Малогабаритный биопульметр

   Затем восстанавливают соединение блока  питания с прибором и устанавливают  необходимый режим работы датчика  и входного ОУ. Для этого, положив  палец на открытый датчик и подстраивая  резистор R2, устанавливают на выходе ОУ DA1 постоянное положительное напряжение 2...3 В.

   Далее подстроечным резистором R14 устанавливают выходное напряжение ОУ DA2 в пределах 0...+0,3 В. На этом налаживание усилительной части прибора заканчивают.

Аналог  № 2 (ж.Радио 4/94)

   Прибор  предназначен для оперативного обследования спортсменов, людей, занимающихся в оздоровительных группах. Результат измерения частоты пульса в ударах в минуту индицируется трехразрядным цифровым табло в такт с пульсом. В приборе использован фоторезисторный датчик пульса, надеваемый на палец руки. 

   Основные  технические характеристики:

   Рабочие пределы измеряемой частоты, ударов в минуту 30…240

   Максимальная  погрешность, % 3

   Время одного измерения, с 2…3

   Мощность, потребляемая от сети переменного тока, Вт, не более 2

   Габариты, мм 210×160×60

   Масса, г 450 

   Принципиальная  схема прибора показана на рис.1. Фоторезистор R2 датчика пульса преобразует световой поток лампы EL1, модулированный кровенаполнением пальца руки, в электрические им пульсы. Усиленные транзистором VT1, они далее поступают на неинвертирующий вход компаратора DA1, работающего как триггер Шмитта. Для формирования образцового напряжения на входах триггера Шмитта использован резистивный делитель R7—R9. Собственно образцовым служит падение напряжения на резисторе R8 этого делителя.

   

 

   Компаратор  формирует импульсы низкого уровня, следующие с частотой пульса. В общем случае длительность этих импульсов зависит от частоты пульса.

   Одновременно  отрицательным перепадом на выходе компаратора запускается одновибратор, собранный на элементах DD2.1 и DD2.2. Калиброванными длительности импульсами одновибратор управляет цифровым делителем частоты DD5, DD6, работающем как счетчик с предварительной установкой кода.

   Число импульсов предварительной установки, прошедших за время действия импульса одновибратора (оно пропорционально частоте измеряемых сигналов), подсчитывает трехразрядный счетчик-дешифратор DD7—DD9 и передает результат счета на табло HG1—HG3. Элементы DD2.3, R23, R24 и С10 формируют импульс обнуления счетчика-дешифратора перед следующим циклом деления,

   а элементы DD3.4, Н26, R25 и С11 — импульс обнуления счетчика DD4  после операции деления, подготавливая его к записи новой информации.

   Показание на цифровом табло должно соответствовать  частоте сердечных сокращений в  ударах в минуту. Исходи из описанного выше принципа измерения, можно записать формулу: , где F1 – частота следования импульсов генератора на элементах DD1.1 – DD1.3, F2 – частота следования импульсов генератора на элементах DD3.1 – DD3.3, t – время деления.

   Время деления исключается из длительности периода измеряемого сигнала, что  вносит некоторую погрешность. Для  обеспечения необходимой точности на верхнем пределе измерения  выбираем t=7,5 мс.

   Из-за небольшого сопротивления времязадающего резистора R19элементы DD1.3 и DD1.4 для повышения нагрузочной способности соединены параллельно. Переключателем SA1 понижают частоту генератора на элементах микросхемы DD1 в 6 раз. Это необходимо для получения отсчета пульса в ударах за 10 с. Конденсатор C1 служит для подавления наводок от электросети, а конденсаторы С5 и С6 гасят паразитные колебания, возникающие в момент переключения компаратора DA1. Светодиод HL1 – индикатор прохождения сигнала пульса.

   С прибором датчик соединяют двупроводным экранированным кабелем длиной 0,5…0,6 м.

   Налаживание прибора начинают с измерения  напряжения на выходе стабилизатора  блока питания. Если оно отличается от указанного на схеме более чем  на 0,3 В, то подбирают стабилитрон  VD5.

   Датчик  можно надевать на любой палец  правой или левой руки, что расширяет круг людей, у которых гарантировано измерение частоты сердечных сокращений.

Аналог  № 3 (ж.Радио 8/94)

   Характерная особенность описываемого здесь  подобного биопульсомера —отсутствие  каких-либо подстроенных элементов  и предельно упрощенная цифровая часть. Он уменьшается в кармане, что позволяет пользоваться им на открытом воздухе во время тренировок. 

   Основные  технические характеристики:

   Рабочие пределы измеряемой частоты, ударов в минуту 40…195

   Максимальная  погрешность, ударов в минуту ±5

   Время одного измерения, с 12

   Ток потребляемый от источника питания, мА 2

   Температурные пределы работоспособности, ^оС +10…+40 

   Принципиальная  схема предлагаемого измерителя частоты пульса изображена на рис.1. Электроды Е1—ЕЗ, служащие для снятия биопотенциалов, подключены ко входу OУ DA1.1. Электрод Е2, называемый индефферентным, ослабляет наводку на входе первого каскада усилителя, подавляющего синфазные наводки. Степень ослабления наводок зависит от согласования пар резисторов R2, R3 и R4, R5. Если разброс их сопротивлений не превышает 0,1%, то ослабление помех определяется параметрами ОУ DА1.1. Его коэффициент усиления полезного сигнала — около 18.

   

   Основное  усиление кардиосигнала происходит во втором каскаде, собранном на ОУ DА1.2. В полосе частот до 12 Гц его коэффициент усиления составляет 160. Этот каскад усилителя является и фильтром НЧ первого порядка, необходимый спад частотной характеристики которого определяется конденсатором С2.

   Связь между первым и вторым каскадами  усилительной части прибора осуществляется через пассивный фильтр С1R6 с частотой среза около 0,5 Гц.

   Окончательно  кардиосигнал очищается от всякого  рода помех после активного полосового фильтра, собранного на OУ DA1.3. Его параметры определяются элементами С3, С4, R1O, R12. Коэффициент передачи в полосе частот 0,5...12 Гц — около 9, поэтому амплитуда R-импульсов на выходе ОУ DA1.3 обычно превышает 2 В.

   Четвертый каскад на ОУ DA1.4 обнаруживает максимумы в кардиосигнале, т.е. выделяет R-импульсы. Его основой служит амплитудный детектор с обратной связью, в исходном состоянии у которого на выходе отрицательное напряжение. Исследуемый сигнал через диоды VD1 и VD2 поступает на оба входа ОУ DA1.4. А так как его инвертирующий вход шунтирует конденсатор С5, то положительное напряжение на нем оказывается равным среднему значению входного сигнала, которое и переключает ОУ DA1.4 в состояние, когда на его выходе появляется отрицательное напряжение. Как только амплитуда R-импульса на неинвертирующем входе превысит это напряжение, на выходе ОУ появится положительное напряжение, которое будет сохраняться в течение 2...3 мс — пока заряжается конденсатор С7. После зарядки этого конденсатора диод VD3 закрывается, разрывается обратная связь выхода с инвертирующим входом ОУ, и он принимает начальное состояние.

   Длительность  выходного импульса ОУ DA1.4 составляет 2...3 мс, а амплитуда достигает 3 В. Очередной R-импульс кардиосигнала может вызвать срабатывание OУ DA1.4 только после того, как конденсатор С7 разрядится через резисторы R16, R15. Время же его разрядки — 280..300.

   С выхода ОУ DA1.4 импульсы через дифференцирующую цепь С6R17, диод VD9 и конденсатор С8 поступают на S-вход одновибратора DD2/1 цифровой части, построенной на микросхемах DD2—DD6. На выходе одновибратора формируются импульсы длительностью 280 мс, которые через диод VD5 закрывают диод VD9 и в течение этого времени не пропускают сигналы на вход одновибратора, что еще больше повышает помехозащищенность пульсомера.

   Время измерения, равное 12 с, задает второй одновибратор, выполненный, как и первый, на D-триггере DD2.2 той же микросхемы. Он срабатывает после нажатия на кнопку SB1 -Счет*. За время измерения импульсы  одновибратора DD2.1 через узел совпадения (диоды VD6, VD7, резистор R22) поступают на вход следующей части пульсомера — счетной.

   Эта часть прибора, состоящая из триггеров  DD3.1 и DD3.2, счетчика-дешифратора DD5 и элементов DD4.1 — DD4.4, обеспечивает жидко-кристаллический индикатор (ЖКИ) HG1 парафазным питанием. Триггер DD3-1, срабатывая, индицирует на ЖКИ цифры единиц — 0 или 5, счетчик-дешифратор DD5 — десятки от 0 до 9, а триггер DD3.2 — значение сотен числа, равного частоте пульса в минуту. Эти числа на индикаторе высвечиваются в течение 12 с, последнее из которых, например 60, соответствует частоте пульса в ударах в минуту (рис.2).

   

   Следующее измерение возможно только после  нажатия на кнопку SB1. В этот момент импульс, сформированный цепью С16R24, устанавливает счетную часть в исходное состояние (на индикаторе появляются нули) и запускает одновибратор DD2.2.

   Для нормальной работы ЖКИ на него подается импульсное парофазное напряжение питания от генератора, собранного на элементах микросхемы DD1. Частота следований генерируемых им импульсов — 500 Гц. Такое же напряжение действует на общем выводе ЖКИ и на входе С счетчика ^дешифратора DD5. Выходное напряжение микросхемы DD5 также становится импульсным. Когда с какого-либо выхода дешифратора сигнал приходит на ЖКИ в противофазе с напряжением на его общем выводе, то соответствующий элемент знакоместа становится видимым. А если сигналы синфазные, то этот элемент невиден.

   Единица сотен на индикаторе высвечивается  сигналами триггера DD3.2 и элемента DD4.4. Если частота пульса превышает 100 ударов в минуту, на выходе Р микросхемы DD5 появляется сигнал низкого уровня, который через инвертор DD6.3 устанавливает триггер DD3.2 в единичное состояние. Выходной же сигнал триггера управляет элементом DD4.4: если, например, на прямом выходе триггера напряжение низкого уровня, то импульс с входа 9 элемента DD4.4 на выход 10 проходит без изменения, а высокого уровня — сигнал инвертируется. Таким образом, при срабатывании триггера DD3.2 на индикаторе появляется единица сотен.

   Элементы  DD4.1 и DD4.2 предназначены для индикации значения единиц — 0 или 5. Кроме цифр, индицирующих частоту пульса на ЖКИ, с помощью элемента DD4.3 высвечиваются буквы П и С, мигая в такт с ударами сердца.

   Источником  постоянного тока напряжением 3 В  служит батарея GB1 из двух элементов 316, соединенных последовательно. Ее положительное напряжение через выключатель SA1 подается на вывод 11 цепи питания всех ОУ микросхемы DA1. А отрицательное напряжение (—1,2 В) питания ОУ вырабатывает диодноемкостный преобразователь, выполненный на элементах DD1.5 и DD1.6, диодах VD12, VD13 и конденсаторах С13, С15.

   Источником  питания микросхем DD2—DD6 цифровой части биопульсомера является диодно-емкостный умножитель напряжения (элементы DD1.3, DD1.4, VD10, VD11, С12, С14) генератора, собранного на элементах DD1.1 — DD1.4. Согласование выходных уровней сигнала микросхемы DD1, питающейся напряжением +3 В, и микросхем цифровой части, питающихся напряжением +5 В, осуществляется инверторами DD6.1 и DD6.2.

   Для измерения частоты сердечных  сокращений биопульсомер берут в  руки, положив большие пальцы на электроды передней стенки корпуса, а указательные и средние — на электроды задней стенки. При уверенном восприятии прибором сигналов пульса буквы П и С мигают равномерно.

Аналог  № 4 (с сайта http://vksn.narod.ru/help/vrl90pl.html)

   Для самоконтроля пульса будет полезен  предлагаемый небольшой цифровой прибор, к датчику которого достаточно приложить палец и через 12 с светодиодное табло покажет результат. 

   Основные  технические характеристики:

   Диапазон  измерений, ударов в минуту 40...199

   Максимальная  погрешность измерения, ударов в  минуту ±5

   Время измерения, с 12

   Габариты, мм 147×57×50

   Масса, г 300

   Напряжение  источников питания, В 18 и 9

   Ток, потребляемый от источника питания  с напряжением 18 В, мА 18

   Диапазон  рабочих температур, °С - 10...+40 

   Питание прибора осуществляется от 3 батарей  “Крона-ВЦ”, энергии которых хватает для работы в течение 4 месяцев при 25 ежедневных замерах пульса. За интервал времени, равный 12 с, подсчитывается число ударов сердца, затем это число умножается на 5 и результат появляется на светодиодных индикаторах. Результат не всегда получается кратным 5, так как хотя каждый импульс, соответствующий удару сердца, заменяется 5 импульсами, которые заносятся в счетчики, но при отсутствии жесткой синхронизации такой способ подсчета импульсов обеспечивает выдачу на индикаторы практически всех чисел от 40 до 199.