1、 1 本科毕业设计 (论文 )文献综述 电子信息 工程 电子血压计的研究 摘要： 血压计主要利用一个充气袖带和监听设备，通过侦听的方式测量血压；也可以利用压力传感器测量血压。 本文主要介绍利用后者这一原理设计出的血压计，既在血压计内部嵌入一个传感器。文中列出一些方案，并且对它们的特点进行比较与分析。 关键词：压力传感器，示波法，排气阀，加压，便携式 随着生活水平的提高，人们越来越关注自己的身体健康，血压是身体健康与否的一个重要指标。据调查统计，我国平均没三个家庭就有一个高血压患者，慢性低血压的发病率为4%左右，其在老年人中 可高达 10%。因此，研制既适合家庭保健人员又适合专业保健人士的智能型
2、血压计具有非常重要的意义。 高血压对人体的损害是全身性的，也是造成死亡的恶魔，直接对人的生命造成威胁。所以，对高血压这种无形杀手，不能掉以轻心。 传统的血压计是模拟血压计，此类血压计操作复杂，测量精度不够，而且受环境的影响。所以为了让广大血压计使用者能够更准确并方便地使用血压计，我们设计了一台操作便捷，测量精确，无需维护的智能型测量血压装置，以帮助人们对抗高血压。 一、电子血压计的结构 电子血压计分为三代，下面按照三代血压计进行其结构描述。 1、第一代电子血压计（ G1-NIBPM）的结构 构成的主要元器件：快速加压气泵或手动加压泵、电子快速排气阀、机械式定速排气阀、 气压压力传感器 1 。
3、如图 1 所示： 2 图 1 第一代电子血压计原理图 使用的技术： MWD技术 2（减压时测量） 测量特点：快速加压到某一压力值，通过一个机械式定速排气阀按 27mmHg/s 的速度放气，并在此放气的过程中进行血压测量。 特征 1：使用了两个排气阀 -电子快速排气阀、机械式定速排气阀； 特征 2：初始的加压压力大多设定在 200mmHg 左右，强调加压速度要快，通 常 10秒钟以内达到设定的加压值； 特征 3：加压刚停止时，放气速度超过 7mmHg/s, 几秒钟之后才能大致稳定在27mmHg/s。 这一代产品由于机械式定速排气阀的不稳定性（原理性缺陷），一般会提高初始的加压压力，如目前大部分国
4、产血压计，初始的加压压力大多设定在190200mmHg，这在一定程度上可以克服加压刚停止时放气速度造成的测量不稳定的问题。 第一代电子血压计（ G1-NIBPM）的结构特征是，使用了 2 个排气阀 -1 个慢速排气阀（俗称 “ 气芯 3” ）和 1 个电子控制快速排气阀。 2、第二代电 子血压计（ G2-NIBPM）的结构 构成的主要元器件：加压气泵、 电子控制排气阀 4、气压压力传感器 。 如图 2 所示： 3 图 2 第二代电子血压计原理图 使用的技术： MWD技术（减压时测量） 测量特点：由于采用了电子控制排气阀的伺服技术（ ECV SERVO TECHNOLOGY），定速排气的速度真正
5、做到了定速，并能根据测量者的血压进行 智能加压 5，测量结果更加稳定（其他影响因素除外）。 特征 1：只使用一个排气阀 -电子控制排气阀，同时用于定速排气及测量结束时的快速排气； 特征 2：智能加压。 即血压计会在加压过程中预先对测量者血压进行一次粗略的判断，从而决定最终需要加至的压力值，通常压力值加至测量者收缩压+30mmHg 左右； 特征 3：放气速度一开始就能稳定在 34mmHg/s 上。 第二代电子血压计（ G2-NIBPM）的结构特征是，电子控制排气阀（ ECV）及电子控制排气阀的伺服技术。目前国际上掌握 “ 电子控制排气阀（ ECV）及电子控制排气阀的伺服技术 ” 的公司大致有如下
6、几家： 金亿帝科技、欧姆龙、松下。 3、第三代电子血压计（ G3-NIBPM）的结构 构成的主要元器件：伺服加压气泵、电子控制排气阀、 气压压力传感器 。 如图 3 所示： 4 图 3 第三代电子血压计原理图 使用的技术： MWI技术 6（加压时测量） 。 测量特点：匀速加压，并在加压的过程中进行血压测量。 特征 1：使用伺服加压气泵 控制加压速度，并在加压过程中测量血压； 特征 2：只使用一个排气阀 -电子快速排气阀，用于测量结束时的快速排气。这一代电子血压计的技术难度是 MWI 技术（加压同步测量），目前国际上掌握这一代技术的公司大致有如下几家：金亿帝、欧姆龙、松下。 第三代电子血压计（
7、G3-NIBPM）的结构特征是，只使用了一个电子控制快速 排气阀和 -MWI技术（加压同步测量技术）。 二、设计方案 方案一： BP01 型压力传感器在便携式电子血压计中的应用 7 图 4 便携式电子血压计原理图 5 工作原理 应用 BP01构成的便携式电子血压计原理图如图 4, 它由偏置电 源电路 （ A1 ， A2） 、前置电路（ A3A6），显示电路（ A7）和压力传感器（ BP01）组成。血压测量范围是 0200mmHg，分辨率为 0.1mmHg，工作电源为 1.9v层迭电池，其工作原理分别叙述如下： 偏置电源电路： 由带内置参考电压的双运放 LM10组成 ,Al构成同相放大器 ,AZ
8、构成 跟随器 ,将内置的参考电压放大后用作压力传感器 BP01的偏置电压 Vs,其值由下式决定 : Vs = Vref*(l+R2/R3) (1) 式中 , Verf-LM10的内置参考电压。代入电路所给参数可求得 Vs： Vs=200(mV)*(1+110/4.7)=5V (2)前置处理电路： 由 A3一 A6四运数组成 , 其中 A3 构成失调偏置电路 ,对电路失调进行补偿 ;As 构成跟随器对压力传 感器 BP01的输出信号进行隔离缓冲 ;A4、 A6构成放大电路 , 其增益 Av由下式决定： Av = 2(l+R1/Rt) (2) 若忽略失调 , 前置处理电路的输出电压 Vout为 :
9、Vout=Av*Vm (3) 将（ 2）式代入（ 3）式： Vout=2(1+R1/Rt)Vm (4) 式 中 Vm为压力传感器 BP01的输出。 (3)显示电路： 选 3/2工位显示驱动电路。压力传感器 BP01的输出经前置处理电路放大后 ,由显示电路驱动 LCD,从而读出测量的血压值。 方案二：基于示波法的电子血压计实现 8 1，测量原理 示波法的测量原理，与 柯氏法 9类似， 仍采用 充气袖套 10来阻断上臂动脉血流。由于心搏的血液动力学作用，在气袖压力上将重叠与心搏同步的压力波动，即 脉搏波 11。当袖套压力远高收缩压时，脉搏波消失。随着袖套压力下降，脉搏开始出现。当袖套压力从高于收缩
10、压降到收缩压时，脉搏波会突然增大 。到平均压时振幅达到最大值。然后又随袖套压力下降而衰减，当小于舒张压后，动脉管壁的舒张期已充分扩张，管壁刚性增强，而波幅维持比较小的水平示波法血压测量就是根据脉搏波振幅与气袖压力之间的关系来估计血压的。与脉搏6 波最大应的是平均压，收缩压和舒张压分别对应脉搏波最大振幅的比例来确定。 如图 5所示。 图 5 收缩压和舒张压对应脉搏波最大振幅的比例 2，硬件设计 基于示波法的血压测量仪主要有采样模块、显示模块、键盘模块、存储模块等组成。如图 6所示，工作过程如下： 图 6 基于示波法的血压测量仪 单片机 控制气泵对袖套充气，当袖套内的压力到达一定值后，关闭气泵，打
11、开气阀缓慢放气，在放气过程中，采样模块对压力波和脉搏波分别采样并保存到外部 RAM中。当袖套内压力低于一定值后，排空袖套内压力，完成一次测量的采样。最后，单片机根据 RAM中的数据计算出收缩压和舒张压，并显示在 LCD上；同时，将此次的测量结果以及测量时间存入 flash中，以备检索和比较。 3，软件设计 软件主要流程、功能如图 7所示： 7 图 7 （ 1）参数设置 一些工作参数的设置，如定标、放气速度、充气压力上限等。 （ 2）记录查询 完成历史记录的管理、查询、比较。 （ 3）血压测量 在电子血压计的实现中，最为关键的为示波法的实现过程，下面给予具体的说明。 虽然信号经过了模拟电路滤波等
12、处理，但是通过 AD采样得到的信号仍含有大量噪声，故需要预处理。预处理公式如下： y(n)=x(n)一 x(n一 k/2)+x(n k)+y(n一 1)(1) 当 k 2n时， x(n k 2)一 0， x(n k)一 0； 滤波前后的脉搏波如图 8： 8 图 8 滤波前后的脉搏波图 示波法是基于脉搏波的幅度的最大值的位置来寻找对应舒张压和 收缩压的位置的。因此，要首先计算整个脉搏波幅度值，即峰峰值。 三、总结 针对常用的血压测量系统大多存在两大缺点，其一，需要大量的连线，才能把现场传感器的信号发送到采集卡上，布线施工麻烦，成本也高。其二，线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗。为了克服这些缺
13、点，一种 数字化技术 12应运而生。所以，本文提出了两套设计方案，相比较第二套方案所测出的结果更加准确，且测量的幅度也有多重选择，所以本文倾向于第二种设计方案。 参考文献 1周闵新，东南大学， CMOS工艺兼容电容式绝对压力传感器的设计， 20030301 2王虎，医学信息（中旬期刊）， 2010， 05（ 9） 3周雪， 旋风分离器新型排气芯管的研究开发 ， 2007 4聂世军，张轩，高扬，石油钻探技术， 2007 35（ 4） 5单仁勇，曹自华，饶进，王虹，九江医学， 2008， 23（ 3） 6 Hongman WangXiaohui ZhuYuzhang LiuFangchun Yan
14、g, A METHOD BASED ON CID SERVICE TO REALIZE MWI FUNCTION FOR VMS SERVICE,2008.1.1 7范建伟，浙江华东光学仪器厂， BP01型压力传感器在便携式电 子血压计中应用 浙江嘉兴市 15号信箱， 2000.11 8钱峰，刘晔，南昌大学电子系，基于示波法的电子血压计实现， 2006， 6，第 27（ 6） 9冼卓航，青岛医学院学报， 1999， 35（ 3） 10周妮娜，苏永勇，马程建，四川临床医学杂志， 2005， 2（ 3） 11林凌，李娜，李刚，光谱学与光谱分析， 2010， 30（ 2） 12 Martin NISENOFf, IEICE Transactions on Electronics,2008,E91/C3
