Herzschlagsensor – Funktion und Anwendung

Was meinst du mit Herzschlag?

Der Herzschlag einer Person ist das Geräusch der Herzklappen, die sich zusammenziehen oder ausdehnen, während sie Blut von einer Region in eine andere drücken. Die Anzahl der Herzschläge pro Minute (BPM) ist die Herzschlagfrequenz und der Herzschlag, der in jeder Arterie, die nahe an der Haut liegt, zu spüren ist, ist der Puls.

Zwei Möglichkeiten, einen Herzschlag zu messen

• Manueller Weg :Der Herzschlag kann manuell überprüft werden, indem man seine Pulse an zwei Stellen prüft – am Handgelenk (dem radialen Puls ) und Hals (Karotispuls ). Das Verfahren besteht darin, die beiden Finger (Zeige- und Mittelfinger) auf das Handgelenk (oder den Hals unter der Luftröhre) zu legen und die Anzahl der Impulse 30 Sekunden lang zu zählen und diese Zahl dann mit 2 zu multiplizieren, um die Herzschlagfrequenz zu erhalten. Es sollte jedoch minimaler Druck ausgeübt werden und auch die Finger sollten auf und ab bewegt werden, bis der Puls gefühlt wird.

• Verwendung eines Sensors :Der Herzschlag kann basierend auf der Variation der optischen Leistung gemessen werden, da Licht auf seinem Weg durch das Blut gestreut oder absorbiert wird, wenn sich der Herzschlag ändert.

Prinzip des Herzschlagsensors

Der Herzschlagsensor basiert auf dem Prinzip der Photoplethysmographie. Es misst die Veränderung des Blutvolumens durch ein beliebiges Organ des Körpers, die eine Veränderung der Lichtintensität durch dieses Organ (avaskuläre Region) verursacht. Bei Anwendungen, bei denen die Herzfrequenz überwacht werden soll, ist das Timing der Pulse wichtiger. Der Blutfluss wird durch die Herzfrequenz bestimmt und da Licht vom Blut absorbiert wird, entsprechen die Signalimpulse den Herzschlagimpulsen.

Es gibt zwei Arten der Photoplethysmographie:

Übertragung :Das vom lichtemittierenden Gerät emittierte Licht wird durch jede Gefäßregion des Körpers wie das Ohrläppchen übertragen und vom Detektor empfangen.

Reflexion :Von der lichtemittierenden Vorrichtung emittiertes Licht wird von den Regionen reflektiert.

Funktionsweise eines Herzschlagsensors

Der grundlegende Herzschlagsensor besteht aus einer Leuchtdiode und einem Detektor wie einem Lichterkennungswiderstand oder einer Fotodiode. Die Herzschlagimpulse bewirken eine Veränderung des Blutflusses zu verschiedenen Körperregionen. Wenn Gewebe mit der Lichtquelle beleuchtet wird, d. h. Licht, das von der LED ausgestrahlt wird, wird das Licht entweder reflektiert (ein Fingergewebe) oder durchgelassen (Ohrläppchen). Ein Teil des Lichts wird vom Blut absorbiert und das durchgelassene oder das reflektierte Licht wird vom Lichtdetektor empfangen. Die absorbierte Lichtmenge hängt vom Blutvolumen in diesem Gewebe ab. Die Detektorausgabe erfolgt in Form eines elektrischen Signals und ist proportional zur Herzschlagfrequenz.

Bei diesem Signal handelt es sich um ein gewebe- und blutvolumenbezogenes DC-Signal, dem die herzschlagsynchrone und durch pulsierende Veränderungen des arteriellen Blutvolumens verursachte AC-Komponente überlagert wird . Daher besteht die Hauptanforderung darin, diese Wechselstromkomponente zu isolieren, da sie von größter Bedeutung ist.

Um das AC-Signal zu erhalten, wird der Ausgang des Detektors zuerst mit einem 2-stufigen HP . gefiltert -LP-Schaltung und wird dann mit einer Komparatorschaltung oder mit einem einfachen ADC in digitale Impulse umgewandelt. Die digitalen Impulse werden einem Mikrocontroller zur Berechnung der Herzschlagfrequenz zugeführt, die durch die Formel angegeben wird-

BPM (Beats per Minute) =60*f

Wobei f die Pulsfrequenz ist

Praktischer Herzschlagsensor

Praktische Beispiele für Herzschlagsensoren sind Herzfrequenzsensor (Produktnummer PC-3147). Es besteht aus einer Infrarot-LED und einem LDR, die in eine clipähnliche Struktur eingebettet sind. Der Clip wird mit dem Detektorteil auf dem Fleisch am Organ (Ohrläppchen oder Finger) befestigt.

Ein weiteres Beispiel ist TCRT1000 , mit 4 Pins-

Pin1:Um die Versorgungsspannung an die LED zu geben

Pin2 und 3 sind geerdet. Pin 4 ist der Ausgang. Pin 1 ist auch der Enable-Pin und wenn Sie ihn hoch ziehen, schaltet sich die LED ein und der Sensor beginnt zu arbeiten. Es ist in ein tragbares Gerät eingebettet, das am Handgelenk getragen werden kann, und die Ausgabe kann drahtlos (über Bluetooth) zur Verarbeitung an den Computer gesendet werden.

Anwendung zur Entwicklung Ihres Herzschlagsensorsystems

Ein grundlegendes Herzschlagsensorsystem kann auch mit Basiskomponenten wie einem LDR, einem Komparator-IC LM358 und einem Mikrocontroller wie unten angegeben aufgebaut werden

Wie oben bezüglich des Prinzips eines Herzschlagsensors beschrieben, wird das Licht, wenn das Fingergewebe oder das Ohrläppchengewebe mit einer Lichtquelle beleuchtet wird, moduliert, dh ein Teil wird vom Blut aufgenommen und der Rest übertragen. Dieses modulierte Licht wird vom Lichtdetektor empfangen.

Hier wird ein Light Dependent Resistor (LDR) als Lichtdetektor verwendet. Es funktioniert nach dem Prinzip, dass sich sein Widerstandswert ändert, wenn Licht auf den Widerstand fällt. Mit zunehmender Lichtintensität nimmt der Widerstand ab. Dadurch verringert sich der Spannungsabfall am Widerstand.

Hier wird ein Komparator verwendet, der die Ausgangsspannung des LDR mit der Schwellenspannung vergleicht. Die Schwellenspannung ist der Spannungsabfall über dem LDR, wenn das Licht mit fester Intensität von der Lichtquelle direkt darauf fällt. Der invertierende Anschluss des Komparators LM358 ist mit der Potentialteileranordnung verbunden, die auf die Schwellenspannung eingestellt ist, und der nicht invertierende Anschluss ist mit dem LDR verbunden. Wenn menschliches Gewebe mit der Lichtquelle beleuchtet wird, verringert sich die Intensität des Lichts. Wenn diese reduzierte Lichtintensität auf den LDR fällt, erhöht sich der Widerstand und infolge des Spannungsabfalls steigt. Wenn der Spannungsabfall über dem LDR oder dem nicht invertierenden Eingang den des invertierenden Einganges überschreitet, wird ein logisch hohes Signal am Ausgang des Komparators erzeugt, und falls der Spannungsabfall geringer ist, wird ein logisch niedriges Ausgangssignal erzeugt. Somit ist die Ausgabe eine Reihe von Impulsen. Diese Impulse können dem Mikrocontroller zugeführt werden, der die Informationen entsprechend verarbeitet, um die Herzschlagfrequenz zu erhalten, und diese wird auf dem Display angezeigt, das mit dem Mikrocontroller verbunden ist.

Video-Erklärung zum Schaltplan des Herzschlagsensors