元包括滤波电路及放大电路；所述滤波电路的输入端与红外线接收电路的输出端连接；滤波电路的输出端与放大电路的输入端连接；放大电路的输出端与数据处理单元的输入端连接。
7.根据权利要求4所述的光电式心率测量装置，其特征在于，所述信号处理单元包括滤波电路及放大电路；所述放大电路的输入端与红外线接收电路的输出端连接；放大电路的输出端与滤波电路的输入端连接；滤波电路的输出端与数据处理单元的输入端连接。
8.根据权利要求7所述的光电式心率测量装置，其特征在于，所述数据处理单元包括计数器及中央处理器；计数器的脉冲信号输入端与第三电阻的任意一端连接；计数器的脉冲个数输出端与中央处理器的输入端连接。
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