脈搏測量是指檢測脈博的有無，使用的傳感器是紅外接收二極管和紅外發射二極管。信號經過放大后，送入單片機計數測量。為了克服干擾，設計了低通放大器。

1 引言

脈搏測量屬于檢測有無脈博的測量，有脈搏時遮擋光線，無脈搏時透光強，所采用的傳感器是紅外接收二極管和紅外發射二極管。用于體育測量用的脈搏測量大致有指脈和耳脈二種方式。這二種測量方式各有優缺點，指脈測量比較方便、簡單，但因為手指上的汗腺較多，指夾常年使用，污染可能會使測量靈敏度下降；耳脈測量比較干凈，傳感器使用環境污染少，容易維護。但因耳脈較弱，尤其是當季節變化時，所測信號受環境溫度影響明顯，造成測量結果不準確。

2 脈搏信號的拾取 

脈搏信號拾取電路如圖1所示，IClA接為單位 增益緩沖器以產生2.5V的基準電壓。

紅外接收二極管在紅外光的照射下能產生電能，單個二極管能產生O.4 V電壓，0.5 mA電流。BPW83型紅外接收二極管和IR333型紅外發射二極管工作波長都是940 nm，在指夾中，紅外接收二極管和紅外發射二極管相對擺放以獲得最佳的指向特性。紅外發射二極管中的電流越大，發射角度越小，產生的發射強度就越大。在圖l中，RO選100 Ω是基于紅外接收二極管感應紅外光靈敏度考慮的。R0過大，通過紅外發射二極管的電流偏小，BPW83型紅外接收二極管無法區別有脈搏和無脈搏時的信號。反之，R0過小，通過的電流偏大，紅外接收二極管也不能準確地辨別有脈搏和無脈搏時的信號。當紅外發射二極管發射的紅外光直接照射到紅外接收二極管上時，IC1B的反相輸入端電位大于同相輸入端電位，Vi為“O”。當手指處于測量位置時，會出現二種情況：一是無脈期。雖然手指遮擋了紅外發射二極管發射的紅外光，但是，由于紅外接收二極管中存在暗電流，仍有lμA的暗電流會造成Vi電位略低于2.5 V。二是有脈期。當有跳動的脈搏時，血脈使手指透光性變差，紅外接收二極管中的暗電流減小，Vi電位上升。

由此看來，所謂脈搏信號的拾取實際上是通過紅外接收二極管，在有脈和無脈時暗電流的微弱變化，再經過IClB的放大而得到的。所拾取的信號為2μV左右的電壓信號。

3 信號的放大

按人體脈搏在運動后最高跳動次數達240次/分計算來設計低通放大器，它由IC2A和C04等組成，如圖2所示。轉折頻率由R07、C04、R08和C05決定，放大倍數由R08和R06的比值決定。

根據二階低通濾波器的傳遞函數，可得

按人的脈搏最高為4 Hz考慮，低頻特性是令人滿意的。

需要說明的是，以上分析是在忽略C03的條件下做出的，如果考慮C03的話，那么：

由此可見，C03沒有影響頻率特性的分析，它的作用只是隔直。

二級放大器兼比較器如圖3所示。Rpll用以調整系統的放大倍數，C06用以防止放大器自激。采用二級放大，零點漂移不很明顯，在O.1 V左右。所以將比較器的閾值電壓設計成O.25 V，以確保濾除干擾信號。采用比較器的好處是能有效地克服零點漂移所造成的影響，提高測量的準確性。

4 波形整形

波形整形電路如圖4所示，IC3A是CD4528型單穩態多諧振蕩器，有效脈寬為0.05 s．其寬度由R22和C20決定。IC3B也組成一個單穩態多諧振蕩器，脈寬為240ms。D2、Dl和T3等組成一個或非門，只有C，E兩點均為低電平時，信號放大器整機輸出才是高電平。設計這個電路的目的是為了在輸出端輸出一個窄脈沖，并且要在由R13和C07決定的時間內任何信號都不會干擾輸出。R23和C21充電時間的長短決定了計數脈沖的寬度，一般不希望它太寬。波形整形時序如圖5所示。

5 結束語

當該放大器用于集群脈搏測量儀時，一定要注意不同信號通道之間的相互影響，建議把各個放大器的電源分開。此外，測量通道需要一個開關電路，當指夾懸空時，這個開關電路關閉單穩態電路，切斷信號通路，防止亂計。

幾年的生產實踐證明，該放大處理電路穩定可靠。下面是筆者在設計中獲得的一些體會。

采用二級放大好于三級放大，個別三級放大電路板的零點漂移大得足以達到滿幅，使得測量不準確。每個單級放大器放大倍數最好不要大于30，以免自激振蕩。

本信號放大器的高頻轉折頻率由C05、C04、R07、R08和R06決定，C05、C04通常選聚丙烯電容器或聚碳酸酯電容器，R07、R08和R06通常選金屬膜五色環電阻。

IClA、R02和R03組成電壓跟隨器，設計值為2.5 V，精確度由R02和R03決定，最好用金屬膜五色環電阻器。

隔直電容器C03的漏電要小，選用鉭電解電容器為佳。

IClA和IC1B要選用偏置電流小、輸入失調電壓小的運算放大器。考慮到性價比，筆者使用了TLC2264和TLC2262。
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