[发明专利]一种人体脉搏信号提取装置

说明书

一种人体脉搏信号提取装置，包括脉搏感知电路、前置放大电路、带通滤波电路和二级放大电路。该脉搏信号提取装置结构简单，成本低廉，对0.5Hz‑100Hz频段以外的噪声信号起到了很好的抑制作用。

技术领域

本发明属于人体生物电技术领域，尤其涉及一种人体脉搏信号提取装置。

背景技术

随着电子技术与计算机技术的不断发展，将人体脉搏信号转化为电信号进行分析处理，已是生物医学工程领域的发展方向。研究发现，人体的脉搏有效频段为0.5-100Hz，且信号微弱，容易受到外界噪声的干扰。因此，有必要设计一种人体脉搏信号提取装置，以便于后续的采样和分析处理。

发明内容

本发明旨在设计一种人体脉搏信号提取装置，可以有效地摆脱外界噪声对脉搏信号带来的干扰，为人体脉搏信号的研究带来便利。

本发明的技术方案为：一种人体脉搏信号提取装置，主要包括脉搏感知电路、前置放大电路、带通滤波电路和二级放大电路构成；其中脉搏感知电路包括PVDF压电薄膜、运算放大器OP07、电阻R1和电容C1；前置放大电路包括电阻R2、R3和R4，运算放大器OP27；带通滤波电路包括电阻R5至R9，运算放大器OPA1642，电容C2和C3；二级放大电路包括电阻R10至R12，运算放大器LM358N。

PVDF传感器正负极分别与OP07的2、3引脚连接，47pF电容器C1与2KΩ电阻R1并联，其两端分别与OP07的2和6引脚连接，OP07的7引脚和4引脚分别接+12V电源和接地，OP07的6引脚通过1KΩ电阻R2与OP27的2引脚连接，OP27的3引脚通过电阻R3接地，OP27的7引脚和4引脚分别接+12V电源和接地，电阻R4两端分别与OP27的2引脚和6引脚连接，OP27的6引脚经过电阻R5和C3与OPA1642的3引脚相连，同时通过电阻R5和R7与OPA1642的1引脚连接，C2的一端通过电阻R7与OPA1642的1引脚连接，另一端接地，电阻R6一端与OPA1642的3引脚连接，另一端接地，OPA1642的2引脚通过R8接地，OPA1642的1引脚通过R9和R8接地，同时通过R10与LM358N的3引脚连接，OPA1642的8引脚与LM358N的8引脚接+12V电源，OPA1642的4引脚与LM358N的4引脚接地，LM358N的2引脚通过电阻R11接地，LM358N的1引脚通过R12和R11接地，其中R5、R7、R8和R9阻值为1kΩ，R6阻值为2kΩ，R10和R11阻值为100Ω，R12阻值为100kΩ，C1、C2和C3容量分别为10pF、100μF和4.7μF。

本发明的优点在于：该脉搏信号提取装置结构简单，成本低廉，对0.5Hz-100Hz频段以外的噪声信号起到了很好的抑制作用。

附图说明

图1是人体脉搏信号提取装置的结构图。

具体实施方式

PVDF压电薄膜，质轻柔软且对皮肤无刺激，又因其压电常数大且动态响应好，可以无源工作，因此成为脉搏检测的首选。PVDF压电薄膜输出的电信号较弱，易受干扰，因此有必要对其输出的信号进行放大和滤波等操作。首先，本装置采用了脉搏感知电路，该电路由PVDF压电薄膜和电荷放大部分组成。当PVDF压电薄膜感受到脉搏振动后，薄膜上下电极表面之间就会产生一定的电荷电信号，通过后续的电荷放大电路，可将传感器电荷信号有效地转化为电压信号。其次，由于脉搏感知电路信号较弱，因此需要对信号进行前置放大10倍，此处大倍数不宜过大，否则会引起严重失真；再次，由于人体脉搏信号处于0.5Hz-100Hz之间，因此需要对电压信号进行滤波放大处理。滤波放大电路由运算放大OPA1642、LM358N，电阻R5至R12和电容C2、C3组成，其中电阻R5和电容C2构成低通滤波电路，电阻R6和电容C3构成高通滤波电路，令电路中R5=R7=R，R6=2R，C2=C3=C，根据中心频率公式计算出对应电阻和电容值，而后对电路中C3进行调整以达到最佳效果，使带通滤波电路下限截止频率为0.5Hz，上限截止频率为100Hz；电路中电阻R10至R12和运算放大器LM358N构成同相比例放大电路，根据公式计算其放大倍数大约为100倍后，输出Uout信号，以便MCU进行采集和分析处理。