Sirdsdarbības sensors - darbs un pielietojums

Ko jūs domājat ar sirdsdarbību?

Cilvēka sirdsdarbība ir vārstu skaņa viņa sirdī saraujoties vai paplašinoties, kad tie piespiež asinis no viena reģiona uz otru. Sirdsdarbības reižu skaits minūtē (BPM) ir sirdsdarbības ātrums un pulss, ko var sajust jebkurā artērijā, kas atrodas tuvu ādai.

Divi veidi, kā izmērīt sirdsdarbību

• Manuāls veids : Sirdsdarbību var pārbaudīt manuāli, pārbaudot impulsu divās vietās - plaukstas locītavā ( radiālā prese ) un kaklu ( miega preses ). Procedūra ir novietot divus pirkstus (rādītājpirkstu un vidējo pirkstu) uz plaukstas locītavas (vai kakla zem elpošanas caurules) un 30 sekundes skaitīt impulsu skaitu un pēc tam reizināt šo skaitli ar 2, lai iegūtu sirdsdarbības ātrumu. Tomēr spiediens jāpieliek minimāli, un arī pirksti jāpārvieto uz augšu un uz leju, līdz jūtams pulss.

• Sensora izmantošana : Sirdsdarbību var izmērīt, pamatojoties uz optiskās jaudas izmaiņām, kad gaisma tiek izkliedēta vai absorbēta tās ceļā caur asinīm, mainoties sirdsdarbībai.

Sirdsdarbības sensora princips

Sirdsdarbības sensora pamatā ir fotopletismogrāfijas princips. Tas mēra asins tilpuma izmaiņas caur jebkuru ķermeņa orgānu, kas izmaina gaismas intensitāti caur šo orgānu (avaskulāro reģionu). Lietojumu gadījumā, kad sirds pulsa ātrums ir jāuzrauga , impulsu laiks ir svarīgāks. Asins tilpuma plūsmu nosaka sirds impulsu ātrums, un, tā kā gaisma tiek absorbēta asinīs, signāla impulsi ir līdzvērtīgi sirdsdarbības impulsiem.

Ir divu veidu fotopletismogrāfija:

Pārnešana : No gaismas izstarojošās ierīces izstarotā gaisma tiek pārraidīta caur jebkuru ķermeņa asinsvadu reģionu, piemēram, auss ļipiņu, un to uztver detektors.

Pārdomas : No gaismas izstarojošās ierīces izstaroto gaismu atspoguļo reģioni.

Sirdsdarbības sensora darbība

Pamata sirdsdarbības sensors sastāv no gaismas diodes un detektora, piemēram, gaismas noteikšanas rezistora vai fotodiodes. Sirdsdarbības impulsi izraisa asins plūsmas variāciju dažādos ķermeņa reģionos. Kad audi tiek apgaismoti ar gaismas avotu, t.i., gaismas diodes izstaroto gaismu, tie vai nu atstaro (pirkstu audus), vai arī pārraida gaismu (auss ļipiņu). Daļu gaismas absorbē asinis, un pārraidīto vai atstaroto gaismu uztver gaismas detektors. Absorbētās gaismas daudzums ir atkarīgs no asins tilpuma šajos audos. Detektora izeja ir elektriskā signāla formā un ir proporcionāla sirdsdarbības ātrumam.

Šis signāls ir līdzstrāvas signāls, kas attiecas uz audiem un asins tilpumu, un maiņstrāvas komponents, kas sinhrons ar sirdsdarbību un ko izraisa pulsējošas artēriju asins tilpuma izmaiņas, tiek uzklāts uz līdzstrāvas signāla. Tādējādi galvenā prasība ir izolēt šo maiņstrāvas komponentu, jo tam ir galvenā nozīme.

Lai sasniegtu maiņstrāvas signāla iegūšanas uzdevumu, detektora izeja vispirms tiek filtrēta, izmantojot divpakāpju HP-LP ķēdi, un pēc tam tiek pārveidota par digitāliem impulsiem, izmantojot salīdzināšanas ķēdi vai izmantojot vienkāršu ADC. Digitālos impulsus dod mikrokontrollerim, lai aprēķinātu sirdsdarbības ātrumu, ko sniedz formula

BPM (sitieni minūtē) = 60 * f

Kur f ir impulsa frekvence

Praktisks sirdsdarbības sensors

Praktiski sirdsdarbības sensoru piemēri ir Sirdsdarbības sensors (produkts Nr. PC-3147). Tas sastāv no infrasarkano staru LED un LDR, kas iestrādāts klipam līdzīgā struktūrā. Klipsis ir piestiprināts pie orgāna (auss ļipiņas vai pirksta) ar detektora daļu uz mīkstuma.

Vēl viens piemērs ir TCRT1000 , ar 4 tapām

1. tapa: lai gaismas diodei piešķirtu barošanas spriegumu

Pin2 un 3 ir iezemēti. 4. tapa ir izeja. 1. tapa ir arī iespējošanas tapa, un, to pavelkot augstu, LED ieslēdzas un sensors sāk darboties. Tas ir iestrādāts uz valkājamas ierīces, kuru var nēsāt uz plaukstas locītavas un izejas var nosūtīt bezvadu režīmā (izmantojot Bluetooth) uz datoru apstrādei.

Lietojumprogramma, kas izstrādā jūsu sirdsdarbības sensoru sistēmu

Sirdsdarbības sensoru pamata sistēmu var izveidot arī, izmantojot tādus pamata komponentus kā LDR, salīdzināmo IC LM358 un mikrokontrolleru, kā norādīts zemāk

Kā aprakstīts iepriekš attiecībā uz sirdsdarbības sensora principu, kad pirkstu audi vai auss ļipiņu audi tiek apgaismoti, izmantojot gaismas avotu, gaisma tiek pārraidīta pēc tam, kad tā ir modulēta, t.i., daļu absorbē asinis, bet pārējo - pārraida. Šo modulēto gaismu uztver gaismas detektors.

Šeit kā gaismas detektors tiek izmantots gaismas atkarīgais rezistors (LDR). Tas darbojas pēc principa: kad gaisma krīt uz rezistoru, tā pretestība mainās. Palielinoties gaismas intensitātei, pretestība samazinās. Tādējādi sprieguma kritums visā rezistorā samazinās.

Šeit tiek izmantots salīdzinātājs, kas salīdzina izejas spriegumu no LDR ar sliekšņa sprieguma spriegumu. Sliekšņa spriegums ir sprieguma kritums visā LDR, kad gaisma ar fiksētu intensitāti no gaismas avota nokrīt tieši uz to. Salīdzinātāja LM358 invertējošā spaile ir savienota ar potenciāla dalītāja izvietojumu, kas ir iestatīts uz sliekšņa spriegumu, un neinvertējošais spaile ir savienota ar LDR. Ja cilvēka audi tiek apgaismoti, izmantojot gaismas avotu, gaismas intensitāte samazinās. Tā kā šī samazinātā gaismas intensitāte krīt uz LDR, pretestība palielinās un sprieguma krituma rezultātā palielinās. Kad sprieguma kritums virs LDR vai neinvertējošās ieejas pārsniedz invertējošās ieejas spiedienu, loģiskais signāls tiek izveidots pie salīdzinātāja izejas un gadījumā, ja sprieguma kritums ir mazāks, tiek izstrādāta loģiski zema izeja. Tādējādi izeja ir impulsu virkne. Šos impulsus var ievadīt mikrokontrollerim, kurš attiecīgi apstrādā informāciju, lai iegūtu sirdsdarbības ātrumu, un tas tiek parādīts displejā, kas saskarnē savienots ar mikrokontrolleru.

Video paskaidrojums par sirdsdarbības sensora shēmas shēmu