阻抗法檢測(cè)呼吸頻率電路結(jié)題報(bào)告

二、三、四、學(xué)生研究計(jì)劃(SRP)項(xiàng)目前言 項(xiàng)目總體設(shè)計(jì) 信號(hào)采集 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 高頻激勵(lì)電路高頻放大電路檢波解調(diào)電路濾波放大電路.測(cè)試結(jié)果 小結(jié) 參考文獻(xiàn)結(jié)題報(bào)告目錄錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。 4錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。 5 6 7 8 8 8阻抗法檢測(cè)呼吸頻率電路研究報(bào)告摘要:本文設(shè)計(jì)了用阻抗法檢測(cè)呼吸信號(hào)的硬件電路，該方法簡(jiǎn)單、安全、無(wú)創(chuàng)，測(cè)出的呼吸波形完全能滿足臨床呼吸監(jiān)護(hù)的需要，具有廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：呼吸頻率阻抗法一、前言呼吸是人體重要的生理過(guò)程，對(duì)人體呼吸的監(jiān)護(hù)檢測(cè)是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)監(jiān)護(hù)技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。隨著社會(huì)進(jìn)步和人民生活水平的不斷提高，人們已經(jīng)不再滿足有病才看醫(yī)生的被動(dòng)模式，他們更希望隨時(shí)了解自身的健康狀況。這樣，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)監(jiān)護(hù)人體生理指標(biāo)的便攜式監(jiān)護(hù)設(shè)備就成為未來(lái)家庭健康保健的首選，也是臨床診斷和治療所必不可少的。呼吸頻率是呼吸呼吸行為一項(xiàng)重要的參數(shù)，通過(guò)對(duì)呼吸率的研究分析，可以獲得許多隱藏在其背后的內(nèi)在的生理信息，并且對(duì)它的檢測(cè)也較易實(shí)現(xiàn)，所以現(xiàn)有的呼吸監(jiān)護(hù)設(shè)備主要檢測(cè)的就是呼吸頻率。呼吸信號(hào)頻率的檢測(cè)有多種方法，然而以往的一些檢測(cè)方法大都存在著不同程度的不便和干擾，這里介紹一種簡(jiǎn)單、安全、無(wú)創(chuàng)的檢測(cè)呼吸頻率的方法——阻抗法。阻抗法是利用人體某部人體呼吸運(yùn)動(dòng)時(shí)，胸壁肌肉交變張弛，胸廓交替變形，機(jī)體組織的電阻抗也隨之交替變化，變化量為0.1-3歐姆，稱為呼吸阻抗（肺阻抗）。呼吸阻抗與肺容量存在一定的關(guān)系，肺阻抗隨肺容量的增大而增大。阻抗式呼吸測(cè)量就是根據(jù)肺阻抗的變化而設(shè)計(jì)的。由于該方法簡(jiǎn)單、安全、無(wú)創(chuàng)且不會(huì)對(duì)病人產(chǎn)生任何副作用，故近來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。本文設(shè)計(jì)了用阻抗法檢測(cè)呼吸信號(hào)的硬件電路。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，測(cè)出的呼吸波形完全能滿足臨床呼吸監(jiān)護(hù)的需要。二、項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了用阻抗法檢測(cè)呼吸信號(hào)的硬件電路。數(shù)據(jù)采集模塊采用二電極法提取呼吸波信號(hào)，在信號(hào)處理模塊通過(guò)整流，濾波，放大，基本上排除了心動(dòng)和血流的干擾，在示波器上得到令人滿意的波形。圖1呼吸信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)圖信號(hào)采集在使用阻抗法測(cè)量過(guò)程中，采用相對(duì)較為方便的二電極法，電極一置于試驗(yàn)者右側(cè)胸部，電極二置于試驗(yàn)者左側(cè)腹部。試驗(yàn)者平靜呼吸時(shí)胸腔阻抗會(huì)發(fā)生變化，采集信號(hào)后，通過(guò)對(duì)信號(hào)整流，濾波，放大，使得電極皮膚運(yùn)動(dòng)以及心動(dòng)血流等低頻信號(hào)的干擾大大降低。經(jīng)實(shí)測(cè)證明，基本上可以滿足臨床呼吸監(jiān)護(hù)的需要。由于該方法簡(jiǎn)單，安全，無(wú)創(chuàng)，且不會(huì)對(duì)病人產(chǎn)生任何副作用，故近年來(lái)得到廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。hCapIQOpFhCapIQOpF圖2電極在電路中的位置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路由高頻激勵(lì)電路，高頻放大電路，檢波解調(diào)電路，濾波放大電路及輸出電路組成。圖3圖3阻抗法檢測(cè)呼吸頻率電路圖高頻激勵(lì)電路此ST VCCTHRCVOLTDISCTRI燈GNDQUTLM555J在嚴(yán)PH圖4高頻激勵(lì)電路電路由555定時(shí)器接成的多諧振蕩器和一個(gè)D觸發(fā)器組成。555定時(shí)器發(fā)出的脈沖頻率由R1,Cl;R2,C2組成的串并聯(lián)回路決定。D1,D2的作用是為了克服交越失真。由于人體在低頻電流刺激下電極與皮膚會(huì)產(chǎn)生極化作用，且會(huì)引起肌肉收縮;而頻率太高又容易使人體組織產(chǎn)生明顯的熱效應(yīng)，綜合兩方面的原因，設(shè)計(jì)激勵(lì)恒流的頻率是125kHz，555定時(shí)器產(chǎn)生的高頻方波脈沖經(jīng)過(guò)D觸發(fā)器的分頻變?yōu)閮蓚€(gè)反相的62.5kHz脈沖，所以接到人體身上的刺激脈沖為62.5kHz。輸出信號(hào)經(jīng)R3,R4（33k恒流電阻）送往激勵(lì)電極。這是因?yàn)樵诟哳l情況下人體的容抗很小，胸電阻一般也只有幾十歐姆，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于恒流電阻，電路結(jié)構(gòu)可大大簡(jiǎn)化。高頻放大電路從測(cè)量電極提出的是一個(gè)被呼吸信號(hào)調(diào)制的高頻調(diào)幅信號(hào)，由于幅度很小，首先要進(jìn)行放大。放大電路是由AD620專用放大器接成，放大倍數(shù)為11.5倍。圖5高頻放大電路AD620是一種只用一個(gè)外部電阻就能設(shè)置放大倍數(shù)為1-1000的低功耗、高精度儀表放大器。外形如圖所示，盡管AD620由傳統(tǒng)的三運(yùn)算放大器發(fā)展而成，但一些主要性能卻優(yōu)于三運(yùn)算放大器構(gòu)成的儀表放大器，如電源范圍寬（±2.3

一±18V）,設(shè)計(jì)體積小，功耗非常低（最大供電電流僅1.3mA）,因而適用于低電壓、低功耗的應(yīng)用場(chǎng)合。圖6AD620管腳圖圖7AD620內(nèi)部結(jié)構(gòu)AD620內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖7,為保護(hù)增益控制的高精度，輸入端的三極管提供簡(jiǎn)單的差分雙極輸入，通過(guò)輸入級(jí)內(nèi)部T1-A1-R1和T2-A2-R2環(huán)路的反饋，保持鼠兔三極管的集電極電流恒定，所以輸入電壓相當(dāng)與加到外部增益控制電阻R兩端上。AD620的兩個(gè)內(nèi)部增益電阻R1，R2被精確確定為24.7K，因而增益方程式為G=49.4k/R+1。管腳1、8跨接R5電阻來(lái)調(diào)整放大倍率，4、7需提供正負(fù)相等的工作電壓，2、3接輸入的放大電壓，管腳5接地，從管腳6輸出放大后的電壓。AD620的放大增益關(guān)系式為G=49.4k/R+1，當(dāng)R為4.7K時(shí)，計(jì)算得G等于11.5，即放大倍數(shù)為11.5倍。檢波解調(diào)電路全波整流及濾波電路對(duì)高頻調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，用于檢出阻抗變化的信號(hào)。圖8檢波解調(diào)電路濾波放大電路圖9濾波放大電路電路由一個(gè)二階低通濾波器和兩個(gè)高通濾波器構(gòu)成，并帶有一定程度的放大作用。經(jīng)過(guò)整流后的信號(hào)通過(guò)截止頻率為lOHz的低通濾波器，濾除高頻雜波和疊加在呼吸波上的心動(dòng)、血流等低頻信號(hào)的干擾；然后通過(guò)兩個(gè)截止頻率為0.05Hz的高通濾波器，濾除直流分量的干擾。由于呼吸頻率一般為0.3Hz左右，而心搏頻率一般為1.2Hz左右，故這樣的設(shè)計(jì)濾波效果良好。同時(shí)，該級(jí)電路還對(duì)信號(hào)做一定的放大作用，這樣就已經(jīng)可以直接輸出呼吸信號(hào)波形。電路的主要技術(shù)指標(biāo)：激勵(lì)頻率：125kHz恒流電流：1mA輸入阻抗:>100M響應(yīng)頻帶：0.05-10Hz輸出峰峰值:2V三、測(cè)試結(jié)果圖10呼吸波形本電路已經(jīng)成功得到穩(wěn)定的波形，經(jīng)實(shí)測(cè)證明能較好地檢測(cè)出人體的呼吸信號(hào)。實(shí)驗(yàn)中讓測(cè)試者屏住呼吸以后可看到心動(dòng)、血流等信號(hào)的干擾雖未完全濾除，但相對(duì)于檢測(cè)出的呼吸信號(hào)來(lái)說(shuō)，幅度已相當(dāng)小，不會(huì)引起誤判。該電路在信號(hào)的抗干擾性和可靠性方面具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣泛。四、小結(jié)實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)電路實(shí)際效果不可能跟理論設(shè)想的完全一樣，需要我們耐心地每一塊電路檢查，從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，思考解決問(wèn)題的方法。在不斷的試驗(yàn)中，我們對(duì)電路進(jìn)行了很大的修改，直到最后出現(xiàn)滿意的波形。同時(shí)我們進(jìn)行無(wú)數(shù)次的檢測(cè)以確保波形的穩(wěn)定，把電路做出來(lái)只是一小步，要做成投入市場(chǎng)的產(chǎn)品還遠(yuǎn)不止這些工作，但我們?cè)趨⒓舆@個(gè)項(xiàng)目同時(shí)已經(jīng)慢慢掌握發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力，提高了自己的動(dòng)手能力，也逐漸會(huì)運(yùn)用書本