【文章內(nèi)容簡介】 電常數(shù)大 ( d33 = 20 pC/ N) ,變力響應靈敏度高。比石英晶體高 10 倍 ,壓電電壓輸出常數(shù) g = 174 是所有壓電體中最高的。 ② 在非常高的交變電場中不至于去極化 ,單位體積能獲得大的輸出功率。因為換能器單位體積最大輸出功率正比于機電耦合系數(shù)和能承受的最大電場強度的平方。 ③ 膜輕且柔韌 ， 易于制備 ， 與人體組織的阻抗耦合性好 ， 能緊貼皮膚 ， 使得脈搏信號通過薄膜而不失真。另外由于薄膜類似于人類皮膚 ， 可以制作仿生觸覺傳感器。 ④ 機械品質(zhì)因素低 ,阻尼小 ,密度低 ,具有寬帶特性 ,能滿足脈搏信號的頻率特性。人體的脈搏頻率非常低 ,約為 015～ 4 Hz ,一般情況下為 1 Hz左右。由于 PVdF膜的柔性及其厚度方向伸縮振動的諧振頻率很高 ,使得在很寬范圍內(nèi)有平坦的頻率響應(響應范圍是 011 100 MHz) 。因此 ,從理論上講 ,PVdF 換能器能檢測微弱低頻的脈搏信號。 根據(jù)中醫(yī)切脈模式 ,我們研制出了三點式的傳感器 ,三個換能器分別由 PVdF 薄膜作成正方形片狀 , 面積約為 16mm2 ,相當于切脈時指腹的受力面積。在壓電薄膜電荷生成的兩極分別蒸鍍鋁電極并引出導線 ,用柔性有機塑料薄膜封裝并作成圓形基片 ,裝在一根表帶上。以單個換能器為例 ,其結(jié)構(gòu)如圖 21 所示 : 圖 21 PVdF 薄膜換能器 如圖 22 所示 ,當周期性脈搏壓力作用在換能器上時 ,橈動脈血產(chǎn)生的壓力周期均勻地作用在換能器上 ,將機械能轉(zhuǎn)化為電能。 心率測試儀 7 圖 22 橈動脈及換能器剖圖 圖 23 PVdF 膜應變示意圖 換能器輸出電荷與所受壓力關系 ： Q ( t) = d33 F( t ) 其中， d33 為壓電常數(shù) ,單位為 C/N， 表示其電荷靈敏度 , F( t ) 為周期變化的脈搏壓力。 主要是對檢測到的微弱脈搏電信號進行處理，把電荷信號轉(zhuǎn)化為電 壓信號。 圖 24 電荷放大器 Usc ( t) ≈ Q/Cf= d33 F( t)/Cf 555 定時器 555 定時器的基本功能 555 定時器是一種數(shù)字與模擬混合型的中規(guī)模集成電路，應用廣泛。外加電阻、電容等元件可以構(gòu)成多諧振蕩器，單穩(wěn)電路，施密特觸發(fā)器等。 心率測試儀 8 555 定時器原理圖及引線排列 分別 如圖 25 與 26所示。其功能見表 21。定時器內(nèi)部由比較器、分壓電路、 RS 觸發(fā)器及放電三極管等組成。分壓電路由三個 5K 的電阻構(gòu)成，分別給 1A 和 2A 提供參考電平 2/3 CCV 和 1/3 CCV 。 1A 和 2A 的輸出端控制 RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關狀態(tài)。當輸入信號自 6 腳輸入大于 2/3 CCV 時，觸發(fā)器復位， 3 腳輸出為低電平，放電管 T導通；當輸入信號自 2腳輸入并低于 1/3 CCV 時， 觸發(fā)器置位， 3腳輸出高電平，放電管截止。 4 腳是復位端，當 4 腳接入低電平時，則 00?V ；正常工作時 4接為高電平。 5 腳為控制端，平時輸入 2/3 CCV 作為比較器的參考電平，當 5 腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現(xiàn)對輸出的另一種控制。如果不在 5 腳外加電壓通常接 電容到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，確保參考電平的穩(wěn)定。 圖 25 定時器內(nèi)部框圖 圖 26 555定時器引腳 表 21 555定時器的功能表 心率測試儀 9 555 組成的基本電路及應用 1． 構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 電路如圖 27 所示，接通電源 →電容 C 充電（至 2/3Vcc） →RS 觸發(fā)器置 0→ 00?V ， T 導通， C 放電，此時電路處于穩(wěn)定狀態(tài)。當 2 加入 IV 1/3Vcc時， RS 觸發(fā)器置 1，輸出 0V =1，使T 截止。電容 C 開始充電，按指數(shù)規(guī)律上升，當電容 C 充電到 2/3Vcc時， 1A 翻 轉(zhuǎn)，使輸出 00?V 。此時 T 又重新導通， C 很快放電，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，恢復穩(wěn)態(tài)，為下一個觸發(fā)脈沖的到來作好準備。其中輸出 0V 脈沖的持續(xù)時間 wt =，一般取 R=1kΩ~10MΩ， C1000PF，只要滿足 IV 的重復周期大于 0pt ，電路即可工作，實現(xiàn)較精確的定時。 圖 27 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 2． 多諧振蕩器 電 路如圖 28 所示，電路無穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，亦不需外加觸發(fā)信號，即可產(chǎn)生振蕩（振蕩過程自行分析）。電容 C在 1/3Vcc2/3Vcc 之間充電和放電 。 555 電路要求 R1 與 R2 均應大于或等于 1kΩ，使 R1+R2 應小于或等于 。 心率測試儀 10 圖 28 多諧振蕩器 十進制 同步 計數(shù)器 74160 圖 29 74160的邏輯功能示意圖和引腳圖 74160采用同步 級聯(lián)方式可組成幾位十進制計數(shù)器，清零端 MR,計數(shù)脈沖輸入端 CLK，ENT/ENP 使能端， 輸出 Q3Q2Q1Q0 鎖存器 74LS373 圖 210 74LS373的引腳圖 心率測試儀 11 表 22 74LS373的功能表 E G 功 能 0 0 直通 Qi = Di 0 1 保持（ Qi保持不變） 1 X 輸出高阻 Q0—— 建立穩(wěn)態(tài)前 Q 的電平； G—— 輸入端，與 8031ALE 連高電平：暢通無阻低電平：關門鎖存。圖中 OE——使能端，接地。 當 G=“1” 時， 74LS373 輸出端 1Q— 8Q 與輸入端 1D— 8D 相同； 當 G 為下降沿時，將輸入數(shù)據(jù)鎖存。 鎖存端 LE 由高變低時，輸出端 8 位信息被鎖存，直到 LE 端再次有效。 當三態(tài)門使能信號 OE 為低電平時，三態(tài)門導通，允許 Q0~Q7 輸出， OE 為高電平時，輸出懸空。當 74LS373用作地址鎖存器時，應使 OE 為低電平，此時鎖存使能端 C為高電平時，輸出 Q0~Q7 狀態(tài)與輸入端 D1~D7 狀態(tài)相同；當 C 發(fā)生負的跳變時，輸入端 D0~D7 數(shù)據(jù)鎖入 Q0~Q7。 51單片機的ALE 信號可以直接與 74LS373 的 C 連接。 顯示譯碼器 74LS48 譯碼驅(qū)動器 圖 211 74LS48的引腳功能圖 74LS48 為 BCD7段譯碼器， 74LS48 用來驅(qū)動共陰極的發(fā)光二極管顯示器。 74LS48 的內(nèi)部有升壓電阻，因此無需外接電阻（可以直接與顯示器相連接）。 74LS48 的功能表如表 23所示，其中 0123 AAAA 為 8421BCD 碼輸入端， a~g7 段譯碼輸出端。 心率測試儀 12 表 23 74LS48功能表 功 能 或數(shù)字 輸入 輸出 顯示字形 LT RBI 3A 2A 1A 0A RBOBI a b c d e f g 滅 燈 試燈 動 態(tài)滅零 x x 0 x 1 0 x x x x x x x x 0 0 0 0 0(輸入 ) 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 滅燈 8 滅燈 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 1 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ? ? ? ? － ? 注： RBOBI/ 是一個特殊端，有時用作輸入，有時用作輸出。 各使能端功能簡介如下： LT ：燈測試輸入使能端