PVDF型脉搏传感器信号处理电路的设计.docx

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PVDF型脉搏传感器信号处理电路的设计

PVDF型脉搏传感器信号处理电路的设计

刊名：

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年，卷（期）：

被引用次数：

卢超，LUChao陕西理工学院,物理系,陕西,汉中,723000齐齐哈尔大学学报（自然科学版）JOURNALOFQIQIHARUNIVERSITY（NATURALSCIENCEEDITION）2022，25（6）2次

参考文献（8条）

1.沙占友.葛家怡.孟志永集成化智能传感器原理与应用2004

2.JayNCohn.StanleyFinkeltein.GaryMcVeighNoninvaivePuleWaveanalyifortheEarlyDetectionofVacularDieae1995（26）

3.卢超基于HK2000-A脉搏传感器的睡眠定时器2007（12）

4.卢超基于单片机的睡眠定时实验装置2007（08）

5.吴水才.刁越基于脉搏波的新型血流参数检测仪的研制2005（02）

6.罗志昌.张松脉搏波的工程分析与应用2006

7.颜良.陈儒军基于UAF42通用滤波芯片的50Hz陷波器设计2006（08）

8.蔡轶晰.沈兰荪.黄祥林脉象分析仪的研究进展2002（04）

相似文献（10条）

1.学位论文王国力智能化脉搏信号测试系统研究2005

本论文研究了基于微机的脉搏信号实时采集、处理、分析与识别系统，研究工作的主要结果和创新点可归纳如下：

（1）研究了PVDF压电脉搏传感器的设计。

分析研究了PVDF压电薄膜的压电方程，推导出了压力与输出电荷的关系，在此基础上设计了电荷放大电路，并对电荷放大电路进行了线性化修正。

经过与电压放大电路比较发现，修正后的电荷放大电路性能稳定，灵敏度高。

分析了脉搏测试中的各种噪声，并采取相应的措施加以滤除。

（2）对脉搏信号小波变换滤波进行了较深入的研究。

一是用阈值法对脉搏信号进行滤波处理。

二是用信号小波变换的奇异值检测法，对有效信号和噪声的李氏指数和模极大值进行了研究。

（3）利用小波变换提取了脉搏信号的特征值。

分析了正常的人脉搏信号的小波域特征，发现脉搏信号的时域特点严格对应于其小波变换的过零点。

提出的过零点检测算法，较好解决了脉搏信号时域特征点参数多，分析复杂，误差较大的问题。

提取了正常人脉搏信号的特征，以期为临床应用提供更易判断的依据。

（4）利用VB与MATLAB混合编程技术，开发了智能化的脉搏信号测试系统。

该系统界面友好，操作简单，数据处理能力强，能实现对脉搏信号的实时采集的控制，对脉搏信号的波形显示、打印、回放，能完成小波变换滤波、能量分析、小波变换分析，实现脉搏信号特征值的提取。

2.期刊论文陈晓.Chen某iao基于通用串行总线的高速脉搏信号检测系统-中国组织工程研究与临床康复2022,12（39）

研制一种基于通用串行总线的高速脉搏信号实时检测系统并进行了硬件系统和应用软件的设计,描述了装置设计中各个细节的总体思路.选用基于聚偏氟乙烯压电薄膜的集成化脉搏传感器把待检测对象的脉搏跳动转变成町处理的电信号,经过同相放大电路将传感器的微弱信号放大.放大后的信号经集成的混合信号系统级芯片C8051F130单片机模数转换后变成数字信号,然后山该单片机通过通用串行总线实现与计算机的通信,把脉搏信号送入计算机显示记录存储和处理.该系统具有结构简单、抗下扰能力强、成本较低、应用价值高等优点,可以方便地实现脉搏信号的快速采集和存储.

3.学位论文郭丹伟脉象信号数据采集系统中的前期调理电路2007

脉诊在中医占很重要的地位，通过脉诊可以了解患者脏腑气血的盛衰，可以探测病因、病位、预测疗效等。

传统的脉搏测量采用脉诊方式，中医脉象诊断技术就是脉搏测量在中医上卓有成效的应用，但是受人为的影响因素较大，测量精度不高。

现在计算机已使得中医诊脉技术上了一个台阶，计算机可通过将传感器收集的脉搏信号数据采用波型迭加的办法，处理、分析并判断出脉象与波型信号间的对应关系，以根据波型对疾病予以诊断治疗，这在一定程度推广了中医诊脉治疗技术。

本论文本着低功耗的原则，设计了一套数据采集的基本电路。

采集6路信号时，采用了单个通道循环采集的方法，即6路脉象信号共用一路放大、滤波和A/D转换电路，用模拟通道选择开关MCl4512B来对脉象信号进行选择，同时利用单片机来控制这个选择开关，实现对6路脉象信号的循环采集。

前置放大电路选用四CMOS低功耗运算放大器CF7641，为了防止前置放大器工作于饱和区或截止区，选择增益为10。

为了将传感器提取的mV级的信号放大到V级，需要再设计一个主放大器，本论文选用的是精密仪器放大器AD624，它的显著的低噪声，高增益精度，低增益温度系数和高线性度使得AD624在高要求的数据采集系统中成为理想的首选，我们把该部分放大器的增益设置为100，输出约5V的电压信号，可以直接输入到A/D转换部分。

滤波电路选择二阶巴特沃斯滤波器，因为本设计中要求低频信号不被衰减，而对高频要求不高，二阶巴特沃斯滤波器能很好的达到预期的要求。

工频干扰是脉搏信号的主要干扰，虽然前置放大电路对共模干扰具有较强的抑制作用，但有部分工频干扰是以差模信号方式进入电路的，所以必须专门滤除。

我们选用了BB（Burr2Brown）公司的UAF42通用有源滤波器设置成的双T阻容有源陷波器，对50Hz工频干扰进行了滤除，UAF42内部集成了一个反向放大器和两个积分器，有效的克服了陷波器设计中最困难的得到严格容差、低损耗、匹配的电容的问题。

A/D转换直接采用C8051F005中的12位精度的逐次逼近式A/D转换器，它的转换速率可达到100kp，可以不失真的还原出六路脉象信号，A/D转换和控制均可以由其来完成。

C8051F005包含32k+128字节的FlASH，该存储器以512字节为一个扇区，可以在系统编程，且不需在片外提供编程电压。

C8051F005单片机片内调试支持电路允许全速、在系统调试，并且有专门的开发工具支持。

我们采用C8051F005中的A/D转换部分实现脉象信号的模数转换，调试方便，而且达到了实验要求。

本论文还对电源部分进行了专门的设计，为了适应整个数据采集系统可以采用电池和直接市电供电的需要，选取了不同的电源稳压器芯片，设计出了专门的电路．在电池供电的情况下，选择了小功率低压降型线性稳压器LP2951，它的输出电压有+5V固定式和+1.24V～+29V可调式，消耗电流比其他的

集成稳压器小，可延长电池的使用寿命。

在市电供电的情况下，选择了可以直接接入市电的专用集成稳压器Hv2405E，它的输出电压一般为5V固定输出，但是也可以改变。

通过设计不同的稳压器电路，很好的满足了电池供电和直接市电供电的需要。

4.期刊论文陈晓.Chen某iao基于压电传感器和个人计算机构成的脉搏信号实时监测系统-中国组织工程研究与临床康复2022,12（35）

研制了一种基于压电传感器以AT89S52单片机和个人计算机为核心构成的家用脉搏信号实时监测系统.选用了基于聚偏氟乙烯压电薄膜的集成化脉搏传感器,把待检测对象的脉搏跳动转变成可处理的电信号,经过三运放高共模抑制比放大电路将传感器的微弱信号放大.放大后的信号经ADC0809芯片模数转换后变成数字信号,然后由单片机通过译码电路就可以从数码管直接读出被测对象的脉搏数.同时通过AT89S52的串行通信接口,采用RS-232-C接口标准实现与个人计算机的串行通信,把脉搏信号送入计算机显示记录存储和处理.AT89S52单片机构成的控制电路在软件的作用下控制脉搏信号采集、放大和与计算机的通信.当单片机系统不与计算机相连时它就是一个改进型便携式电子脉搏计,可随身携带并实时显示脉搏数.

5.学位论文方振国基于FPGA的脉搏信号采集系统的设计2007

脉搏信号是一种微弱的生物电信号,是神经细胞传导信息时在血管内部或皮肤表面电活动的总体反映。

脉搏信号一般是通过人手指靠触压来获取,本文利用具有高灵敏度的脉搏传感器来获取,然后通过差动放大器的输入端进行放大,最后由记录设备记录以便对脉搏信号做进一步的分析处理。

本论文介绍了脉搏信号的获取、放大、采集、显示以及记录的软硬件设计以及对脉搏信号的分析处理。

第一章中主要介绍了脉搏的基本知识与应用,对脉搏信号的特点作了详细阐述,接着对脉搏信号的分析处理方法作了具体介绍。

为了选择一种合理的设计方案,

第二章根据总体设计方案对方案中的各部分在设计思路上作了探讨。

首先将其分解为模拟和数字两大部分,接着根据脉搏信号的特点对模拟电路中的信号调理方法作了详细的论证,然后以FPGA为核心,对信号的采集、显示以及与上位机的通信方式给出了基本的设计思路。

第三章介绍了放大电路的设计与实现。

脉搏信号是微弱低频信号,必须经过适当的放大满足采集电路的要求,因此将其进行三级放大,对每部分电路采取的放大方式、增益作了分析计算,并通过仿真将设计结果进行验证。

脉搏信号是一种微弱的电信号,极易受到干扰。

第四章中对脉搏信号的滤波作了详细介绍。

首先通过高通滤波和低通滤波将脉搏信号频率范围外的信号滤除,然后对产生干扰最严重的50Hz工频使用陷波器将其去除。

设计时对每一部分作了详细的理论计算,并对仿真的结果作了说明。

最后将放大与滤波联合起来进行仿真和实测,分析整体滤波放大器设计的性能。

第五章中介绍了如何进行隔离。

设计中使用了光隔电路对前后级实行隔离,详细分析了反馈型光电隔离器的工作原理及调节方法。

对可能出现的负极性信号使用了箝位电路进行了极性转换,并对转换的结果进行了仿真。

经过转换的信号进入采集电路进行采集。

第六章介绍了如何选择合适的采集芯片及与FPGA的连接,以及如何使用FPGA控制采集。

经采集的数字信号可以经过一定的处理再送给其它电路。

第七章中在介绍FPGA的基础上讲述了如何在FPGA上实现数字滤波器的设计。

经过处理的一路信号送给液晶作显示,另外一路则送给计算机作数据保存。

第八章中介绍了如何使用液晶对采集的波形进行显示。

首先阐释了点阵液晶的结构、与FPGA的连接方法及工作时序,然后编写程序实现点阵在液晶上显示。

为了保证图形的稳定,文章也介绍了如何使用键盘控制液晶的显示时序。

第九章对使用USB接口实现FPGA与计算机实现双向通信作了介绍,在了解USB结构及与FPGA连接的基础上,首先研究如何实现FPGA对USB的控制实现数据的收发,然后编写上位机程序实现计算机对USB接口数据收发的控制。

最终实现将FPGA采集的数据送给计算机保存。

最后,对设计中存在的一些问题及需要进一步改进的地方做了简要的阐述。

6.期刊论文罗山鹰.娄文忠一种用于人体脉搏的信号采集系统-兵工自动化2001,20

（2）

根据人体脉搏信号特征,提出了一种脉搏采集方案.该方案的系统总体结构由PVDP型脉搏传感器及其信号放大电路、AD574转换芯片和接口、以及脉搏信号数字处理计算机等构成.并介绍了PVDP传感器结构及其电源电路、AD574芯片特性和增强型并口协议（EPP）.讨论了脉搏数字处理时,为消除噪声干扰所采用的移动平均滤波器和为消除随机干扰所采用的LMS自适应滤波器的软件实施过程和处理效果.

7.学位论文王艳苹脉图信息采集处理系统2006

本课题是“基于醒脑开窍法的中医远程医疗系统”项目的子课题，主要是实现脉搏信号的实时采集与处理、与计算机的通讯以及在PC机操作界面的显示、存储、导入导出等功能，如果能做进一步延伸，希望能与异地计算机的进行远程通信。

本文首先阐述了课题提出的背景及意义，然后对课题的研究内容和相关概念进行了简要的介绍。

第二章介绍了系统的总体设计方案，它主要由脉搏信号预处理、信号放大、低通滤波、AD转换、串行通信、波形显示等几部分组成。

在后面的三章中，论文介绍了每一部分的工作原理，从系统的硬件设计、软件设计以及PCB板制作调试三方面作了较为详尽的分析。

本系统设计对几种不同传感器的性能进行了比较，选择了灵敏度较高的PVDF压电膜。

放大电路采用了具有低噪音、高精度、低功耗等特性的仪用放大器AD620。

脉搏信号微弱、敏感、易受干扰，因此为了消除脉搏测试中的各种噪声，设计了隔离电路和多重滤波电路。

另外电源采用了12V蓄电池，有效的避免了50HZ工频干扰，由于减少了电源转换电路，整个的硬件电路也更加的简化。

设计了脉搏检测系统，PC机与凌阳单片机通过RS-232串口通信实现了对脉搏信号的实时采集、显示、存储、恢复，用户界面友好，操作简单。

系统中采集到的数据可以在MATLAB中恢复为波形，从而进一步对脉搏信号进行小波变换滤波、频谱分析、能量分析、小波变换分析等操作，还可以从频域对采集的信号进行分析，以提取脉搏信号特征值进行下一步的判断处理。

8.期刊论文王国力.赵子婴.白金星PVdF压电薄膜脉搏传感器的研制-传感技术学报2004,17（4）

主要讨论了能同时感受寸、关、尺三部位脉搏信号的仿生手诊用的PVdF压电薄膜传感器,并从新的角度剖析了PVdF和电荷放大器的工作原理.所设计的线性化修正的电荷放大电路和其他信号调理电路,又考虑到脉搏波形的整形,并专门进行了消噪处理,提高了测量的灵敏度,有效地抑制了非线性失真.

9.学位论文郝晓霞基于脉搏波的动脉硬化识别方法的研究2022

由动脉硬化引起的各类心脑血管疾病已经成为威胁人类健康的主要疾病。

脉搏波中携带了整个血液循环系统的大量信息，因此研究脉搏信号对于动脉硬化疾病的早期防治具有重要的意义。

本课题中设计的动脉硬化分析系统，可对脉搏信号进行采集和分析处理，并最终确定测试者的动脉硬化程度。

整个系统由脉搏信号采集硬件电路和动脉硬化分析软件两部分组成。

信号采集部分主要由带通滤波电路、放大电路和A/D转换电路组成，采样后的脉搏信号由单片机经串口传送到上位机进行后续处理。

动脉硬化分析软件由LabVIEW编程实现，主要包括脉搏信号采集、波形预处理、特征提取和动脉硬化程度分析四个功能模块。

脉搏信号采集模块完成脉搏信号和测试者信息的存储、显示等功能；波形预处理模块基于非抽样小波变换实现信号的基线漂移矫正，并完成单周期脉搏信号的截取；特征提取部分完成脉搏信号的频域和时域分析，然后将所得的频域和时域的特征参数进行模糊ISODATA聚类，选择其中聚类效果较好的参数作为动脉硬化识别的特征参数；动脉硬化分析模块根据所设计的模糊分类系统，可得到测试者的动脉硬化程度。

利用所建立数据库中的50个脉搏波样本对所设计的模糊分类系统进行验证，取得了较好的分类识别效果。

10.期刊论文陈晓.Chen某iao便携式电子脉搏计的设计-中国组织工程研究与临床康复2022,12（17）

设计了一种基于压电传感器以AT89S51单片机为核心构成的简易便携式电子脉搏计.其设计思路是用压电传感器把待检测对象的脉搏跳动转变成电信号,但是由于信号比较微弱,需要经过放大整形后才可以得到规则的脉冲波形.放大电路采用三运放高共模抑制比放大电路,将传感器的微弱信号放大.放大后的信号采用一阶低通滤波电路进行整形除去杂散信号,然后经过单片机定时计数后通过译码电路就可以从数码管直接读出被测对象的脉搏数了.定时由基准时间产生电路完成,它是通过555集成电路构成一个单稳触发器来实现的.AT89S51单片机构成的控制电路在软件的作用下控制脉搏信号放大、整形和倍频后进入计数器的时间.该便携式电子脉搏计优点是制作简单,使用元器件少,工作稳定可靠,显示直观,误差不大于1%,成本低廉且能节电.