Sensore di battito cardiaco - Funzionamento e applicazione

Cosa intendi per battito cardiaco?

Il battito cardiaco di una persona è il suono delle valvole nel suo cuore che si contraggono o si espandono mentre spingono il sangue da una regione all'altra. Il numero di volte in cui il cuore batte al minuto (BPM), è il battito cardiaco e il battito del cuore che può essere sentito in qualsiasi arteria che si trova vicino alla pelle è il polso.

Due modi per misurare un battito cardiaco

• Modo manuale : Il battito cardiaco può essere controllato manualmente controllando le pulsazioni in due punti: il polso (il pressa radiale ) e il collo ( stampa carotidea ). La procedura consiste nel posizionare le due dita (indice e medio) sul polso (o collo sotto la trachea) e contare il numero di impulsi per 30 secondi e poi moltiplicare quel numero per 2 per ottenere la frequenza del battito cardiaco. Tuttavia, la pressione dovrebbe essere applicata al minimo e anche le dita dovrebbero essere mosse su e giù fino a sentire il polso.

• Utilizzando un sensore : Il battito cardiaco può essere misurato in base alla variazione della potenza ottica quando la luce viene dispersa o assorbita durante il suo percorso attraverso il sangue al variare del battito cardiaco.

Principio del sensore del battito cardiaco

Il sensore del battito cardiaco si basa sul principio della fotopletismografia. Misura la variazione di volume del sangue attraverso qualsiasi organo del corpo che provoca una variazione dell'intensità della luce attraverso quell'organo (regione avascolare). Nel caso di applicazioni dove il cuore la frequenza del polso deve essere monitorata , la tempistica degli impulsi è più importante. Il flusso del volume del sangue è deciso dalla frequenza degli impulsi cardiaci e poiché la luce viene assorbita dal sangue, gli impulsi del segnale sono equivalenti agli impulsi del battito cardiaco.

Esistono due tipi di fotopletismografia:

Trasmissione : La luce emessa dal dispositivo emettitore di luce viene trasmessa attraverso qualsiasi regione vascolare del corpo come il lobo dell'orecchio e ricevuta dal rilevatore.

Riflessione : La luce emessa dal dispositivo di emissione della luce viene riflessa dalle regioni.

Funzionamento di un sensore del battito cardiaco

Il sensore di base del battito cardiaco è costituito da un diodo a emissione di luce e da un rilevatore come un resistore di rilevamento della luce o un fotodiodo. Gli impulsi del battito cardiaco provocano una variazione del flusso sanguigno in diverse regioni del corpo. Quando il tessuto è illuminato con la sorgente luminosa, cioè la luce emessa dal led, riflette (un tessuto delle dita) o trasmette la luce (lobo dell'orecchio). Parte della luce viene assorbita dal sangue e la luce trasmessa o riflessa viene ricevuta dal rilevatore di luce. La quantità di luce assorbita dipende dal volume del sangue in quel tessuto. L'uscita del rilevatore è sotto forma di segnale elettrico ed è proporzionale alla frequenza del battito cardiaco.

Questo segnale è un segnale DC relativo ai tessuti e al volume sanguigno e al segnale DC si sovrappone la componente AC sincrona con il battito cardiaco e causato da variazioni pulsatili del volume sanguigno arterioso. Quindi il requisito principale è isolare quel componente CA in quanto è di primaria importanza.

Per ottenere il compito di ottenere il segnale CA, l'uscita dal rivelatore viene prima filtrata utilizzando un circuito HP-LP a 2 stadi e quindi convertita in impulsi digitali utilizzando un circuito comparatore o utilizzando un semplice ADC. Gli impulsi digitali sono dati a un microcontrollore per il calcolo della frequenza cardiaca, data dalla formula-

BPM (battiti al minuto) = 60 * f

Dove f è la frequenza degli impulsi

Pratico sensore del battito cardiaco

Esempi pratici di sensore di battito cardiaco sono Sensore di frequenza cardiaca (prodotto n. PC-3147). Consiste in un led a infrarossi e un LDR incorporato su una struttura a clip. La clip è attaccata all'organo (lobo dell'orecchio o dito) con la parte del rilevatore sulla carne.

Un altro esempio è TCRT1000 , con 4 perni-

Pin1: per dare la tensione di alimentazione al LED

Pin2 e 3 sono collegati a terra. Il pin 4 è l'uscita. Il pin 1 è anche il pin di abilitazione e tirandolo in alto si accende il LED e il sensore inizia a funzionare. È incorporato in un dispositivo indossabile che può essere indossato al polso e in uscita può essere inviato in modalità wireless (tramite Bluetooth) al computer per l'elaborazione.

Applicazione per lo sviluppo del sistema di sensori del battito cardiaco

Un sistema di base del sensore del battito cardiaco può anche essere costruito utilizzando componenti di base come un LDR, un comparatore IC LM358 e un microcontrollore come indicato di seguito

Come descritto sopra per quanto riguarda il principio di un sensore di battito cardiaco, quando il tessuto del dito o il tessuto del lobo dell'orecchio viene illuminato utilizzando una sorgente di luce, la luce viene trasmessa dopo essere stata modulata, ovvero una parte viene assorbita dal sangue e il resto viene trasmesso. Questa luce modulata viene ricevuta dal rilevatore di luce.

Qui un resistore dipendente dalla luce (LDR) viene utilizzato come rilevatore di luce. Funziona sul principio che quando la luce cade sul resistore, la sua resistenza cambia. All'aumentare dell'intensità della luce, la resistenza diminuisce. Quindi la caduta di tensione attraverso il resistore diminuisce.

Qui viene utilizzato un comparatore che confronta la tensione di uscita dall'LDR con quella della tensione di soglia. La tensione di soglia è la caduta di tensione attraverso l'LDR quando la luce con intensità fissa, dalla sorgente luminosa, cade direttamente su di esso. Il terminale invertente del comparatore LM358 è collegato alla disposizione del divisore di potenziale che è impostato sulla tensione di soglia e il terminale non invertente è collegato all'LDR. Quando il tessuto umano viene illuminato utilizzando la sorgente luminosa, l'intensità della luce si riduce. Quando questa intensità di luce ridotta cade sull'LDR, la resistenza aumenta e come risultato della caduta di tensione aumenta. Quando la caduta di tensione attraverso l'LDR o l'ingresso non invertente supera quella dell'ingresso invertente, un segnale logico alto viene sviluppato all'uscita del comparatore e nel caso in cui la caduta di tensione sia minore viene sviluppato un basso output logico. Quindi l'uscita è una serie di impulsi. Questi impulsi possono essere inviati al Microcontrollore che elabora di conseguenza le informazioni per ottenere il battito cardiaco e questo viene visualizzato sul Display interfacciato con il Microcontrollore.

Spiegazione video sullo schema del circuito del sensore del battito cardiaco