مستشعر نبضات القلب - العمل والتطبيق

ماذا تقصد بضربات القلب؟

نبضات قلب الشخص هي صوت الصمامات الموجودة في قلبه تتقلص أو تتمدد لأنها تدفع الدم من منطقة إلى أخرى. عدد ضربات القلب في الدقيقة (BPM) ، هو معدل ضربات القلب ونبض القلب الذي يمكن الشعور به في أي شريان قريب من الجلد هو النبض.

طريقتان لقياس نبضات القلب

• الطريقة اليدوية : يمكن التحقق من نبضات القلب يدويًا عن طريق فحص نبضات الشخص في موقعين - معصم ( الصحافة شعاعي ) والرقبة ( الصحافة السباتي ). يتمثل الإجراء في وضع إصبعين (السبابة والإصبع الأوسط) على الرسغ (أو الرقبة أسفل القصبة الهوائية) وعد عدد النبضات لمدة 30 ثانية ثم ضرب هذا الرقم في 2 للحصول على معدل ضربات القلب. ومع ذلك ، يجب تطبيق الضغط في حده الأدنى ، كما يجب تحريك الأصابع لأعلى ولأسفل حتى يتم الشعور بالنبض.

• باستخدام جهاز استشعار : يمكن قياس ضربات القلب بناءً على تباين الطاقة الضوئية حيث يتشتت الضوء أو يمتص أثناء مساره عبر الدم مع تغير ضربات القلب.

مبدأ مستشعر نبضات القلب

يعتمد مستشعر ضربات القلب على مبدأ التصوير الضوئي. يقيس التغير في حجم الدم من خلال أي عضو في الجسم مما يسبب تغيرًا في شدة الضوء من خلال ذلك العضو (منطقة الأوعية الدموية). في حالة التطبيقات التي يكون فيها القلب معدل النبض المراد مراقبته ، توقيت النبضات أكثر أهمية. يتم تحديد تدفق حجم الدم من خلال معدل نبضات القلب ، وبما أن الدم يمتص الضوء ، فإن نبضات الإشارة تعادل نبضات القلب.

هناك نوعان من التصوير الضوئي:

توصيل : الضوء المنبعث من الجهاز الباعث للضوء ينتقل عبر أي منطقة وعائية بالجسم مثل شحمة الأذن ويستقبله الكاشف.

انعكاس : الضوء المنبعث من الجهاز الباعث للضوء ينعكس على المناطق.

عمل مستشعر نبضات القلب

يتكون مستشعر ضربات القلب الأساسي من الصمام الثنائي الباعث للضوء وكاشف مثل المقاوم للكشف عن الضوء أو الثنائي الضوئي. تسبب نبضات القلب تباينًا في تدفق الدم إلى مناطق مختلفة من الجسم. عندما يضيء النسيج بمصدر الضوء ، أي الضوء المنبعث من الصمام ، فإنه إما يعكس (نسيج الإصبع) أو ينقل الضوء (شحمة الأذن). يمتص الدم بعض الضوء ويستقبل كاشف الضوء الضوء المنقول أو المنعكس. تعتمد كمية الضوء الممتص على حجم الدم في هذا النسيج. يكون خرج الكاشف على شكل إشارة كهربائية ويتناسب مع معدل ضربات القلب.

هذه الإشارة هي إشارة تيار مستمر تتعلق بالأنسجة وحجم الدم ومكون التيار المتردد المتزامن مع ضربات القلب والناجمة عن التغيرات النبضية في حجم الدم الشرياني يتم فرضه على إشارة التيار المستمر. وبالتالي فإن المطلب الرئيسي هو عزل مكون التيار المتردد هذا لأنه ذو أهمية قصوى.

لتحقيق مهمة الحصول على إشارة التيار المتردد ، يتم أولاً تصفية الإخراج من الكاشف باستخدام دائرة HP-LP ذات مرحلتين ثم يتم تحويلها إلى نبضات رقمية باستخدام دائرة مقارنة أو باستخدام ADC بسيط. تُعطى النبضات الرقمية لمتحكم دقيق لحساب معدل ضربات القلب ، المعطى بالصيغة-

BPM (نبضة في الدقيقة) = 60 * f

حيث f هو تردد النبض

مستشعر نبضات القلب العملي

أمثلة عملية استشعار نبضات القلب مستشعر معدل ضربات القلب (المنتج رقم PC-3147). وهو يتألف من مصباح LED يعمل بالأشعة تحت الحمراء و LDR مضمن في هيكل يشبه المشبك. يتم توصيل المشبك بالعضو (شحمة الأذن أو الإصبع) مع وجود جزء الكاشف على الجسد.

مثال آخر هو TCRT1000 ، مع 4 دبابيس-

Pin1: لإعطاء جهد الإمداد إلى LED

يتم تأريض Pin2 و 3. دبوس 4 هو الإخراج. الدبوس 1 هو أيضًا دبوس التمكين وسحبه عاليًا يؤدي إلى تشغيل مؤشر LED ويبدأ المستشعر في العمل. إنه مدمج في جهاز يمكن ارتداؤه يمكن ارتداؤه على المعصم والإخراج يمكن إرسالها لاسلكيًا (من خلال البلوتوث) إلى الكمبيوتر للمعالجة.

تطبيق تطوير نظام استشعار نبضات القلب

يمكن أيضًا بناء نظام مستشعر نبضات القلب الأساسي باستخدام المكونات الأساسية مثل LDR والمقارن IC LM358 ومتحكم دقيق كما هو موضح أدناه

كما هو موضح أعلاه فيما يتعلق بمبدأ مستشعر ضربات القلب ، عندما يضيء نسيج الإصبع أو أنسجة شحمة الأذن باستخدام مصدر ضوئي ، ينتقل الضوء بعد تعديله ، أي جزء يمتصه الدم وينتقل الباقي. يستقبل كاشف الضوء هذا الضوء المعدل.

هنا يتم استخدام المقاوم المعتمد على الضوء (LDR) ككاشف للضوء. إنه يعمل على مبدأ أنه عندما يسقط الضوء على المقاوم ، تتغير مقاومته. مع زيادة شدة الضوء ، تقل المقاومة. وبالتالي ينخفض ​​انخفاض الجهد عبر المقاوم.

هنا يتم استخدام مقارن يقارن جهد الخرج من LDR بجهد عتبة الجهد. جهد العتبة هو انخفاض الجهد عبر LDR عندما يسقط الضوء ذو الشدة الثابتة ، من مصدر الضوء ، مباشرة عليه. يتم توصيل الطرف العكسي للمقارن LM358 بترتيب الفاصل المحتمل الذي تم ضبطه على جهد العتبة ويتم توصيل الطرف غير القابل للتحويل بـ LDR. عندما يضيء النسيج البشري باستخدام مصدر الضوء ، تقل شدة الضوء. نظرًا لانخفاض شدة الضوء على LDR ، تزداد المقاومة ونتيجة لانخفاض الجهد. عندما ينخفض ​​الجهد عبر LDR أو يتجاوز المدخلات غير المقلوبة المدخلات المقلوبة ، يتم تطوير إشارة منطقية عالية عند خرج المقارنة وفي حالة انخفاض الجهد المنخفض يتم تطوير ناتج منطقي منخفض. وهكذا يكون الناتج عبارة عن سلسلة من النبضات. يمكن تغذية هذه النبضات إلى وحدة التحكم الدقيقة التي تعالج المعلومات وفقًا لذلك للحصول على معدل ضربات القلب ويتم عرض ذلك على شاشة العرض الموصولة بوحدة التحكم الدقيقة.

شرح بالفيديو على مخطط دائرة حساس ضربات القلب