基于半导体压阻传感器的脉搏信号采集系统

　　从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据,历来都受到中外医学界的重视。几乎世界上所有的民族都用过“摸脉”作为诊断疾病的手段。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息,在很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征。这些脉搏波的特征可通过人体的表动脉如颈动脉、肱动脉和桡动脉等处很容易检测出。其中,桡动脉由于靠近体表外周血管,信息尤为丰富,检测也最为方便。用手指在手腕的皮肤上即可感知脉搏的搏动,因而手腕是获取脉搏波的最佳检测部位。通过对脉搏波所提取的血流信息进行分析,就有可能预测出心血管疾病发生的可能性,及时采取措施可有效地减少危险因素,使症状得到缓解和改善[1]。

　　本装置使用单片机作为核心器件,一方面是因为人体脉搏信号的频率不高,主要集中在1Hz左右,用单片机来做处理器可以满足装置对速度的要求;另一方面,实验所选用的这款单片机稳定性和功耗性能等方面也都比较好,由它所搭建的硬件系统能够满足应用的要求。

　　1　基于半导体压阻传感器的脉搏信号采集系统设计

　　基于半导体压阻传感器的脉搏信号采集系统结构如下:

　　采集脉象数据时,先将半导体压阻传感器放置到受测者的桡动脉处,在单片机的控制下,脉搏传感探头将采集到的连续模拟信号传给A/D转换模块,A/D转换模块再将收集到的数据转换成数字信号送入单片机并存储在缓冲区内;终端设备通过串口与转换模块通讯,并将一个时段内采集到的数据存储在存储器内,这就完成了一个脉象数据采集的过程。其中数据采集和模数转换是在16位的凌阳单片机SPACE61A开发板内进行的,该板具有简单的数字信号处理功能,非常适第一作者简介:苏日娜,女, 1983年1月生,东北林业大学机电工程学院,在读硕士研究生。

　　合频率较低的脉搏信号的采集处理。该单片机可对脉搏信号进行预处理,并通过其串口实现与终端采集存储系统的通信。脉搏数据采集系统如图1所示。

　　2　半导体压阻式脉搏传感器电路及滤波电路

　　2. 1　传感器的选择

　　半导体压阻传感器也称为固态压阻式传感器,它采用半导体材料,利用半导体材料的压阻效应,所以常称之为半导体应变式传感器。半导体材料在机械应力的作用下,材料本身的电阻率发生变化,这种现象叫做压阻效应[2]。压阻效应与金属电阻的应变效应有根本的区别,其机理是晶体在应力作用下,晶格间的载流子(空穴、电子)的相互作用发生了变化,原子结构中的导带和价带之间的禁带宽度发生了变化。这就影响了导带中载流子数目,同时又使载流子的迁移率发生变化,因此晶体的电阻率发生变化。半导体应变片的应变灵敏系数要比金属应变片大几十倍至100多倍。半导体应变式传感器的高灵敏特性使得它在生物医学测量和仪器中得到广泛应用。