В настоящее время широкое распространение получили пульсометры, приборы, измеряющие частоту сердечных сокращений. Эти устройства позволяют в режиме реального времени отслеживать состояние организма тренирующегося человека и контролировать нагрузки.
Современные пульсометры различаются по способу передачи данных: на проводные и беспроводные. В проводных пульсометрах передача осуществляется через провод, но он не является удобным и практичным, однако при этом, аппарат устойчиво работает при высокой степени радиопомех. В последнее время большую известность среди пользователей получает беспроводной пульсометр. Данные от датчика передаются по радиоканалу как в аналоговом так и цифровом виде. Недостатком является необходимость смены элементов питания, а также нарушение передачи данных в условиях сильных радиопомех [1].
Цель настоящей работы построить пульсометр на базе пьезолектрического датчика давления. Применение пьезолектрического датчика давления обеспечивает значительное уменьшение габаритов устройства и энергопотребления, повышает надежность изделия [2].
Рассмотрим компоновочную схему устройства, предназначенный для регистрации давления пульсовой волны. На рис.1 представлена компоновочная схема.
Рис.1. Компоновочная схема пульсометра
Пульсометр содержит корпус-5, пьезоэлемент-3, индикатор-2, интерфейс -4 и -1. Пьезоэлемент выполнен в виде радиально поляризованного цилиндра и жестко соединен с корпусом клеевой прослойкой, толщиной не более 20 мкм. Клеевый шов обеспечивает непрерывность смещений между корпусом и пьезоэлементом.
Внешнее давление действует на торец и боковые поверхности корпуса, деформация которого передается на пьезоэлемент, генерирующий заряд, пропорциональный давлению. Информационный сигнал через кабель поступает в систему обработки.
Принцип действия пульсометра заключается в передаче электронных сигналов работы сердца, которые возникают благодаря его сокращениям или ударам, от датчика к принимающему устройству, который и обрабатывает их. В результате на дисплее появляется значение частоты сердечных сокращений.
Данная функциональная схема демонстрирует измерения частоты сердечных сокращений по пульсации крови в артерии.
ОУ1 Фильтр ОУ2
Датчик давления
МК
Индикатор
Рис.2. Функциональная схема цифрового пульсометра
Рис.3. Принципиальная схема цифрового пульсометра
Схема нормализации сигнала состоит из идентичных активных фильтров нижних частот с частотой среза около 2,5Гц. Это означает, что максимальное измеряемое значение пульса составляет 150 ударов в минуту. Операционный усилитель, используемый в схеме – сдвоенный операционный усилитель, работающий от однополярного источника напряжения. Выходной сигнал имеет рахмах равный напряжению питания. Фильтрация сигнала необходима для блокирования высокочастотного шума. Микроконтроллер работает на тактовой частоте 4 МГц, в качестве источника тактовой частоты применен кварцевый резонатор. Микроконтроллер активизирует передачу импульсов. Величина пульса по окончанию измерения отображается на индикаторе [3].
В заключении следует отметить, что применение в пульсометре пьезоэлектрического датчика давления, позволит повысить надежность биометрического прибора. Принципиальная схема (рис.3), созданная для пульсометра в дальнейшем будет объектом моделирования с применением программы Proteus.
ЛИТЕРАТУРА
- Дикунов А. Строительство датчика пульса. Биологическая обратная связь. – М.: Медицинские приборы, 2002.
- Богуш М.В. Гориш А.В. Исследование технических характеристик пьезоэлектрических датчиков методом конечных элементов. – Информационно-измерительная техника, экология и мониторинг: науч. тр.- Вып.6 – (2003). – М.: РКА, МГУЛ, 2003. – 242c.
- Яценков В.С Микроконтроллеры MICROCHIP. Практическое руководство. – М.: Горячая линия -Телеком, 2002. – 296с.
- Грабовски Б. Краткий справочник по электронике. – М.: ДМК Пресс, 2004. – 416с.
- Котюк А.Ф. Датчики в современных измерениях. – М., 2007. - 96с.