非线性血流脉搏波在动脉内传播的理论模型_谢官模
基于EMD的指端光电容积脉搏波中呼吸波提取方法研究
基于E MD的指端光电容积脉搏波中呼吸波提取方法研究 李文彪1,陈真诚1,刘福彬2 (1.中南大学信息物理工程学院生物医学工程研究所,湖南长沙410083;2.武警江苏省总队医院设备科,江苏扬州225003) 摘要:目的通过人体指端的脉搏波,提取人体呼吸波信号。方法使用多参数临床生理监护仪,同步采集人体指端光电容积脉搏波信号和胸阻抗法检测的呼吸波信号,对光电容积脉搏波信号做各层的经验模式分解,选择合适频率的本征模函数,与采集的呼吸波信号做相关性分析。结果经验模式分解由脉搏波中所提取的呼吸波与采集的呼吸波有很好的相关性。结论经验模式分解法可有效提取人体指端光电容积脉搏波中所包含的呼吸波成分,对改进医疗监护设备设计、实现生理信号的多参数提取和精确分析有重要意义。 关键词:光电容积脉搏波;经验模式分解;本征模函数;呼吸波 中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:1002 0837(2010)04 0279 04 Ex traction of Res p iratory Wave fro m F inger T i p Photolet h ys m ography Si g nals Based on EMD M ethod LI W en b i a o,C HEN Zhen cheng,LIU Fu bin.Space M edic i n e&M ed ical Eng ineeri n g,2010,23(4):279~282 Abst ract:Objective To extract resp iratory w ave i n for m ation fr o m photo lethys m ography(PPG)si g na ls.M et h ods U si n g a cli n ica lm ulti para m eter physi o log ica lm on ito r,the fi n ger ti p PPG si g nals w ere acqu ired synchro nousl y and the resp iratory wave w as detected by the tho rac ic i m pedance m ethod.Then e m p irica lm ode deco m position w as conducted for the PPG si g na ls,se lecting the i n tri n sic m ode functi o n(I M F)w ith appr opriate fre quency to carry out corre lation analysis togetherw ith respirato r y w ave signals.R esults The resp iratory w ave di rectly acqu ired had a good co rre l a ti o n w ith t h at deri v ed fr o m photo lethys m og raphy signals by e m p irica lm ode deco m position m ethod.Conclusi o n It is indicated that e m pirical mode deco m positi o n m ethod can effectively ex tract t h e respiratory infor m ati o n conta i n ed i n PPG si g na ls.Th is a ll o w s for i m prov i n g the desi g n o fm ed ica l m on ito ri n g dev ices and is useful i n physi o l o g ica lmu lti para m eter ex tracti o n and accurate ana l y sis. K ey w ords:photo lethys m ography;e mp iricalm ode deco m positi o n;i n trinsic m ode function;resp iratory w ave Address repr i n t requests to:L I W en b iao.I nstit u te of B i o m edical Eng i n eering,Schoo l o f Info physics& Geo m atics Eng i n eering,C entra l South U niversity,Changsha H unan410083,China 近年来,在任意时间、任意地点、对人们日常生活影响最小的情况下提供健康诊断或治疗服务,特别是无创、简易、舒适地获取人体生命体征信号(如心电、血压、心率、呼吸等)的方法,越来越受到科研人员的关注。 作为无创检测典型应用之一的光电容积描记法(photo lethys m og raphy,PPG)是采用光电传感器,在人体指端、耳垂、额部位等,利用红外或近红外光在人体内透射或反射的原理,检测由心脏搏动引起的血管内血容量的脉动性变化而获得相关生理信号。PPG信号中含有多种生理参数信息[1],如心率、血压、血氧、呼吸等。由于其无创、多参数、操作简单、低成本的特点,日益为生物医学工作者所青睐,但受到检测手段和分析方法的局限,目前仅在血氧饱和度检测方面得到了广泛的应用。呼吸波(resp iratory w ave,R W)是睡眠监测的重要内容,目前获取呼吸波的方法主要 修回日期:2010 03 19 通讯作者:李文彪 ti ger830611@163.co m 有热敏传感器和胸阻抗检测法等,操作繁琐,检测不便。如果能提取PPG信号中所蕴含的呼吸波,将大大降低仪器成本,增加检测舒适度。文献[2 3]中提到了在脉搏波信号中呼吸波成分的形成机理,却忽视了其临床应用价值,仅将其作为干扰而去除,文献[4]提出了由PPG信号中提取呼吸参数的3种方法,但其基本原理都是线性平滑滤波,而PPG是典型的生物医学信号,在呼吸运动缓变的调制作用下,表现为非平稳随机性的特征,故其参数提取的效果或有效性非常有限。目前,针对非平稳信号通常的分析方法主要有短时傅里叶变换、小波变换等。短时傅里叶变换的基础是傅里叶变换,无法摆脱傅里叶变换的局限性[5]。小波分析本质上也是一组可调的窗口傅里叶变换,并且在信号分析过程中存在小波基选择、分解层数选取、阈值确定等问题,通过小波分析得到的小波分量和小波谱只相对于所选的小波基有意义,不具自适应性和广泛通用性。经验模式分解(e m pirical m ode deco m positi o n,E MD)是 第23卷 第4期 航天医学与医学工程 V o.l23 N o.4 2010年 8月 Space M edic i ne&M edical Eng i neer i ng A ug.2010
三角波、方波、正弦波发生电路之令狐文艳创作
波形发生电路 令狐文艳 要求：设计并制作用分立元件和集成运算放大器组成的能产生方波、三角波和正弦波的波形发生器。 指标：输出频率分别为：102H Z、103H Z和104Hz；方波的输出电压峰峰值V PP≥20V （1）方案的提出 方案一： 1、由文氏桥振荡产生一个正弦波信号。 2、把文氏桥产生的正弦波通过一个过零比较器 从而把正弦波转换成方波。 3、把方波信号通过一个积分器。转换成三角波。方案二： 1、由滞回比较器和积分器构成方波三角波产生电 路。 2、然后通过低通滤波把三角波转换成正弦波信号。方案三： 1、由比较器和积分器构成方波三角波产生电路。 2、用折线法把三角波转换成正弦波。 （2）方案的比较与确定 方案一：
文氏桥的振荡原理：正反馈RC网络与反馈支路构成桥式反馈电路。当R1=R2、C1=C2。即f=f0时，F=1/3、Au=3。然而，起振条件为Au略大于3。实际操作时，如果要满足振荡条件R4/R3=2时，起振很慢。如果R4/R3大于2时，正弦波信号顶部失真。调试困难。RC串、并联选频电路的幅频特性不对称，且选择性较差。因此放弃方案一。 方案二： 把滞回比较器和积分比较器首尾相接形成正反馈闭环系统，就构成三角波发生器和方波发生器。比较器输出的方波经积分可得到三角波、三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波和方波发生器。 通过低通滤波把三角波转换成正弦波是在三角波电压为固定频率或频率变化范围很小的情况下使用。然而，指标要求输出频率分别为102H Z、103H Z和104Hz。因此不满足使用低通滤波的条件。放弃方案二。 方案三： 方波、三角波发生器原理如同方案二。 比较三角波和正弦波的波形可以发现，在正弦波从零逐渐增大到峰值的过程中，与三角波的差别越来越大; 即零附近的差别最小,峰值附近差别最大。因此，根 据正弦波与三角波的差别，将三角波分成若干段， 按不同的比例衰减，就可以得到近似与正弦波的折 线化波形。而且折线法不受频率范围的限制。
阶梯波发生电路的设计
阶梯波发生电路的设计 实验三阶梯波发生电路的设计 一、实验目的 1、掌握阶梯波发生器电路的结构特点。 2、掌握阶梯波发生器电路的工作原理。 3、学习复杂的集成运算放大器电路的设计。二、实验要求 1、设计一个能产生周期性阶梯波的电路，要求阶梯波周期在18ms左右，输出电压范 围10V，阶梯个数5个。(注意：电路中均采用模拟、真实器件，不可以选用计数器、555 定时器、D/A转换器等数字器件，也不可选用虚拟器件。) 2、对电路进行分段测试和调节，直至输出合适的阶梯波。 3、改变电路元器件参数，观察输出波形的变化，确定影响阶梯波电压范围和周期的 元器件。三、实验原理 1、阶梯波发生器原理 要设计阶梯波发生电路，首先要设计好方波发生电路，然后通过微分电路，这是会得 到上下均有尖脉冲的波形。这是要只取上面的尖脉冲，就需通过限幅电路滤除下半部分的 波形。当这些脉冲经过积分累加电路时，一个尖脉冲累加为一个固定的值，下一个脉冲到 来时又会增加同样的一个值，于是输出形成了阶梯波形。当累加结果没有超过比较器的阈 值时，会一直累加下去。而达到门限后，比较器输出电压翻转，输出正电压使振荡控制电 路工作，使方波停振，同时积分电容对地短路放电，电容器恢复起始状态累加结束。而在 电容放电之后，积分器输出由负值向零跳变，使比较器又一次翻转，振荡电路不能工作， 比较器输出变为负 阶梯波发生原理框图 2、实验原理图 阶梯波原理图 四、实验过程 1、电路设计 （1）方波发生电路设计 设计电路如图3.03所示，从图3.04所示的示波器中可读出方波的周期为3.774ms。 方波发生电路 方波波形 （2）微分电路设计
脉搏测量仿真实验
实验报告五 一、实验目的 设计相应的信号调理电路，然后利用通过对脉搏信号进行测量，来进行实时显示测量结果。 二、实验内容 设计一个脉搏测量仪可实现对人体脉搏信号的测量和显示功能。 三、实验环境 计算机、MULTISIM仿真软件 四、实验方案 脉搏测量仪系统总框图，如图1所示。系统由五个部分组成：信号采集单元，信号调理单元，信号整形单元，频率计测量单元，显示单元。 信号采集单元主要是选用合适的传感器将脉搏的压力信号转换为电信号，一般传感器输出的电压都在几毫伏左右。 信号调理单元主要包括信号的低通滤波，以及实现信号的放大，经过信号调理单元，几毫伏的脉搏信号的电压被放大为4V-5V左右。 信号整形单元则将模拟信号转化成数字信号，将脉搏信号转换为同频率的脉冲。 频率计测量单元和显示单元由一个数字频率计完成其功能。 信号整形单元信号调理单元脉搏采集单元 频率计测量显示单元
图1 系统总体框图 五、实验步骤 1、数字频率计仿真设计 如图所示，当给予方波信号时，频率计开始计数，计数范围取决于上输入信号的频率及选通信号的频率，这里取输入信号频率f=1000Hz，选通信号F=10Hz，相当于在1秒内可计100个脉冲，计数范围可由选通信号的频率和输入的计数信号的频率来决定 2、采集信号放大电路电路 由于对于脉搏测量仪，其要求在脉搏信号频率范围内，不失真的放大所采集的微弱信号,因此需要对所采集的信号进行放大；由于脉搏信号的频率在1.33HZ 左右，正常情况下不会出现高于2HZ的信号，因此需要设计一个低通滤波器，用来滤去高频信号；而整形的时是为了将输入的信号变为方波。滤波器的载止频率
方波-三角波产生电路的设计.
方波-三角波产生电路的设计 1 技术指标 设计一个方波-三角波产生电路，要求方波和三角波的重复频率为500Hz ，方波脉冲幅度为6-6.5V ，三角波为1.5-2V ，振幅基本稳定，振荡波形对称，无明显非线性失真。 2 设计方案及其比较 产生方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以直接产生三角波—方波。由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波。 2.1 方案一 非正弦波发生器的组成原理是电路中必须有开关特性的器件，可以是电压比较器，、集成模拟开关、TTL 与非门等；具有反馈网络，它的作用是通过输出信号的反馈，改变开关器件的状态；具有延迟环节，常用RC 电路充放电来实现；具有其他辅助部分，，如积分电路等。 矩形经过积分器就变成三角波形，即三角波形发生器是由方波发生器和反向积分器所组成的。但此时要求前后电路的时间常数配合好，不能让积分器饱和。 如图1所示为该电路设计图。 由集成运算放大器构成的方波和三角波发生器，一般均包括比较器和RC 积分器两大部分。如图所示为由迟滞比较器和集成运放组成的积分电路所构成的方波和三角波发生器。1U 构成迟滞比较器，用于输出方波；2U 构成积分电路，用于把方波转变为三角波，即输出三角波。
图1 方案一电路设计图 U1构成迟滞比较器，同相端电位p V 由1O V 和2O V 决定。利用叠加定理可得： 21211211211) ()(O V V O V P V R R R R R V R R R R V ?++++?++= 当0>P V 时，U1输出为正，即Z O V V +=1 当0
EDA实验四阶梯波发生器电路的设计说明
实验四阶梯波发生器电路的设计 一、实验目的 1. 熟悉Multisim软件的使用，包括电路图编辑、虚拟仪器仪表的使用方法掌握常用电路分析方法。 2. 能够运用Multisim软件对模拟电路进行设计和性能分析，掌握EDA设计的基本方法和步骤。 3.熟练掌握有关阶梯波电路设计的方法，并应用相关知识来分析电路，掌握组 成阶梯波电路的各个部分的电路的在阶梯波电路中的作用，深刻体会阶梯波的调节方法，做到理论和实践相结合，加深对知识的理解。 二、实验要求 （1）设计一个能产生周期性阶梯波的电路，要求阶梯波周期在20ms左右，输出电压围10V，阶梯个数5个。(注意：电路中均采用模拟、真实器件，不可以选用计数器、555定时器、D/A转换器等数字器件，也不可选用虚拟器件。) （2）对电路进行分段测试和调节，直至输出合适的阶梯波。 （3）改变电路元器件参数，观察输出波形的变化，确定影响阶梯波电压围和周期的元器件。 三、实验步骤 1．实验所用的总电路图如下图1所示：
图1 电路输出的波形如下图2和图3所示：
图2 图3 由上面两幅图可以看出阶梯波的周期为T=23.899mS，阶梯个数为5个，输出电压 为10.024V符合实验要求。 本实验所用的电路由方波发生电路、微分电路、限幅电路、积分累加器、比较
器、电子开关电路、振荡控制电路和电源等八部分电路组成，各个部分的关系可 由 下框图所示： 振荡控制电路 输出方波发生器微分电路限幅电路积分累加电路比较器 电源电子开关电路 2.电路工作原理 ①方波发生器电路 方波发生器电路如下图4所示： 图4
实验所用方波发生电路产生的方波的周期为T=Cln(1+2)，带入相应 的数据可知T=2×18.7KΩ×100nF×ln(1+2)=3.76mS。其输出的方波波形如下图5和图6所示：
常见非线性回归模型
常见非线性回归模型 1.简非线性模型简介 非线性回归模型在经济学研究中有着广泛的应用。有一些非线性回归模型可以通 过直接代换或间接代换转化为线性回归模型,但也有一些非线性回归模型却无 法通过代换转化为线性回归模型。 柯布—道格拉斯生产函数模型 y AKL 其中L和K分别是劳力投入和资金投入, y是产出。由于误差项是可加的, 从而也不能通过代换转化为线性回归模型。 对于联立方程模型,只要其中有一个方程是不能通过代换转化为线性,那么这个联立方程模型就是非线性的。 单方程非线性回归模型的一般形式为 y f(x1,x2, ,xk; 1, 2, , p) 2.可化为线性回归的曲线回归 在实际问题当中，有许多回归模型的被解释变量y与解释变量x之间的关系都不是线性的，其中一些回归模型通过对自变量或因变量的函数变换可以转化为
线性关系，利用线性回归求解未知参数，并作回归诊断。如下列模型。 （1）y 0 1e x （2）y 0 1x2x2p x p （3）y ae bx (4)y=alnx+b 对于（1）式，只需令x e x即可化为y对x是线性的形式y01x，需要指出的是，新引进的自变量只能依赖于原始变量，而不能与未知参数有关。 对于（2）式，可以令x1=x,x2=x2,?,x p=x p,于是得到y关于x1,x2,?, x p 的线性表达式y 0 1x12x2 pxp 对与（3）式，对等式两边同时去自然数对数，得lnylnabx ,令 y lny, 0 lna, 1 b，于是得到y关于x的一元线性回归模型： y 0 1x。 乘性误差项模型和加性误差项模型所得的结果有一定差异，其中乘性误差项模型认为yt本身是异方差的，而lnyt是等方差的。加性误差项模型认为yt是等 方差的。从统计性质看两者的差异，前者淡化了y t值大的项（近期数据）的作用， 强化了y t值小的项（早期数据）的作用，对早起数据拟合得效果较好，而后者则 对近期数据拟合得效果较好。 影响模型拟合效果的统计性质主要是异方差、自相关和共线性这三个方面。 异方差可以同构选择乘性误差项模型和加性误差项模型解决，必要时还可以使用 加权最小二乘。
脉搏测量仪设计
第1章概述 随着科学技术的发展，脉搏测量技术也越来越先进，对脉搏的测量精度也越来越高，国内外先后研制了不同类型的脉搏测量仪，而其中关键是对脉搏传感器的研究。起初用于体育测量的脉搏测试集中在对接触式传感器的研究，利用此类传感器所研制的指脉、耳脉等测量仪各有其优缺点。指脉测量比较方便、简单，但因为手指上的汗腺较多，指夹常年使用，污染可能会使测量灵敏度下降：耳脉测量比较干净，传感器使用环境污染少，容易维护。但因耳脉较弱，尤其是当季节变化时，所测信号受环境温度影响明显，造成测量结果不准确[3]。过去在医院临床监护和日常中老年保健中出现的日常监护仪器，如便携式电子血压计，可以完成脉搏的测量,但是这种便携式电子血压计利用微型气泵加压橡胶气囊，每次测量都需要一个加压和减压的过程，存在体积庞大、加减压过程会有不适、脉搏检测的精确度低等缺点。 近年来国内外致力于开发无创非接触式的传感器，这类传感器的重要特征是测量的探测部分不侵入机体，不造成机体创伤，能够自动消除仪表自身系统的误差，测量精度高，通常在体外，尤其是在体表间接测量人体的生理和生化参数。 其中光电式脉搏传感器是根据光电容积法制成的脉搏传感器，通过对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号。具有结构简单、无损伤、精度高、可重复使用等优点。通过光电式脉搏传感器所研制的脉搏测量仪已经应用到临床医学等各个方面并收到了理想效果。 人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张，是血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波成为脉搏波[4]。从脉搏波中提取人体的心理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征,因此对脉搏波采集和处理具有很高的医学价值和应用前景[5]。但人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频的弱信号, 脉搏波信号更是低频微弱的非电生理信号,因此必需经过放大和后级滤波以满足采集的要求。 第2章总体设计思想
三角波信号发生电路设计
课程设计报告 课程名称：模拟电子技术基础 设计题目：三角波信号发生电路设计 姓名： 学号： 系别： 专业班级： 开始日期： 完成日期 指导教师： 成绩评定等级（分数）
课程设计任务书 班级：姓名：学号：
目录 一、设计意义 (1) 1.1信号发生器的概述 (1) 1.2预计完成步骤 (1) 1.3制定的措施 (1) 二、设计方案比较 (1) 2.1三角波发生电路设计方案一 (1) 2.2三角波发生电路设计方案二 (3) 三、电路组成框图 (5) 四、电路原理图 (5) 五、组装及仿真指标测试 (7) 六、总结 (8) 七、参考文献 (9)
一、设计意义 1.1信号发生器的概述 信号发生器在电子技术应用领域里的用途非常广泛，在数字系统和自动控制系统也常常需要方波，三角波，的非正弦波信号发生器。目前我们实验室用的较多的波形发生器主要有两种：低频正弦波发生器和通用多波形发生器，前者只能产生正弦波，调节范围不大，但是信号稳定，失真度底，主要用在对波形有很高的要求的实验中；后者能产生正弦波、方波和三角波，也有的能产生三种以上波形。 本次课程设计是做一个能够产生三角波电路的设计。 由理论分析知,电压比较器可以产生方波,积分电路可以产生三角波。 1.2预计完成步骤 任务一 总体设计 任务二 方波-三角波产生电路设计 任务三 方波-三角波产生电路的安装 任务四 方波-三角波产生电路的仿真和调试 1.3制定的措施 使用National Instruments Multisim 编辑电路原理图。并且进行理论仿真。 在几个方案中选择具有可行性以及稳定性强的的电路原理图。 对选定的原理图进行安装调试。 二、设计方案比较 2.1三角波发生电路设计方案一 图1 三角波发生电路（一） 三角波电路波形可以通过积分电路实现，把方波电压作为积分运算电路的输入，在积分运算电路的输出就得到了三角波。 如图1所示电路输入方波电压，可见，输出为三角波。图中滞回比较器的输出电压 Z U U ±=01 ,他的输入电压时积分电路的输出电压0U ，根据叠加原理，集成运放1A 同相输 入端电位
压控阶梯波发生器基于运放的信号发生器设计
北京工业大学 课程设计报告 学院电子信息与控制工程 专业通信工程 班级 120241 组号 14 题目1、压控阶梯波发生器 2、基于运放的信号发生器设计 姓名周文晨 学号12024128 指导老师张国英 成绩 2014 年05 月29 日
压控阶梯波发生器 【实验名称】压控阶梯波发生器 【设计任务】在规定时间内设计并调试一个由电压控制的阶梯波发生器。 【设计要求】 1、输出阶梯波的频率能被输入的直流电压所控制，频率控制范围为600Hz---1000Hz。 2、输出阶梯波的台阶数为10级，且比例相等。 3、输出阶梯波的电压为1V/级。 4、输入控制电压的范围为0.5V至6V。 5、电路结构简单，所用原器件尽量少，成本低。 【调试要求】利用实验室设备和指定器件进行设计，组装和调试，达到设计的要求，写出总结报告 仿真图，草图，电路图附本实验的报告后 【参考元器件】 1、运算放大器uA741,LM324，LM358. 2、TTL电路74LS20，74LS161 ，74LS175。 3、CMOS缓冲器CD4010 4、稳压管二极管 5、电阻电容电位器
设计思路 一：输出阶梯波的台阶数为十阶 想法：采用十进制计数器，确保每十个时钟信号后清零。选取74LS161芯片 二：输出阶梯波每阶比例相等，电压为1V/阶 想法：⑴采用权组网路，将数字信号转化为模拟信号 ⑵运用放大器，将输出信号放大以满足要求。选取运算放大器LM358芯片 另外，74LS161是单纯的计数功能芯片，带负载能力很弱。对于后面串上的几十千欧级的电阻显得力不从心。用万用表实测74LS161输出管脚的电压值，也确实发现高电平对应的实际电压值并不恒定。为改善这样的情况，需把74LS161输出加到74LS175上，再把74LS175的输出加到CD4010上CD4010是缓冲器，可以把不稳的输入电压缓冲为稳定的输出电压，而且电流加大，大大加强了带负载的能力。74LS175和CD4010共同组成了缓冲器，虽然对电路的逻辑功能没有影响，但却是实现电路功能不可或缺的一部分。 综上所述，电路应分为压频转换波分、计数部分、全电阻网络部分和信号放大部分。我们选取的芯片为：LM358、74LS161、74LS175、CD4010
光电脉搏检测电路设计报告
光电脉搏检测电路设计报告 天津大学精仪学院生物医学工程一班 张静翀3004202334 脉搏波的概述 1.脉搏波的定义 脉搏波是以心脏搏动为动力源, 通过血管系的传导而产生的容积变化和振动现象。当心脏收缩时, 有相当数量的血液进入原已充满血液的主动脉内, 使得该处的弹性管壁被撑开,此时心脏推动血液所作的功转化为血管的弹性势能; 心脏停止收缩时, 扩张了的那部分血管也跟着收缩, 驱使血液向前流动, 结果又使前面血管的管壁跟着扩张, 如此类推。这种过程和波动在弹性介质中的传播有些类似, 因此称为脉搏波(pulse wave) 。 2.脉搏信息 血液在人体内循环流动过程中，经历过心脏的舒张、内脏流量的涨落、血管各端点的阻滞、血管内波的折一反射以及血管壁的黏弹等过程。脉搏波不仅受到心脏状况的影响，同时要受到内环境调控功能器官(脏器) 状态所需血液参数以及系统状态参数等的影响。所以脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息，很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征。 3.脉搏测量的意义 脉搏是临床检查和生理研究中常见的生理现象，包含了反映心脏和血管状态的重要生理信息。人体内各器官的健康状态、病变等信息将以某种方式显现在脉搏中即在脉象中。人体脉象中富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息。通过对脉搏波检测得到的脉波图含有出许多有诊断价值的信息，可以用来预测人体某些器脏结构和功能的变换趋势，如:血管几何形态和力学性质的变异会引起脉搏波波形和波速等性质的改变，而脉搏的病理生理性改变常引发各种心血管事件，脉搏生理性能的改变可以先于疾病临床症状出现，通过对脉搏的检测可以对如高血压和糖尿病等引起的血管病变进行评估。同时脉搏测量还为血压测量，血流测量及其他某些生理检测技术提供了一种生理参考信号。 设计目的与意义 目的 应用光电式传感器、放大滤波电路组成的脉搏测量电路 通过示波器显示人体指端动脉脉搏信息 意义 通过观测到的脉搏的次数、跳动的波形为临床提供部分 诊断价值的信息，为人体某些器脏结构和功能的变换趋势提供生理参考信号
脉搏信号调理电路的设计
脉搏信号调理电路的设计 摘要：脉搏作为人体重要的生理及病理参数之一，其信号具有重要的研究价值。针对其信号微弱、频率低且易受干扰的特点，文中首先提出了信号调理电路设计的要求，然后有针对性地选择元器件并设计硬件电路，最后对所设计的硬件电路进行实际测试。结果表明该调理电路具有输出波形稳定、噪声小和共模抑制比高的特点，提高了脉搏信号采集的精度。关键词：脉搏；信号调理；电路设计 Design of Circuit for Conditioning the Pulse Signals ZHANG Jin-bang，LIU Jun （Graduate Management Team，Engineering University of CAPF，Xi”an710086）Abstract: Pulse is one of the most important index of the human physiology and pathology，and provided with important medical researchful value . Basede on the characteristic of weak，low frequency and easily can be disturbed of pulse signals. The request of conditioning circuit for pulse signals is proposed，and the necessary compinents are elected in accordance with the characters of pulse，and the circuit is design. There are the circuit of prepose amplification，the circuit of zero，the circuit of restricting the signals 50 Hz，the circuit of band-pass filter and the circuit of secondary amplification. The circuit of hardware designed has been tested，and the measurement shows that the conditioning circuit of pulse signals possesses the advantages of high CMMR(common model restrain ration)，low noise，the output is stabilization，and has enhanced the precision of collection for pulse signals.
方波_三角波发生电路实验报告
河西学院物理与机电工程 学院 综合设计实验 方波-三角波产生电路 实验报告 学院：物理与机电工程学院 专业：电子信息科学与技术
：侯涛 日期：2016年4月26日 方波-三角波发生电路 要求：设计并制作用分立元件和集成运算放大器组成的能产生方波、三角波的波形发生器。 指标：输出频率分别为：102HZ、103HZ和104Hz；方波的输出电压峰峰值VPP≥20V 一、方案的提出 方案一： 1、由文氏桥振荡产生一个正弦波信号。 2、把文氏桥产生的正弦波通过一个过零比较器从而把正弦波转换成方波。 3、把方波信号通过一个积分器。转换成三角波。 方案二： 1、由滞回比较器和积分器构成方波三角波产生电路。 2、然后通过低通滤波把三角波转换成正弦波信号。 方案三： 1、由比较器和积分器构成方波三角波产生电路。
2、用折线法把三角波转换成正弦波。 二、方案的比较与确定 方案一： 文氏桥的振荡原理：正反馈RC网络与反馈支路构成桥式反馈电路。当R1=R2、C1=C2。即f=f0时，F=1/3、Au=3。然而，起振条件为Au略大于3。实际操作时，如果要满足振荡条件R4/R3=2时，起振很慢。如果R4/R3大于2时，正弦波信号顶部失真。调试困难。RC串、并联选频电路的幅频特性不对称，且选择性较差。因此放弃方案一。 方案二： 把滞回比较器和积分比较器首尾相接形成正反馈闭环系统，就构成三角波发生器和方波发生器。比较器输出的方波经积分可得到三角波、三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波和方波发生器。通过低通滤波把三角波转换成正弦波是在三角波电压为固定频率或频率变化围很小的情况下使用。然而，指标要求输出频率分别为102HZ、103HZ和104Hz 。因此不满足使用低通滤波的条件。放弃方案二。 方案三： 方波、三角波发生器原理如同方案二。比较三角波和正弦波的波形可以发现，在正弦波从零逐渐增大到峰值的过程中，与三角波的差别越来越大即零附近的差别最小,峰值附近差别最大。因此，根据正弦波与三角波的差别，将三角波分成若干段，按不同的比例衰减，就可以得到近似与正弦波的折线化波形。而且折线法不受频率围的限制。 综合以上三种方案的优缺点，最终选择方案三来完成本次课程设计。 三、工作原理： 1、方波、三角波发生电路原理
数字电路课程设计阶梯波信号发生器
《数字电路课程设计》 说明书 题目：阶梯波信号发生器 专业：电子信息科学与技术 班级：------ 学号：------ 姓名：------
目录 1、设计题目 (3) 2.设计目的: (3) 3.设计要求 (3) 4.设计方案 (3) 5.设计原理 (4) 5.1预置数功能实现 (4) 5.2时钟信号发生器 (4) 5.3 D/A转换器 (6) 5．4整体电路图 (7) 6、心得体会 (7) 7.参考文献 (7)
正文 1、设计题目 设计一个阶梯信号发生器 2.设计目的: 1）.了解D/A转换电路的工作原理。 2）.掌握用集成运算放大器设计D/A转换电路。 3.设计要求 1）. 以集成计数器为主要器件，设计一个阶梯波发生器，要求输出如图所示波形。周期为 2ms。 2）.依据设计结果，创建实验电路。 3）.仿真、调试。 4.设计方案 1）由时钟信号发生器、计数器和D/A转换器组成电路。 2）时钟信号发生器的信号频率可调，可采用由555构成的多谐振荡器。 3）由74LS161反馈置零法确定方波的阶数。 4）D/A转换器将计数器的输出值转换为模拟电压。
5.设计原理 5.1预置数功能实现 如下图 5.2时钟信号发生器 时钟信号发生器可由振荡器构成，振荡器采用555构成的多谐振荡器，通过改变阻值实现振荡器频率可调。利用555定时器组成的多谐振荡器接通电源后，电容C1被充电，当电压上升到一定数值时里面集成的三极管导通，然后通过电阻和三极管放电，不断的充放电从而产生一定周期的脉冲，通过改变电路上器件的值可以微调脉冲周期。由所学知识知T= (R1+2R2)*C1,则f=1/T,通过直接按键盘字母F（增加R2的接入阻值）或者Shift+F（减小R2的接入阻值）来改变频率。 连线电路如下图：
光电脉搏波传感放大器设计课程设计word版
如不慎侵犯了你的权益，请联系我们告知！ 摘要 作为反映人体健康状况的重要生理信息，脉搏波在临床诊断和疾病治疗中,受到广泛重视。目前，"摸脉"方法仍然是医生诊断疾病所采用的一种普遍技术手段。脉搏波所呈现出的综合信息，如形态（波形）、强度（波幅）、速率（波速）和节律（周期）等，在很大程度上反映了人体心血管系统中的生理和病理的血流特性，其医学价值重大。无创血氧浓度和无袖带血压测量技术就是在脉搏波的波形分析基础上实现的。由于人体的生物信号处于强噪声背景下, 脉搏波作为一种低频微弱的非电生理信号，必需经过放大和后级滤波处理，才能满足进行采集和观察的要求。 本文在广泛查阅国内外有关光电容积脉搏波扫描法的研究和应用情况的基础上，设计并制作完成了基于光电容积脉搏波扫描法的透射式光电脉搏波传感放大器电路，并对其在使用中的问题及应用前景进行了深入探讨 关键词：脉搏波光电容积脉搏波扫描法放大器滤波器传感器
目录 摘要 (1) 绪论 (3) 第一章. 动脉脉搏波的相关理论 (4) 1.1 动脉脉搏波的产生及波形特点 (4) 1.2 脉搏波的传播速度 (5) 1.3 脉搏波的研究意义 (8) 第二章.血压测量技术的研究方法 (9) 2.1 无创血压测量方法综述 (9) 2.1.1 柯氏音听诊法 (9) 2.1.2 示波法 (10) 2.1.3 扁平张力法 (11) 2.1.4 超声波法 (11) 2.2 弱信号测量相关知识 (12) 2.2.1 电气设备干扰 (12) 2.2.2 常规小信号检测方法 (13) 第三章．系统设计及实现 (14) 3.1 系统总体设计与框图 (14) 3.2 PPG传感器设计 (15) 3.2.1 光源的驱动电路 (15) 3.2.2 光电接收及前置放大 (17) 3.3 二阶低通滤波电路 (18) 3.4 二阶高通滤波电路 (22) 3.5 二级放大及电平提升电路 (25) 第四章. 系统运行结果测试 (26) 4.1采集电路测试 (26) 4.2 初级放大和滤波电路功能测试 (27) 4.3系统总体测试 (28) 结论 (29) 参考文献 (30)
课程设计电子心率计设计
1.设计前言 心率是人体的一项重要生理参数，在现代医学中，心率对于血液循环和心脏功能领域的研究具有重要意义。心率计是医学中用来测量人体心率的装置，高精度心率计的研究开发历来是医学仪器领域的一项重要课题。本设计便旨在通过已学的电路和硬件知识，设计一款简易的数字心率计。在本设计中由于脉搏频率与心率相同，测量心率可以用测量脉搏近似得到，因此本设计将人体脉搏作为测量对象。本设计将采用multisim软件来绘制电路。 设计流程： 要实现对脉搏的测量，首先要用传感器测量得到脉搏信号。 信号得到后，因为原始信号比较微弱，需要用放大电路将其放大到一个合适的幅度。 放大后的信号中会夹杂有各种噪声，因此需要经过滤波电路对其进行滤波处理，以消除噪声，提高信号信噪比。 为使信号能够在计数器中实现计数，需要对信号进行整形处理，将信号由一个不规则信号整理为可用于计数的方波或脉冲信号。 信号经过整形后，由于设计要求实现在短时间内测量一分钟心率的功能，需要在计数前对信号进行倍频处理，以实现上述功能。 经过之前一系列处理后，信号将进入计数器进行计数，其中计数器需要用相应的定时器配合完成该步骤，定时器同样要实现短时间内测量一分钟心率的功能。 计数器输出的信号是可用于显示频显示的七位BCD码，将其连入显示频显示。同时将该信号送入比较器中与预设的数值进行比较，当测量值在预设范围之外时将通过报警电路进行LED灯报警，表示所测得的心率超出正常范围。 设计流程的图示如下：
附：心率的生理意义 人的心脏比握紧的拳头稍大，平均重量为300g。它是人体内“泵器官”，负责人体血液循环。心脏每天跳动超过10万次，累计使8千多公升的血液，流经约1万9千公里长的动静脉，从而维持血液循环。心脏有四个腔，分别是左心房、右心房、左心室和右心室。右心房接受全身各器官回流的含氧低静脉血并输入右心室，右心室把血液泵入肺脏进行氧气与二氧化碳的气体交换。左心房将自肺脏返回的含氧高的动脉血输入左心室，左心室再将血液输送至全身器官。从我们出生的那一刻起，心脏便24小时不停地工作，为全身输送氧气和养分。心脏能够这样周而复始地有规律地工作，是因为心脏有一个天然的起搏器——窦房结，它能自发地、有节律地发放电脉冲，并沿着结间束、房室结、希氏束和左右束支这一固定的激动传导途径由上向下传遍整个心脏，使心脏各个腔室顺序收缩，完成运送血液的工作。心脏的正常工作要求心脏节律发放和传导系统的结构和功能正常。心率(heart rate)指心脏分钟搏动的次数，它能够反映心脏的工作状态。正常心率决定于窦房结的节律性，成人静息时约60～100次/min，平均约75次/min。心率可因年龄、性别及其他因素而变化。初生儿心率约130次/min，随年龄增长而逐渐减慢，至青春期乃接近成人的心率。女性心率比男性稍快；运动员心率较慢。成人安静心率超过120次/min者，为心动过速；低于40次/min者为心动过缓。心率受植物性神经和体液因素调节。安静或睡眠时，心迷走中枢紧张性增高，心交感中枢紧张性降低，心率减慢。运动、情绪激动、精神紧张时，心迷走中枢紧张性降低，心交感中枢紧张性升高，心率加快。肾上腺素、去甲肾上腺素、甲状腺素等体液因素也会增快心率。此外，体温每升高1℃，心率加快12～20次/min。
三角波发生电路设计
三角波发生器设计 制作人：朱立超 西安建筑科技大学
一、工作原理： 1. 基本原理图： 2.工作原理： 1)如图1，三角波发生器电路，有两部分组成。其中集成运放A1组成滞回比较器，A2组成积分电路。滞回比较器可以产生稳定的方波信号，再通过积分电路积分产生所需要的三角波。 由积分电路2031(z)dt T U R C --? 可知积分电路输出电压同u o1 反向。 设t=0时积分电路电容上的初始电压为零，而滞回比较器输出端u o1=+Uz 。又有电路图可以看出，两级电路分别都引入了反馈， A 1同相输入端的电压u p1同时与u o1和u o 有关，根据叠加定理 可得 121o1o 1212 u u u p R R R R R R =+++ 由积分回路同向和反向输入端“虚短”“虚断”u p2= u n2=0,从而可 图1 三角波发生电路图
知u o =u p2.由于t 0时电容两端电压为了零，所以 u o =0，而u 01=+Uz ，故u p1也为正。而当u o1=+Uz 时，经反向积分，输出电压u o 将随着时间往负方向线性增长，则u p1将随之逐渐减小，当减小至u p1=u n1=0时，滞回比较器的输出端电压发生跳变，使u o1由+Uz 跳变为-Uz ，此时u p1也将跳变成为一个负值。当u o1=-Uz 时，积分电路的输出电压u o 将随着时间往正方向线性增长，u p1将又逐渐增大，当增大至u p1= u n1=0时，滞回比较器的输出端再次发生跳变，u 01由-Uz 跳变为+Uz 。如此重复上述过程，于是滞回比较器的输出电压u 01成为周而复始的矩形波，从而积分电路的输出电压u o 也成为周期性重复的三角波。 滞回比较器和积分电路特性： 2)输出幅度： 在u o1=-Uz 期间，积分电路的输出电压u o 往正方向线性增长，此时u p1也随着增长，当增长至u p1= u n1=0时，滞回比较器的输出电压u o1发生跳变，而发生跳变时的u o 值即是三角波的最大值Uom 。将条图3 电路的波形图 图2 电压输出特性
非线性回归分析
非线性回归问题, 知识目标：通过典型案例的探究，进一步学习非线性回归模型的回归分析。 能力目标：会将非线性回归模型通过降次和换元的方法转化成线性化回归模型。 情感目标：体会数学知识变化无穷的魅力。 教学要求：通过典型案例的探究，进一步了解回归分析的基本思想、方法及初步应用. 教学重点：通过探究使学生体会有些非线性模型通过变换可以转化为线性回归模型，了解在解决实际问题的 过程中寻找更好的模型的方法. 教学难点：了解常用函数的图象特点，选择不同的模型建模，并通过比较相关指数对不同的模型进行比较. 教学方式：合作探究 教学过程： 一、复习准备： 对于非线性回归问题,并且没有给出经验公式,这时我们可以画出已知数据的散点图,把它与必修模块《数学1》中学过的各种函数（幂函数、指数函数、对数函数等）的图象作比较,挑选一种跟这些散点拟合得最好的函数,然后采用适当的变量代换,把问题转化为线性回归问题,使其得到解决. 二、讲授新课： 1. 探究非线性回归方程的确定： 1. 给出例1：一只红铃虫的产卵数y 和温度x 有关，现收集了7组观测数据列于下表中，试建立y 与x 之间 2. 讨论：观察右图中的散点图，发现样本点并没有分布在某个带状区域内，即两个变量不呈线性相关关系，所以不能直接用线性回归方程来建立两个变量之间的关系. ① 如果散点图中的点分布在一个直线状带形区域，可以选线性回归模型来建模；如果散点图中的点分布在一个曲线状带形区域，就需选择非线性回归模型来建模. ② 根据已有的函数知识，可以发现样本点分布在某一条指数函数曲线y =2C 1e x C 的周围（其中12,c c 是待定的参数），故可用指数函数模型来拟合这两个变量. ③ 在上式两边取对数，得21ln ln y c x c =+ ，再令ln z y =，则21ln z c x c =+， 可以用线性回归方程来拟合. ④ 利用计算器算得 3.843,0.272a b =-=，z 与x 间的线性回归方程为0.272 3.843z x =-$，因此红铃虫的产卵数对温度的非线性回归方程为$0.272 3.843x y e -=. ⑤ 利用回归方程探究非线性回归问题，可按“作散点图→建模→确定方程”这三个步骤进行. 其关键在于如何通过适当的变换，将非线性回归问题转化成线性回归问题. 三、合作探究 例 2.：炼钢厂出钢时所用的盛钢水的钢包,在使用过程中,由于钢液及炉渣对包衬耐火材料的侵蚀,使其容积不断增大,请根据表格中的数据找出使用次数x 与增大的容积y 之间的关系.