红外血流仪红外发射强度自锁定系统的设计与分析

    前言

    心血管疾病的发病率和死亡率在我国已明显升高。卫生部统计资料表明，’城市居民心血管病死亡占总死亡的百分比，已上升到第一至第二位，心血管疾病已成为威 胁人类的大敌。随着血管疾病的增多，血管的测试已越来越引起人们的重视。目前，在诊断血管疾病中应用最广泛的是多普勒血流仪，其原理主要是通过对血管血流 速度波形的测试，达到诊断血管疾病的目的。血流仪主要有超声和红外两种工作方式。在红外测试中，由于不同病人对红外信号的反射强弱程度不同，所形成的输出 波形的幅度便不同，这给记录和诊断造成很大的困难。为了便于记录、观察和诊断，需实现使不同病人的输出波形的幅度趋于一致。本文所阐述的就是实现上述功能 的一个具体的电路网络。

    1问题的提出

    由于患者和健康人血红细胞浓度不同，当借助红外辐射进行诊断时，红细胞越多，吸收的红外光越多，反射回来的红外光就越少;反之，红细胞越少，吸收的红外光 就越少，经反射接收的红外光就越多，因此使得两者的输出波形的幅度不同，给计录和诊断带来很大的困难。为了便于观察和诊断，最好使两者波形的幅度趋于一 致。本文介绍一种方法，运用自动增益放大器，使上述问题迎刃而解。

    2红外血流仪系统

    红外血流仪由红外发射器、红外接收器、红外发射激励系统、锯齿波电压发生器、锁定器、光电转换器、放大器、有源低通滤波、可编程低通滤波、记录仪等组成。见图1。

    3红外发射强度锁定系统

    本系统由红外发射器、红外接收器、放大器、锁定控制系统、锯齿波发生器、红外发射控制系统等组成。见图2。

    下面介绍红外血流仪发射强度自动锁定的技术问题。由于不同的人对于相同的红外光输人，其输出的波形幅度不同，这样就给记录和诊断造成很大的不便。为解决上述问题，实现不同的人锁定不同的红外发射强度，从而使输出波形幅度都趋于一致，下面介绍一种方法。

    首先由锯齿波发生器的控制电路控制其工作，使其产生一5V~十8V锯齿波，波形如图3a所示。用锯齿波的输出电压经过红外发射控制器控制红外发射器的发射 强度。锯齿波发生器输出的电压越大，控制其红外发射的强度越小。反之亦然。红外发射器发射红外辐射的强度随锯齿波发生器输出的电压变化波形曲线如图3b所 示。

    红外发射器发射的红外辐射穿过病人的皮肤，然后由红外接收器接收反射回来的光强。由于红细胞能吸收一部分光信号，故红细胞数量越多，接收器接收到的红外光 的强度就越小。反之，则接收器所接收到的光强越大。在没有红细胞的情况下，接收的光强就完全反映发射的光强，如图3c的曲线1所示。红细胞的浓度越高，接 收光强的曲线斜率就越小，如图3c的曲线2和3所示。由于健康人血红细胞的浓度及运动速度均大于患者，所以每一时刻所接收的光强都小于患血管病的人，且随 红外发射光强的减小而减小。当红外辐射的发射强度为零时，2, 3和1相交于t₀点。从图中可以看出，对不同的人，即使红外发射强度相同，接收到的红外强度都是不相等的，这就使输出的幅度不相等，给记录和诊断带来了很大的困难。但是，我们可以控制，使接收光强小于某一定值I₀时，过零比较器就翻转，控制锁定电路使锯齿波发生器电压锁定，这样，锯齿波发生器输出的电压就为恒值，从而控制红外发射器发射的红外光强度不变。不论人的身体状况怎样，只要红外接收光强达到强度I₀时， 锁定电路便控制锯齿波发生器锁定电压，输出的电压为一恒值，从而控制其红外发射的强度保持不变。这就可以看出，不同的人，锁定的电压及时间都是不一样的。 身体健康的人，锯齿波电压锁定的时间较快，锁定的电压低，红外发射的强度大;患血管病的人，锯齿波电压锁定的时间长，锁定的电压高，红外发射的强度小。但 是他们红外接收的强度是一样的，即为I₀。这样，经放大器输出的电压幅度就都是一样的，这就克服了不同的人输出电压幅度不同的缺点，给记录和分析带来很大的方便，解决了不同的人输出波形幅度不同的缺点。