Сензор за сърдечен ритъм - Работа и приложение

Какво разбирате под Heartbeat?

Сърдечният ритъм на човек е звукът на клапите в сърцето му, свиващи се или разширяващи се, когато те принуждават кръвта от един регион в друг. Броят на сърдечните удари в минута (BPM) е пулсът, а пулсът на сърцето, който може да се почувства във всяка артерия, разположена близо до кожата, е пулсът.

Два начина за измерване на сърдечен ритъм

• Ръчен начин : Сърдечният ритъм може да се провери ръчно, като се проверят импулсите на две места - китката ( радиална преса ) и шията ( каротидна преса ). Процедурата е да поставите двата пръста (показалеца и средния пръст) върху китката (или шията под трахеята) и да преброите броя на импулсите в продължение на 30 секунди и след това да умножите това число по 2, за да получите сърдечния ритъм. Въпреки това, натискът трябва да се прилага минимално, а също така пръстите трябва да се движат нагоре и надолу, докато се усети пулсът.

• Използване на сензор : Сърдечният ритъм може да бъде измерен въз основа на вариация на оптичната мощност, тъй като светлината се разсейва или абсорбира по време на пътя си през кръвта, когато сърдечният ритъм се променя.

Принцип на сензор за сърдечен ритъм

Сензорът за сърдечен ритъм се основава на принципа на фотоплетизмографията. Той измерва промяната в обема на кръвта през всеки орган на тялото, което причинява промяна в интензивността на светлината през този орган (аваскуларна област). В случай на приложения, където сърцето пулсът трябва да се следи , времето на импулсите е по-важно. Потокът на обема на кръвта се определя от скоростта на сърдечните импулси и тъй като светлината се абсорбира от кръвта, сигналните импулси са еквивалентни на импулсите на сърдечния ритъм.

Има два вида фотоплетизмография:

Предаване : Светлината, излъчвана от излъчващото устройство, се предава през всяка съдова област на тялото като ушна мида и се приема от детектора.

Отражение : Светлината, излъчвана от излъчващото устройство, се отразява от регионите.

Работа на сензор за сърдечен ритъм

Основният сензор за сърдечен ритъм се състои от светодиод и детектор като резистор за детектиране на светлина или фотодиод. Импулсите на сърдечния ритъм причиняват промяна в притока на кръв към различни области на тялото. Когато тъканта е осветена с източника на светлина, т.е. светлина, излъчвана от светодиода, тя или отразява (тъкан на пръста), или предава светлината (ушната мида). Част от светлината се абсорбира от кръвта, а предаваната или отразената светлина се получава от светлинния детектор. Количеството абсорбирана светлина зависи от обема на кръвта в тази тъкан. Изходът на детектора е под формата на електрически сигнал и е пропорционален на сърдечната честота.

Този сигнал е DC сигнал, свързан с тъканите и обема на кръвта, а AC компонентът, синхронен със сърдечния ритъм и причинен от пулсиращи промени в обема на артериалната кръв, се наслагва върху DC сигнала. По този начин основното изискване е да се изолира този AC компонент, тъй като той е от първостепенно значение.

За да се постигне задачата за получаване на променливотоков сигнал, изходът от детектора първо се филтрира с помощта на двустепенна схема HP-LP и след това се преобразува в цифрови импулси с помощта на схема за сравнение или с помощта на прост ADC. Цифровите импулси се дават на микроконтролер за изчисляване на пулса, даден от формулата-

BPM (удара в минута) = 60 * f

Където f е честотата на импулсите

Практичен сензор за сърдечен ритъм

Практични примери за сензор за сърдечен ритъм са Сензор за сърдечен ритъм (Продукт № PC-3147). Състои се от инфрачервен светодиод и LDR, вградени в конструкция, подобна на клип. Скобата е прикрепена към органа (ушна мида или пръст) с детекторната част върху плътта.

Друг пример е TCRT1000 , с 4 щифта-

Pin1: За подаване на захранващо напрежение към светодиода

Pin2 и 3 са заземени. Пин 4 е изходът. ПИН 1 е също така щифтът за активиране и издърпването му нагоре включва светодиода и сензорът започва да работи. Той е вграден в носимо устройство, което може да се носи на китката и изхода може да се изпраща безжично (чрез Bluetooth) към компютъра за обработка.

Приложение, разработващо вашата сензорна система за сърдечен ритъм

Основна система за сърдечен ритъм може също да бъде изградена с помощта на основни компоненти като LDR, компаратор IC LM358 и микроконтролер, както е дадено по-долу

Както е описано по-горе по отношение на принципа на сензор за сърдечен ритъм, когато тъканта на пръста или тъканта на ушната мида се осветява с помощта на източник на светлина, светлината се предава след модулиране, т.е. част, която се абсорбира от кръвта, а останалата част се предава. Тази модулирана светлина се приема от светлинния детектор.

Тук светлозависим резистор (LDR) се използва като светлинен детектор. Той работи на принципа, че когато светлината падне върху резистора, неговото съпротивление се променя. С увеличаване на интензивността на светлината съпротивлението намалява. По този начин спадът на напрежението в резистора намалява.

Тук се използва компаратор, който сравнява изходното напрежение от LDR с това на праговото напрежение. Праговото напрежение е спадът на напрежението в LDR, когато светлината с фиксирана интензивност от източника на светлина пада директно върху нея. Обръщащият терминал на компаратора LM358 е свързан към разположението на потенциалните разделители, което е настроено на праговото напрежение, а неинвертиращият терминал е свързан към LDR. Когато човешката тъкан се осветява с помощта на източника на светлина, интензивността на светлината намалява. Тъй като тази намалена интензивност на светлината пада върху LDR, съпротивлението се увеличава и в резултат на спада на напрежението се увеличава. Когато спадът на напрежението в LDR или неинвертиращия вход надвиши този на инвертиращия вход, се развива логически висок сигнал на изхода на компаратора и в случай, че спадът на напрежението е по-малък, се развива логически нисък изход. По този начин изходът е поредица от импулси. Тези импулси могат да се подават към микроконтролера, който съответно обработва информацията, за да получи сърдечния ритъм и това се показва на дисплея, свързан с микроконтролера.

Видео обяснение на схемата на сензора за сърдечен ритъм