電子血壓計原理詳解

隨著科技的進步，電子元件小型化、微型化、智能化，帶來許多醫(yī)療臨床分析儀器的POCT（Point of Care Testing，又稱“即時檢驗”或“床邊檢驗”）流行趨勢，更多地走入家庭，為人們健康保健發(fā)揮了積極地作用。

先寫一個血壓計的原理：

這個是幾代電子血壓計的原理

兩個不同測量位置

以前的水銀和現(xiàn)在的電子的對比

血壓計的一個范圍

對于5mmhg-60mmhg的壓力范圍,可以考慮以下幾種傳感器:

1. 差分壓力傳感器:可以測量5-60mmhg的較小壓力范圍,測量精度可以達到0.1%。例如Honeywell ASDX系列差分壓傳感器。

2. 矢量壓力傳感器:也可以用于測量5-60mmhg壓力,并且可以同時測量多個壓力值,精度在0.5%左右。例如Honeywell APSD系列矢量壓傳感器。

3. 電容式壓力傳感器:使用壓敏電容膜作為壓力敏感元件,用于測量較小的壓力變化,精度可以達到0.2%。測量范圍可以達到0-100mmhg。例如Honeywell CPCL系列電容壓傳感器。

4. 度標壓力計:一種比較簡單經(jīng)濟的測壓設備,使用彈簧管+指針的結(jié)構(gòu)。測量精度比較低,在1-2%之間,但價格很低廉。可以選擇5-60mmhg的量程。5. 排版?zhèn)鞲衅?使用多孔陶瓷材料會改變電阻來測量壓力變化。體積小,價格低,但測量精度一般在1%左右?？梢赃x擇5-100mmhg的量程。

一般是力和壓力之間是要互相轉(zhuǎn)換的：

mmHg是壓力的一個單位,代表“毫米汞柱”。它表示1毫米高的汞柱產(chǎn)生的壓力。

1mmHg = 1毫米汞柱 = 0.0193 psi = 0.013597 kPa那么,5-60mmhg的壓力范圍對應的值為:

5mmHg = 0.05psi = 0.067935 kPa

60mmHg = 0.6psi = 0.813784 kPa

壓力也可以用g(簡記為g)來表示,1g = 9.80665 m/s^2的加速度產(chǎn)生的力。1 psi ≈ 70.3068 g所以,5-60mmhg的壓力范圍對應的g值為:

5mmHg = 0.05 * 70.3068 = 3.515 g

60mmHg = 0.6 * 70.3068 = 42.184 g

總結(jié)如下:-

5mmHg = 0.05psi = 0.067935 kPa = 3.515 g

60mmHg = 0.6psi = 0.813784 kPa = 42.184 g

目前電子血壓計大多采用示波法測量，這個產(chǎn)品應該也不例外。測量的時候，首先氣泵（黃色）對袖套加壓，通過充氣袖套來阻斷上臂動脈血流，由于心搏的血液動力學作用，在充氣袖套壓力上會重疊與心搏同步的壓力波動，即脈搏波，實際測量的時候你會感覺到很明顯的脈搏跳動。當袖套壓力遠高于收縮壓時，脈搏波消失；隨著袖套壓力下降，脈搏波開始出現(xiàn)；當袖套壓力從高于收縮壓到收縮壓以下時，脈搏波會突然增大；當壓力下降到平均壓時脈搏波達到最大值，然后又隨著袖套壓力下降而衰減。示波法血壓測量就是根據(jù)脈搏波振幅與袖套壓力之間的關系來估算血壓的，與脈搏波振幅最大值對應的是平均壓。收縮壓和舒張壓分別由脈搏波最大振幅的比例來確定。壓力達到設定值后（90mmHg）充氣泵停止加壓，電磁閥（紅色）開始工作，開始線性放氣過程。

這個是一個100+的血壓計的系統(tǒng)框圖

瑞薩的四路運算放大器，型號 HA17324ARP用于放大傳感器的信號。

有一顆圓柱形32.768Khz晶振，這個產(chǎn)品沒有機械開關，所以這個低速晶振是用來待機降低功耗的，干電池產(chǎn)品都要做低功耗設計。

氣壓傳感器，電容式

這個是傳感器的細節(jié)

超壓安全閥，它是接在氣囊上的。當氣泵打氣控制失靈，致使氣囊壓力不斷上升，當超過安全閥設置的壓力值，就會開啟泄壓，保護氣囊不被損壞（打氣控制失靈故障比較罕見，一些品牌沒有此設計）。

IC的型號HC02，是一款CMOS低功耗4路2輸入或非門，它與周邊的壓力傳感器及電阻電容構(gòu)成RC振蕩器，將壓力傳感器隨氣壓變化的電容變化轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率變化，送入MCU進行數(shù)據(jù)處理。

氣壓和頻率的轉(zhuǎn)換

華為的watch D是很牛逼的存在，過醫(yī)療認證了

華為 Watch D。微型氣泵背面有塊塑料殼，兩者之間用泡棉膠固定。FPC軟板通過點焊方式連接泵體。FPC軟板上集成1顆氣壓計，在微型氣泵主體背面有網(wǎng)狀出氣孔。

下面是一個使用最廣泛的橋電路：

都是使用的惠斯通電橋，是測量電阻最準確的方式

1. 高精度?；菟雇姌蚩梢赃_到0.1%的測量精度,是一種高精度的電阻測量方法。它利用了電橋平衡原理,可以通過檢測橋臂電壓的變化高精度地測量未知電阻。

2. 廣量程?；菟雇姌虻牧砍炭蛇_10^-6歐姆到10^12歐姆,幾乎可以涵蓋所有的電阻值。只需要選擇不同的標準電阻器組合即可。

3. 簡單可靠?；菟雇姌螂娐泛唵?不易損壞,使用方便可靠。它主要由4個電阻器和一個檢測儀表組成,結(jié)構(gòu)簡單。

4. 高穩(wěn)定性。由于使用了對稱等價的電橋結(jié)構(gòu)以及高精度的標準電阻,所以測量結(jié)果具有很高的穩(wěn)定性和重復性。

5. 直流和交流通用。惠斯通電橋既可以用于直流電阻的測量,也可以用于交流電阻的測量。只需要選擇對應的檢測儀表即可。

6. 可以測量 littlep 電阻。利用標準電阻器的倍頻器效應,惠斯通電橋可以擴大測量范圍,測量很小的電阻值?？傊?惠斯通電橋以其高精度、廣量程、可靠性和穩(wěn)定性等性能優(yōu)勢,被廣泛應用于精密電阻的測量和校準。

電橋平衡原理是惠斯通電橋等電阻測量電橋的理論基礎。它利用電阻器在電路中產(chǎn)生的電壓降來比較未知電阻與標準電阻,當兩者電壓降相等時達到平衡,從而精確測量未知電阻。

電橋平衡原理如下:在電橋電路中,將一個未知電阻Rx與三個已知電阻Ra、Rb和Rc組成一個橋臂。在沒有電流通過檢測儀表的情況下,Rx與Ra、Rb和Rc必須滿足:Rx / Ra = Rb / Rc 當上式成立時,電橋就達到平衡狀態(tài)。此時各電阻兩端的電壓降相等,所以檢測儀表未能測量到電壓差,其讀數(shù)為零。要測量未知電阻Rx,可以通過調(diào)節(jié)Ra、Rb和Rc,使電橋達到平衡,此時根據(jù)上式就可以計算出Rx的值。

例如,已知Ra=10歐姆,Rb=15歐姆,Rc=20歐姆,調(diào)節(jié)檢測儀表讀數(shù)為零時,可得:Rx / 10歐姆 = 15歐姆 / 20歐姆即: Rx = 15 * 10 / 20 = 7.5歐姆所以,電橋平衡原理實質(zhì)上是一種比較法,通過調(diào)節(jié)已知參數(shù)使電橋兩臂產(chǎn)生的電壓降相等,達到平衡,從而精確測量未知參數(shù)。這也是惠斯通電橋等電阻測量電橋?qū)崿F(xiàn)高精度測量的理論基礎。

輸入的是差分的電壓，后面明顯就是儀表放大器了

差分壓力傳感器的一個電路，這個是盡可能的去濾波

這個是也是測量電路的一個，可以串個電阻去測量電壓，后面應該是一個跟隨電路

沒錯，提高帶載能力

傳感器串聯(lián)一個固定電阻，測量固定電阻兩端的輸出電壓。Vout=Vcc*RO/(RO+Rs)在一般情況下，固定電阻取值建議是取傳感器應用電阻范圍值的 1/3到 1/2。

另外，通過選擇合適的固定電阻可以使壓力和輸出電壓在一定壓力范圍內(nèi)呈現(xiàn)一定程度的近似線性關系。根據(jù)測量電路的阻抗要求，分壓器后可以加一個運算放大器。就是我上面發(fā)的。

通過設定特定壓力來控制開和關的典型應用電路，它由一個惠斯通電橋和一個電壓比較器構(gòu)成。當壓力增大使得傳感器電阻小于 R1時,電壓比較器U1+高于U1，輸出高電平。輸出的高電平可以為后面附加的器件提供觸發(fā)信號。

審核編輯：湯梓紅