Herzschlagsensor - Arbeiten & Anwendung

Was meinst du mit Herzschlag?

Der Herzschlag einer Person ist das Geräusch der Klappen im Herzen ihrer Person, die sich zusammenziehen oder ausdehnen, wenn sie Blut von einer Region in eine andere drücken. Die Häufigkeit, mit der das Herz pro Minute schlägt (BPM), ist die Herzschlagfrequenz, und der Herzschlag, der in jeder Arterie in der Nähe der Haut zu spüren ist, ist der Puls.

Zwei Möglichkeiten, einen Herzschlag zu messen

• Manueller Weg : Der Herzschlag kann manuell überprüft werden, indem die Impulse an zwei Stellen überprüft werden - am Handgelenk (dem Radialpresse ) und der Hals ( Karotispresse ). Das Verfahren besteht darin, die beiden Finger (Zeige- und Mittelfinger) am Handgelenk (oder am Hals unterhalb der Luftröhre) zu platzieren, die Anzahl der Impulse 30 Sekunden lang zu zählen und diese Zahl dann mit 2 zu multiplizieren, um die Herzschlagfrequenz zu erhalten. Es sollte jedoch ein minimaler Druck ausgeübt werden und auch die Finger sollten auf und ab bewegt werden, bis der Puls gefühlt wird.

• Sensor verwenden : Der Herzschlag kann basierend auf der Variation der optischen Leistung gemessen werden, wenn Licht während seines Weges durch das Blut gestreut oder absorbiert wird, wenn sich der Herzschlag ändert.

Prinzip des Herzschlagsensors

Der Herzschlagsensor basiert auf dem Prinzip der Photoplethysmographie. Es misst die Änderung des Blutvolumens durch jedes Organ des Körpers, die eine Änderung der Lichtintensität durch dieses Organ (avaskuläre Region) verursacht. Bei Anwendungen, bei denen das Herz Pulsfrequenz ist zu überwachen ist das Timing der Impulse wichtiger. Der Fluss des Blutvolumens wird durch die Rate der Herzimpulse bestimmt, und da Licht vom Blut absorbiert wird, entsprechen die Signalimpulse den Herzschlagimpulsen.

Es gibt zwei Arten der Photoplethysmographie:

Übertragung : Das vom Licht emittierende Gerät emittierte Licht wird wie ein Ohrläppchen durch eine beliebige Gefäßregion des Körpers übertragen und vom Detektor empfangen.

Betrachtung : Das vom Licht emittierende Gerät emittierte Licht wird von den Regionen reflektiert.

Funktionsweise eines Herzschlagsensors

Der grundlegende Herzschlagsensor besteht aus einer Leuchtdiode und einem Detektor wie einem Lichtdetektionswiderstand oder einer Fotodiode. Die Herzschlagimpulse bewirken eine Variation des Blutflusses zu verschiedenen Regionen des Körpers. Wenn Gewebe mit der Lichtquelle beleuchtet wird, d. H. Von der LED emittiertes Licht, reflektiert es entweder (ein Fingergewebe) oder lässt das Licht durch (Ohrläppchen). Ein Teil des Lichts wird vom Blut absorbiert und das durchgelassene oder reflektierte Licht wird vom Lichtdetektor empfangen. Die absorbierte Lichtmenge hängt vom Blutvolumen in diesem Gewebe ab. Der Detektorausgang liegt in Form des elektrischen Signals vor und ist proportional zur Herzschlagfrequenz.

Dieses Signal ist ein Gleichstromsignal, das sich auf das Gewebe und das Blutvolumen bezieht, und die Wechselstromkomponente, die mit dem Herzschlag synchron ist und durch pulsierende Änderungen des arteriellen Blutvolumens verursacht wird, wird dem Gleichstromsignal überlagert. Daher besteht die Hauptanforderung darin, diese Wechselstromkomponente zu isolieren, da sie von größter Bedeutung ist.

Um die Aufgabe des Erhaltens des Wechselstromsignals zu erfüllen, wird der Ausgang vom Detektor zuerst unter Verwendung einer zweistufigen HP-LP-Schaltung gefiltert und dann unter Verwendung einer Komparatorschaltung oder unter Verwendung eines einfachen ADC in digitale Impulse umgewandelt. Die digitalen Impulse werden an einen Mikrocontroller zur Berechnung der Herzschlagfrequenz gegeben, die durch die Formel gegeben ist.

BPM (Schläge pro Minute) = 60 * f

Wobei f die Pulsfrequenz ist

Praktischer Herzschlagsensor

Praktische Beispiele für Herzschlagsensoren sind Herzfrequenzsensor (Produkt Nr. PC-3147). Es besteht aus einer Infrarot-LED und einem LDR, die in eine clipartige Struktur eingebettet sind. Der Clip wird mit dem Detektorteil am Fleisch am Organ (Ohrläppchen oder Finger) befestigt.

Ein anderes Beispiel ist TCRT1000 mit 4 Stiften

Pin1: Zur Versorgung der LED mit Versorgungsspannung

Pin2 und 3 sind geerdet. Pin 4 ist der Ausgang. Pin 1 ist auch der Aktivierungsstift. Wenn Sie ihn nach oben ziehen, leuchtet die LED auf und der Sensor beginnt zu arbeiten. Es ist in ein tragbares Gerät eingebettet, das am Handgelenk und am Ausgang getragen werden kann kann drahtlos gesendet werden (über Bluetooth) an den Computer zur Verarbeitung.

Anwendung Entwicklung Ihres Herzschlagsensorsystems

Ein grundlegendes Herzschlagsensorsystem kann auch unter Verwendung grundlegender Komponenten wie eines LDR, eines Komparator-IC LM358 und eines Mikrocontrollers wie unten angegeben aufgebaut werden

Wie oben in Bezug auf das Prinzip eines Herzschlagsensors beschrieben, wird das Licht übertragen, wenn das Fingergewebe oder das Ohrläppchengewebe unter Verwendung einer Lichtquelle beleuchtet wird, nachdem es moduliert wurde, d. H. Ein Teil wird vom Blut absorbiert und der Rest wird übertragen. Dieses modulierte Licht wird vom Lichtdetektor empfangen.

Hier wird ein lichtabhängiger Widerstand (LDR) als Lichtdetektor verwendet. Es funktioniert nach dem Prinzip, dass sich der Widerstand ändert, wenn Licht auf den Widerstand fällt. Mit zunehmender Lichtintensität nimmt der Widerstand ab. Somit nimmt der Spannungsabfall über dem Widerstand ab.

Hier wird ein Komparator verwendet, der die Ausgangsspannung vom LDR mit der der Schwellenspannung vergleicht. Die Schwellenspannung ist der Spannungsabfall über dem LDR, wenn das Licht mit fester Intensität von der Lichtquelle direkt darauf fällt. Der invertierende Anschluss des Komparators LM358 ist mit der Potentialteileranordnung verbunden, die auf die Schwellenspannung eingestellt ist, und der nichtinvertierende Anschluss ist mit dem LDR verbunden. Wenn menschliches Gewebe mit der Lichtquelle beleuchtet wird, verringert sich die Intensität des Lichts. Wenn diese verringerte Lichtintensität auf den LDR fällt, steigt der Widerstand und infolge des Spannungsabfalls. Wenn der Spannungsabfall über dem LDR oder dem nichtinvertierenden Eingang den des invertierenden Eingangs überschreitet, wird am Ausgang des Komparators ein logisch hohes Signal entwickelt, und falls der Spannungsabfall geringer ist, wird ein logisch niedriger Ausgang entwickelt. Somit ist der Ausgang eine Reihe von Impulsen. Diese Impulse können dem Mikrocontroller zugeführt werden, der die Informationen entsprechend verarbeitet, um die Herzschlagfrequenz zu erhalten, und dies wird auf dem mit dem Mikrocontroller verbundenen Display angezeigt.

Videoerklärung zum Schaltplan des Herzschlagsensors