[發明專利]一種人體脈搏信號提取裝置

在審

• 申請號: 201911184600.7
• 申請日: 2019-11-27
• 公開（公告）號: CN112842284A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 劉樹博;湯宗偉
• 申請（專利權）人: 東華理工大學
• 主分類號: A61B5/02
• 分類號: A61B5/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種人體脈搏信號提取裝置，包括脈搏感知電路、前置放大電路、帶通濾波電路和二級放大電路。該脈搏信號提取裝置結構簡單，成本低廉，對0.5Hz?100Hz頻段以外的噪聲信號起到了很好的抑制作用。

技術領域

本發明屬于人體生物電技術領域，尤其涉及一種人體脈搏信號提取裝置。

背景技術

隨著電子技術與計算機技術的不斷發展，將人體脈搏信號轉化為電信號進行分析處理，已是生物醫學工程領域的發展方向。研究發現，人體的脈搏有效頻段為0.5-100Hz，且信號微弱，容易受到外界噪聲的干擾。因此，有必要設計一種人體脈搏信號提取裝置，以便于后續的采樣和分析處理。

發明內容

本發明旨在設計一種人體脈搏信號提取裝置，可以有效地擺脫外界噪聲對脈搏信號帶來的干擾，為人體脈搏信號的研究帶來便利。

本發明的技術方案為：一種人體脈搏信號提取裝置，主要包括脈搏感知電路、前置放大電路、帶通濾波電路和二級放大電路構成；其中脈搏感知電路包括PVDF壓電薄膜、運算放大器OP07、電阻R1和電容C1；前置放大電路包括電阻R2、R3和R4，運算放大器OP27；帶通濾波電路包括電阻R5至R9，運算放大器OPA1642，電容C2和C3；二級放大電路包括電阻R10至R12，運算放大器LM358N。

PVDF傳感器正負極分別與OP07的2、3引腳連接，47pF電容器C1與2KΩ電阻R1并聯，其兩端分別與OP07的2和6引腳連接，OP07的7引腳和4引腳分別接+12V電源和接地，OP07的6引腳通過1KΩ電阻R2與OP27的2引腳連接，OP27的3引腳通過電阻R3接地，OP27的7引腳和4引腳分別接+12V電源和接地，電阻R4兩端分別與OP27的2引腳和6引腳連接，OP27的6引腳經過電阻R5和C3與OPA1642的3引腳相連，同時通過電阻R5和R7與OPA1642的1引腳連接，C2的一端通過電阻R7與OPA1642的1引腳連接，另一端接地，電阻R6一端與OPA1642的3引腳連接，另一端接地，OPA1642的2引腳通過R8接地，OPA1642的1引腳通過R9和R8接地，同時通過R10與LM358N的3引腳連接，OPA1642的8引腳與LM358N的8引腳接+12V電源，OPA1642的4引腳與LM358N的4引腳接地，LM358N的2引腳通過電阻R11接地，LM358N的1引腳通過R12和R11接地，其中R5、R7、R8和R9阻值為1kΩ，R6阻值為2kΩ，R10和R11阻值為100Ω，R12阻值為100kΩ，C1、C2和C3容量分別為10pF、100μF和4.7μF。

本發明的優點在于：該脈搏信號提取裝置結構簡單，成本低廉，對0.5Hz-100Hz頻段以外的噪聲信號起到了很好的抑制作用。

附圖說明

圖1是人體脈搏信號提取裝置的結構圖。

具體實施方式

PVDF壓電薄膜，質輕柔軟且對皮膚無刺激，又因其壓電常數大且動態響應好，可以無源工作，因此成為脈搏檢測的首選。PVDF壓電薄膜輸出的電信號較弱，易受干擾，因此有必要對其輸出的信號進行放大和濾波等操作。首先，本裝置采用了脈搏感知電路，該電路由PVDF壓電薄膜和電荷放大部分組成。當PVDF壓電薄膜感受到脈搏振動后，薄膜上下電極表面之間就會產生一定的電荷電信號，通過后續的電荷放大電路，可將傳感器電荷信號有效地轉化為電壓信號。其次，由于脈搏感知電路信號較弱，因此需要對信號進行前置放大10倍，此處大倍數不宜過大，否則會引起嚴重失真；再次，由于人體脈搏信號處于0.5Hz-100Hz之間，因此需要對電壓信號進行濾波放大處理。濾波放大電路由運算放大OPA1642、LM358N，電阻R5至R12和電容C2、C3組成，其中電阻R5和電容C2構成低通濾波電路，電阻R6和電容C3構成高通濾波電路，令電路中R5=R7=R，R6=2R，C2=C3=C，根據中心頻率公式計算出對應電阻和電容值，而后對電路中C3進行調整以達到最佳效果，使帶通濾波電路下限截止頻率為0.5Hz，上限截止頻率為100Hz；電路中電阻R10至R12和運算放大器LM358N構成同相比例放大電路，根據公式計算其放大倍數大約為100倍后，輸出Uout信號，以便MCU進行采集和分析處理。