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《脈搏信號(hào)相干檢測(cè)方法的實(shí)驗(yàn)研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、脈搏信號(hào)相干檢測(cè)方法的實(shí)驗(yàn)研究肖婷婷，高福斌，田小建（吉林大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130012）摘要：脈搏信號(hào)是評(píng)估人體健康狀況的一個(gè)重要因素。由于脈搏信號(hào)頻率低、幅值小，常常被淹沒(méi)在噪聲內(nèi)，為了提取脈搏信號(hào)，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行去噪處理，因此采用相干檢測(cè)實(shí)現(xiàn)去除噪聲，通過(guò)對(duì)采集到的脈搏信號(hào)進(jìn)行處理，得到了良好的輸出波形。針對(duì)脈搏信號(hào)的特點(diǎn)，給出了實(shí)際可行的電路和測(cè)試方法。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，該系統(tǒng)具有良好的測(cè)量穩(wěn)定性。.jyqkV的范圍內(nèi)，脈搏信號(hào)是接近周期性的微弱信號(hào)，且屬于低頻信號(hào)，頻率一般在30Hz以?xún)?nèi)，由于脈搏信號(hào)的幅度小、頻率低，
2、在脈搏信號(hào)的數(shù)據(jù)采集時(shí)一般容易引進(jìn)極大的噪聲干擾，因而信噪比低，這為脈搏的測(cè)量與分析帶來(lái)了一定的難度。在手指末端含有較高的動(dòng)脈成分，且厚度較薄，當(dāng)動(dòng)脈搏動(dòng)時(shí)，指端的微血管床會(huì)產(chǎn)生血管容積的改變，當(dāng)受到一定波長(zhǎng)的光照射時(shí)，血管對(duì)光的吸收量將不同，在非血液組織中，光的吸收量是一定的，透過(guò)指端的光強(qiáng)隨著動(dòng)脈的搏動(dòng)將發(fā)生變化，利用光敏元件將光強(qiáng)的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)從而測(cè)出脈搏信號(hào)。1.2相干檢測(cè)基本原理由于確定信號(hào)之間具有較強(qiáng)的相干性，而由于噪聲的隨機(jī)性較強(qiáng)，信號(hào)與噪聲之間是不相干的，通過(guò)這種差異，可以將淹沒(méi)在噪聲下的信號(hào)提取出來(lái)。設(shè)被測(cè)信號(hào)為s（t
3、），n（t）為隨機(jī)噪聲，則輸入信號(hào)x（t）=s（t）+n（t），其中s（t）為：2脈搏信號(hào)相干檢測(cè)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖2為脈搏信號(hào)相干檢測(cè)的系統(tǒng)框圖，主要由信號(hào)采集、信號(hào)通道、參考通道以及相干檢測(cè)4部分組成。（1）信號(hào)采集。脈搏信號(hào)為人體生理信號(hào)，因此需要將脈搏信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，本文選取光電式傳感器采集脈搏信號(hào)。（2）信號(hào)通道。信號(hào)通道主要由放大電路和低通濾波器構(gòu)成。脈搏信號(hào)具有較低的頻率，其頻率在1~30Hz范圍內(nèi)。系統(tǒng)易受到工頻噪聲的干擾，由于脈搏信號(hào)的頻率小于工頻噪聲50Hz，因此本文采用二階低通濾波器來(lái)去除噪聲。（3）相干檢測(cè)。相干檢測(cè)是微
4、小信號(hào)檢測(cè)的核心部分，對(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)起著決定性的作用。本文的相干檢測(cè)由乘法器和低通濾波組成。乘法器采用ANALOGDEVICES公司的AD633，它是一款功能完整的四象限模擬乘法器，包括高阻抗差分X和Y輸入，高阻抗求和輸入Z，單端輸出Hz帶寬和20V/μs壓擺率，并且能驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載。外圍器件較少，應(yīng)用簡(jiǎn)單方便。相干檢測(cè)對(duì)信噪比的改善主要由低通濾波器實(shí)現(xiàn)，用低通濾波器實(shí)現(xiàn)窄帶化過(guò)程，低通濾波器在截至頻率很低的情況下其頻率特性仍能保持穩(wěn)定，低通濾波器只允許頻率在參考信號(hào)附近的噪聲信號(hào)通過(guò)，隨著濾波器的截至頻率越小，系統(tǒng)的通帶頻率越窄，抑制噪聲的
5、能力就越強(qiáng)。3傳感器的選擇隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，不同種類(lèi)，性能各異的傳感器也出現(xiàn)在各種脈搏測(cè)量?jī)x器中，目前常見(jiàn)的脈搏傳感器有：壓電式傳感器、電阻式傳感器、壓磁式傳感器和光電式傳感器等。各種傳感器優(yōu)缺點(diǎn)如下：（1）壓電式傳感器：將動(dòng)脈出的壓力變化的轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，在測(cè)量脈搏方面主要運(yùn)用PVDF壓電薄膜傳感器。壓電傳感器具有較寬的動(dòng)態(tài)范圍、高精度和良好的靈敏度，然而電路復(fù)雜且成本較高。（2）電阻式傳感器：通過(guò)待測(cè)信號(hào)的變化引起電阻阻值的改變。電阻式傳感器具有較強(qiáng)的過(guò)載承受能力，穩(wěn)定性好，且應(yīng)用廣泛，但分辨率不高，且受環(huán)境的影響較大。（3）壓磁式傳感
6、器（磁彈性傳感器）：傳感器將作用力的變化轉(zhuǎn)化為傳感器導(dǎo)磁率的變化，導(dǎo)致輸出的信號(hào)也隨之改變，這種傳感器具有較強(qiáng)的抗干擾能力，輸出功率大，為有源傳感器，但電路復(fù)雜。（4）光電式傳感器：利用光電效應(yīng)將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，光電式傳感器應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作靈活，但對(duì)環(huán)境要求較高。綜上所述，本文采用光電式傳感器獲取脈搏信號(hào)，根據(jù)朗伯?比爾定律，當(dāng)入射光為單色光時(shí)即光波長(zhǎng)一定時(shí)，物質(zhì)的吸光度A與吸光物質(zhì)的濃度c和吸收物質(zhì)的厚度l成正比：式中K為吸收系數(shù)。在手指末端含有較高的動(dòng)脈成分，且厚度較薄，當(dāng)動(dòng)脈搏動(dòng)時(shí)
7、，指端的微血管床會(huì)產(chǎn)生血管容積的改變，當(dāng)受到一定波長(zhǎng)的光照射時(shí)，血管對(duì)光的吸收量將不同，在非血液組織中，光的吸收量是一定的，透過(guò)指端的光強(qiáng)隨著動(dòng)脈的搏動(dòng)將發(fā)生變化，利用光敏元件將光強(qiáng)的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)從而測(cè)出脈搏信號(hào)。光電傳感器主要由光敏元件組成，光敏元件的性能直接決定了脈搏信號(hào)獲取的好壞。光電傳感器主要有光電二極管、光電三極管、光敏電阻CdS、光電池及光電耦合器等。光敏電阻體積小、價(jià)格低廉、具有較寬的光譜響應(yīng)范圍、輸出電流大、靈敏度高且無(wú)極性之分，使用方便。但頻率特性差，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。光電池不用外加偏置電壓，可靠性高、成本低、受光面積大、有
8、較高的靈敏度結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但抗干擾能力差。光電二極管、光電三極管受光面積小，具有非常好的頻率特性且靈敏度高，工作電壓低，但受溫度影響大。通過(guò)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比與分析，本實(shí)驗(yàn)采用光電傳感器OP
