ИДЗ1

Цель работы: получение навыков по анализу принципиальных схем медицинских приборов, а также умение разделения схемы на функциональные блоки.

Ход работы:

Для работы была выбрана схема пульсоксиметра для носимых мониторов. Непрерывный мониторинг сердечной деятельности позволяет измерять вариабельность сердечного ритма – одного из основных показателей здоровья сердца и других заболеваний.

Существует новая конструкция пульсоксиметра, отличающаяся простотой и функциональностью. Устройство может использоваться в качестве автономного прибора, способного контролировать частоту сердечных сокращений и сатурацию.

Главными элементами изображенной на принципиальной схеме являются ультраяркий красный светодиод KA-3528SURC, инфракрасный светодиод VSMB3940X01-GS08 и фотодиод VBP104SR, имеющий одинаковую чувствительность к излучению обеих длин волн.

2

На рисунке 1 представлена принципиальная схема данного прибора.

Рисунок 1– Принципиальная схема пульсоксиметра для носимых мониторов

1) Трансимпедансный усилитель

Рисунок 2– Схема трансимпедансного усилителя

IC1 служит трансимпедансным усилителем, преобразующий генерируемый фотодиодом ток в напряжение. Этот каскад отличается очень большим усилением, что позволяет снимать датчиком показания практически с любой части тела.

3

2) Инвертирующий усилитель

Рисунок 3–Схема инвертирующего усилителя

=30

3)ФНЧ и ФВЧ

Всхему включены один фильтр верхних частот (ФВЧ) и два фильтра нижних частот (ФНЧ), предназначенные для фильтрации нежелательных артефактов, обусловленных внешней засветкой или мерцаниями сигнала. ФВЧ

ипервый ФНЧ настроены на частоты 0.86 Гц и 159 кГц, соответственно.

Оставшиеся выводы фильтров подключены не к «земле», а к опорному

напряжению 1В, чтобы уменьшить смещение измеряемого сигнала для дальнейшей обработки. Источник опорного напряжения состоит из микросхемы LM4040 и делителя напряжения R15, R16. После микросхемы IC2

сигнал проходит через второй ФНЧ с частотой среза 5.9 Гц, фильтрующий оставшиеся помехи.

1.ФВЧ:

2.ФНЧ 1:

4

3.

ФНЧ 2:

4) Пиковый детектор

Рисунок 4– Усилительный каскад с пиковым детектором

Элементы IC3, D1 и C6 служат для детектирования и временного запоминания уровня максимального напряжения сигнала. Резисторы R7 и R10

предназначены для разряда конденсатора C6. Эта цепь необходима для формирования опорного напряжения, позволяющего обнаруживать даже слабые импульсы, обусловленные случайными изменениями положения датчика на теле.

5) Компаратор

Рисунок 5– Схема компаратора

Инвертирующий вход компаратора IC4 соединен с выходом пикового детектора, изменяющего входной сигнал.

5

Рисунок 6 – Сигнал в точке OUT(IC3)

Рисунок 7 – Временные диаграммы напряжений в точках COMP и Pulse(IC4)

6

6)

Для определения пульса, который может быть реализован с помощью микроконтроллера или АЦП. Микроконтроллер необходим для управления светодиодами, измерения сигнала и пересчета результатов измерений в концентрацию кислорода. Вычислить содержание кислорода в крови можно даже при использовании полосового фильтра. Для этого включается красный светодиод, и сигнал измеряется с помощью АЦП. После двух-трех импульсов точно на такое же время, как и красный, включается инфракрасный светодиод. Микроконтроллер использует соотношение:

где

VR – пиковое значение измеренного сигнала красного светодиода,

VIR – пиковое значение измеренного сигнала инфракрасного светодиода, S – уровень оксигенации в калибровочной таблице.

7