第三章物理参量的数字化测量.ppt

2.7 占空比的数字测量 测量电路如图2.7.1所示。输入方信号Vin经两级非门整形后，得到一幅度为Va=2.8V的信号，Va经R2和RP分压后，得到一Vb=100 mV的电压，Vb作为ICL7106的输入电压，由于VREF=100mV，故量程为200mV。由于Vb经低通滤波后加至ICL7106的输入端，因此实际上ICL7106的输入是Vb的平均值。 图2.7.1 占空比测量电路 根据定义，设Vin的周期为T，高电平的宽度为T1，则： 依据7106的测量原理有 只要将小数点设置在十位，即可实现占空比的直读。 数字温度计电路见图2.8.1，图中温度传感器是接成二极管形式的硅三极管MPS3704，它具有负的温度系数–2mV/℃，其PN结电阻值随温度的升高下降。 2.8 温度的数字测量 图2.8.1 数字温度计电路 R1与RP1的上半部分，RP1的下半部分，T2和T1与R5构成电桥的四个桥臂，电桥由Ep与AGND之间的+2.8V电压供电，电桥的输出作为ICL7106的输入接IN+和IN-，+2.8V的电压经R2和RP2分压至100mV后作为芯片的基准VREF。 由R4、R3、R5和T1构成恒流源给T2提供适当的工作电流。RP1为零点调节电位器，RP2为满度调节电位器。 对于量程为100℃的数字温度表，当将T2封装后放入冰水中，此时温度为0℃，调节RP1使电桥输出为零，仪表显示0.000。将T2封装后放入沸水中，此时温度为100℃，调节RP2使仪表显示100.0，调节完毕后电路即可作为量程为100℃的数字温度表使用。 心率的测量有压力脉搏波法、光电电阻法以及心电图法等多种，分别适用于不同的测量场合。 1. 心电图法 其基本思路是设法识别出R波，并将R波整形成方波脉冲，然后对其计数实现测量。原理电路框图见图2.9.1所示。 2.9 心率的数字化测量 图2.9.1 心电图法心率测量的原理电路框图 电路由心电图放大器、绝对值电路、峰值检波器、R波检出整形电路和计数单元组成。心电图放大器输出心电图某导联的波形，一般情况下采用II 导联信号作为心率检测用信号。绝对值电路由半波检波器和加法器组成，当V ECG0时，V10，D1截止，D2导通，A2构成反相加法器，有 若取R1=R2=R3=R5=2R4则有 当输入信号 VECG0 ，V10。D1导通，D2截止， 因此，图示电路的输出电压为 绝对值电路将QRS波变换成正向波形，供后续峰值检波电路获取R波的峰值，这样做的目的在于，无论心电图波形为哪个导联的波形，均能保证电路获取R波的峰值。 绝对值电路的输出Vo1经由R6、C1构成的低通滤波器滤除噪声后加至峰值检波电路中运放A3的同相输入端，当V2Vo2时，A3通过二极管D3向电容C2充电，当V2Vo2时，A3停止向电容C2充电，因此Vo2是心电图波形的峰值，也即是R波的峰值。 Vo2经R8、R9分压后得到V3，V3=76%Vo2，并加至比较器A4 的反相输入端与全波检波器的输出Vo1比较，这样每一个心动周期波形通过，Vo3便输出对应R波的正脉冲，即Vo3是与心动周期同频率的脉冲方波。由此可知，只要在1分钟内对Vo3计数即可得到心率。 由于1分钟时间过长，实际测量时将计数时间压缩至10秒，为此，在计数前需先将Vo3倍频6倍，然后在10秒的计数时间内计数，所得结果即心率。 2. 光电脉搏法 光电心率检测器由光电脉搏传感器、测量放大电路及频率测量电路构成。光电脉搏传感器见图2.9.2 。 使用时拇指完全盖住透光窗口， 光源XD的光经血液反射，由光敏电阻RG接收，被转换成电脉冲，心脏每搏动一次传感器发出一个脉冲。 图 2.9.2 光电脉搏传感器示意图 图2.9.3是测量电路，上半部分电路将脉搏信号转换成电脉冲信号，下半部分是计数电路，把脉冲信号变换成心率。 当脉搏波到来时，拇指充血，由此产生的反射光照射到光敏电阻RG上时，其电阻变小，使T2的基极电位上升， 射极输出高电位。 图 2.9.3光电心率检测器测量电路 在脉搏波的间歇，无反射光照射到光敏电阻RG上，其电阻变大，使T2的基极电位下降，射极输出低电位。 T2的射极输出端获得的是与脉搏波相应的正向脉动信号输出。该信号经隔直电容C1隔离直流后由运算放大器A1和电压比较器A2整形成与脉搏波同频率的方波信号。 由于心率是每分钟心脏搏动的次