Предлагаемый усилитель предназначен для одного из самых классических датчиков пульса — оптического. Той самой «прищепки» на мочку уха или палец, как у некоторых тренажёров. Только здесь прищепка не в кавычках, а самая настоящая. Деревянная. В ней просверлены 3-миллиметровые отверстия, в которые помещены ИК-диод SFH487 и фототранзистор SFH309FA фирмы Siemens. Вместо них подойдут практически любые ИК-диоды и фототранзисторы, только отверстия придётся просверлить других диаметров. Чтобы пользоваться датчиком было комфортно, к поверхностям прищепки, прилегающим к мочке уха или пальцу, приклеены мягкие накладки с отверстиями. Если мешает пульсирующий свет светодиодных или люминесцентных ламп, фототранзистор нужно закрыть фильтром, пропускающим только ИК.
Схема усилителя показана ниже:
Фототранзистор нагружен на резистор, переменная составляющая с которого через электролитический конденсатор поступает на первый ОУ. Сигнал с его выхода через регулятор на переменном резисторе и второй электролитический конденсатор поступает на вход второго ОУ, а с его выхода, в свою очередь — на осциллограф, аналоговый вход микроконтроллера, или компаратор, к которому подключён счётчик. Каждый ОУ обеспечивает усиление около 100, они могут быть и других подходящих типов.
Поскольку источник питания однополярный, сигнальный общий провод обоих ОУ пришлось «приподнять» над общим проводом всего устройства простейшим параметрическим стабилизатором из резистора и двух диодов. Общее падение напряжения на диодах — около 1 В. Импровизированный двуполярный источник получился несимметричным, но для ОУ даже он лучше однополярного.
Если проводить эксперимент вы собираетесь, подключив усилитель к запоминающему осциллографу, настройте его так, чтобы он сделал 500 записей с интервалом между ними в 20 мс. Подождите около 10 секунд, чтобы установился тепловой режим микросхем, и выставьте переменный резистор, расположенный между первым и вторым ОУ, так, чтобы амплитуда импульсов была около 2 В. Настройте чувствительность осциллографа так, чтобы импульсы помещались на экран по вертикали, и начните запись. Пока осциллограф записывает, не перемещайте ухо или палец.
Если в осциллографе есть звуковая индикация (как в Picolog, которым воспользовался автор), её можно настроить так, чтобы сигнал звучал при амплитуде более 1 В. Тогда вы услышите свой пульс.
После окончания записи, чтобы вычислить частоту пульса, вычтите абсолютное время одного из импульсов из абсолютного времени предыдущего, например, 2190-1052=1138 мс, или 1,138 с. Поделите 60/1,138, получится 52,7 ударов в минуту.
При пользовании импровизированным программным осциллографом, использующим аудиовход смартфона или компьютера, потребуется звуковой генератор, модулируемый импульсами по амплитуде.
Комментарии (16)
REPISOT
03.06.2019 09:05+2Я еще помню, как зажимают такие прищепки. Я бы такое на ухо себе не повесил. Там надо пружину менять или губки подпиливать.
P.S.
чтобы вычислить частоту пульса, вычтите абсолютное время одного из импульсов из абсолютного времени предыдущего, например, 2190-1052=1138 мс, или 1,138 с. Поделите 60/1,138, получится 52,7 ударов в минуту.
То есть собирать (паять) эту схему предлагается человеку, который не знает, что такое период, но у которого есть осциллограф? Вы уж как-то определитесь с аудиторией.
GennPen
03.06.2019 09:20По-умному в такой усилитель нужно добавлять фильтр низких частот чтобы лишнее сразу отбрасывать(зачем усиливать все подряд, если можно усиливать только нужное), тогда не нужно будет бороться с мерцанием ламп. И триггер Шмитта на выходе не помешает, тогда можно без проблем подключать к цифровому входу устройства.
AlexSky
03.06.2019 17:26+1Не лучший вариант — отсекать 50 Гц от 60 (вполне нормальный пульс) с помощью аналоговых фильтров. Лучше уж после АЦП в цифре это делать.
GennPen
03.06.2019 17:33+1Не путайте измерение пульса сердца в ударах в минуту от частоты мерцания в Гц (в секунду). На этом усилителе ФНЧ от 10Гц за глаза хватит. Да и зачем напрягать лишний раз «ардуину» лишними перерасчетами, если это можно легко сделать, добавив в схему всего 2-3 детали: резистор с конденсатором (для фильтра) и триггер Шмитта (опционально, можно и программно реализовать)
aamonster
03.06.2019 23:38+1Чтобы можно было к той же ардуине присоединить два светодиода с разной длиной волны (с ходу не помню, какой именно) и, мигая ими, получить фотоплетизмограф.
Да и цифровой ФНЧ на такие частоты обойдётся как бы не дешевле аналогового (не нужны большие конденсаторы). И отлаживать (меняя параметры ФНЧ и гистерезис) в софте удобнее, чем в железе.
AlexSky
04.06.2019 18:24Тем не менее, я бы сделал программно, вместо того, чтобы добавлять корпуса на плату.
Отсчеты по Котельникову можно брать на вдвое большей частоте, чем самый высокочастотный сигнал. Тех же 10 Гц будет достаточно, если мы не пытаемся измерить что-то совсем патологическое. Это автоматом отсекает 50 Гц. На 10 отсчетах в секунду с БПФ и Ардуина должна отлично справиться.
infund
03.06.2019 12:07Пружину в прищепку посильнее — вот и «усилили» сигнал! И никаких оппортунистических прокладок!
ittakir
Отлично! Не знал, что пульс можно измерить так просто. В умных часах датчик работает на отражение ИК света, а у вас на просвет. Не пробовали поместить светодиод и фотодиод с одной стороны прищепки?
aamonster
Там не от хорошей жизни на отражение (точней, на рассеяние), попробуйте просветить запястье насквозь… А датчики на мочку уха afaik устроены как в статье.
Да, и «на отражение» обычно работают с зелёным. А «попробовать» можно с помощью смартфона – полно программ типа «heartrate ...», которые вспышкой светят, а камерой снимают.
А ещё интересно почитать про фотоплетизмограф с двумя светодиодами разного «цвета», который позволяет измерить насыщенность крови кислородом. И его как раз реально сделать по схеме из статьи (или купить у китайцев за 15 баксов).
Vaxx
Для себя стоит сделать фотоплетизмограф? Или это просто игрушка.
aamonster
Не игрушка, девайс довольно осмысленный.
Другое дело, что трудозатраты сильно превзойдут 15 (Update: уже меньше 10, оказывается) долларов (вначале собрать схему, потом разобраться с алгоритмом – насколько я помню, он заметно сложнее, чем «поделить яркость от светодиода A на яркость от светодиода B»). Ну и результаты (SpO2) понятны врачу, а нам с вами не очень. Так что если делать – то в основном ради самообучения.
Да, схема будет, конечно, чуть сложнее, чем в статье. Т.е. усилитель-то тот же, а вот двумя светодиодами надо будет мигать по очереди (ардуино, например… Им же снимать сигнал с усилителя и обсчитывать).
kt819a
Подобную схему собирал еще в школе. Схема в журнале моделист-конструктор вроде была, хотя уже могу и забыть что-то. Вывод был на светодиод.