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1、译文：脉搏传感器及电路设计 脉诊具有 2600多年临床实践 ,是我国传统中医四诊中的精髓。脉搏信息在中医、西医中都有着十分重要意义。在传统中医脉诊中 ,切脉技巧复杂难以掌握和运用 ,医生主观因素影响也较大 , 随着科学技术的发展 , PVdF (聚偏二氟乙烯)压电薄膜的研制确定了不同的脉象仪用于脉诊的客观化，本设计的脉象仪传感器的敏感部分是人手指。 本文将从模拟中医脉诊的角度 ,研制了 PVdF压电位体积能获得大的输出功率。因为换能器单位体薄膜传感器 ,并应用于脉象仪研究。积最大输出
2、功率正比于机电耦合系数和能承受的定量化已成为中医诊断的必然趋势。几十年来 ,国家选择 PVdF压电薄膜 ,因为它有如下几个的优点： 首先，膜轻且柔韧 ,易于制备 ,与人体组织的阻抗耦合性好 ,能紧贴皮肤 ,使得脉搏信号通过薄膜而不失真。另外由于薄膜类似于人类皮肤 ,可以制作仿生触觉传感器。压电常数大 ( d33 = 20 pC/ N) ,变力易于研究 ,但从研制情况看 ,大部分传感器不能模拟中敏度。比石英晶体高 10倍 ,压电电压输出常数切脉时所取三部 ,按、浮、寸三种诊法，g = 174是所有压电体中最高的。检测脉搏信号 ,主要靠压力定标 ,
3、适用性不够好。 其次，机械品质因素低 ,阻尼小 ,密度低 ,具有宽带特性 ,能满足脉搏信号的频率特性。在非常高的交变电场中不至于去极化。 由于 PVdF膜的柔性及其厚度方向伸缩振动的谐振频率很高 ,使得在很宽范围内有平坦的频率。基于 PVdF膜的以上优点 ,根据中医切脉模式 ,我们研制出了三点式的传感器 ,三个换能器分别由 PVdF薄膜作成正方形片状 ,面积相当于切脉时指腹的受力面积，在压电薄膜电荷生成的两极分别蒸镀铝电极并引出导线 ,用柔性有机塑料薄膜封装并做成圆形基片，装在一根表带上。考虑到患者体征、老幼等因素 ,三个换能器独立地对应于按、
4、浮、寸三个部位 ,且能在表带上纵横调节。测量时表带束在腕部，医生手指对应的放大三个换能器即可。医生可以透过薄片感觉到脉搏的波动。根据浮、中、沉模式把脉过程中可以人为地控制力度，做到因人而异克服以往缸体换能器压力定标所取浮不足。当周期性脉搏压力作用在换能器上时，将机械能转换为电能。脉象频谱分析表明脉象能谱中 99 %的能量集中在 10 Hz以下 ,最高频率不超过 40 Hz。调实现与微机的通信。PVdF压电薄膜换能器是本设计中的敏感部件 ,也是设计的关键环节之一 ,作用是能模拟其中人的压觉 ,将微弱低频的脉搏压力信号转换成电信号。设置前置电荷放大
5、器作用有二 :一是与换能器阻抗匹配 ,把高阻抗输入变为低阻抗输出；二是将微弱电荷转换成电压信号并放大。为了提高测量的精度和灵敏度 ,前置放大电路采用了线性修正的电荷放大电路 ,以获得较低的下限频率 ,消除电缆的分布馈电容。 电容对灵敏度的影响 ,使设计的传感器体积小型化。第一个低通滤波电路由 R1和 C1组成，截止频率约为1000Hz ,以使脉搏信号的高次谐波能通过 ,让脉搏信号反映的病理性特征信息得到完整的保留。同时该上限截止频率和时间常数电路(由 C2和 R2组成)还会决定性地影响脉搏波形的失真度。如果电路的时间常数选得过小 ,会造成信号的
6、低频分量严重衰减和移相。实验表明 ,当时间足以保证脉搏波的低频分量不会失真。电压放大器主要是对电荷放大器输出的电压信号放大。并提供不同的增益。根据我们的经验 ,设置上限截止频率为 100Hz比较理想。工频陷波器环节是为了滤除市电 50HZ干扰。 电容应选钽电容作补偿电容，对市电噪声采取了硬件工频陷波和软件滤波并用的措施 ,实验证明 ,利用数字滤波技术 9,对工频干扰信号的抑制效果较好，对电磁信号抑制主要采取了两种方法,一是对信号线进行屏蔽 ,二是设计四阶巴特沃斯低通滤波器 ,截止频率为 100 Hz。对于人体的抖动噪声主要是通过软件滤波加以滤除
7、 ,主要是采用了防脉冲干扰平均值滤波法。该算法在凌阳单片机内实现 ,其基本思想是把测量得到的 256个数据看成一队列 ,每进行一次新的测量 ,就把测量结果放入队尾 ,而剔除原来队首的一次数据 ,这样在队列中始终有256个“最新”数据 ,对 256个数据逐个比较大小 , 去掉其中的最大值和最小值 ,然后计算 254个数据的平均值。这种滤波方法对周期性干扰有良好的抑制作用 ,还能对滤除脉诊过程中人体偶尔的抖动产生的干扰。实验中发现 ,尽管人的体温基本保持恒定 ,但手腕部位皮肤表面的温度受外界温度变化的影响仍很大 ,而且手腕部位皮肤与传感器表面的温差
8、也会给测量带来很大影响 ,需要消除温度效应利用人体脉搏 (1 Hz左右)热电噪声信号。 由于人体的脉搏信号具有频率低、幅度小干扰大，不稳定度低，随机
