CC BY
19
6. Скрипник Ю.А., Яненко А.Ф., Манойлов В.Ф., др. Микроволновая радиометрия
физических и биологических объектов. Житомир: "Волынь", 2003. 408 с.
Ключов1 слова: бюлопчно активна точка, д1агностика, рефлексотерапия
Перегудов СМ., Пустова С.В., Яненко О.П. 1 Исследование сопротивления биологиче-! ски активной точки на постоянном и пе-| ременном токе Проведено исследование сопротивления бич ологически активной точки (БАТ) на посто4 янном и переменном токе. Сделана оценка] взаимосвязи сопротивления кожи и элект4 ромагнитного излучения в БАТ. Показана! возможность использования эксперимента^ дьной информации для диагностики состоя-1 ния человеческого организму. Peregudov S.V., Pustova S.V., Yanenko O.P. Research of resisting of the biological active point for constant and alternative current Is conducted research of resistance of biologically active point (BAT) on a direct and variable current. Research results are presented. The estimation of intercommunication between resistance of skin and by an. electromagnetic radiation in BAT is done. Is shown possibility Df the use of experimental information for diagnostics of the state of human to the organism.
УДК615.47
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬЯЕ ДОСШДЖЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЦИФРОВОГО ФОТОПЛЕТИЗМОГРАФ1ЧНОГО СЕНСОРА.
Мосшчук В. С., Шарпан О.Б.
Описано новый, високочутливий оптичний сенсор, на основ/ свшлодюд1в, з яких один виконуе функцт джерела евгтла, а другий зворотно-змщений функцюнуе як евгтло-приймач. Показана можливють використання даного принципу вимгрювання для задач отримання пульсовог хвил1
Вступ
В наявних фотоплетизм ох раф!чних (ФПГ) сенсорах використання светло дюд!в (СД) як джерела евгша стало традищйним. Це об'ективно обумо-влено кращими енергетичними показниками, селектившстю випромшю-вання, спйкою ем!с1ею, наявшетю р1зних розм1р!в 1 форм, низькою цшою. Смута 1х робочих довжин хвиль перекривае диапазон максимум!в погли-нання р1зн.их форм гемсглоб1ну, не призводять до значного нагр1вання тка-нини.
Традищйно як детектор евкла використовуеться нашвпровадниковий фотодюд. При цьому додатково до детектора, необзадш прецизшний опе-рацшний шдсилювач \ АЦП високо1 роздшьно!' здатност!. Ц1 компоненти збшыпують складшсть 1 варткть системи, и геометричш розм!ри 1 потуж-шеть розсповання, тобто знижують показники, що е критичними в мша-тюрних системах з батарейним живленням.
В роботах [1,2] запропоновано нетрадицшний оптичний сенсор, суть ко-трого полягае в тому, що як евгелоприймач використовуеться СД в режшш зворотного змицення. Под1бш первинн! перетворювач! успппно застосо-вуються для кольорометричного аншнзу [4], вишрювання вщетаней [3], в системах бездротовох передач! даних на коротк! вщеташ та ш. Тому являе практичний штерес випробування сенсора даного типу для задач отримання пульсово'1 хвшп ФПГ методом.
Вкник Нащонального техшчного университету Украти "КП1" 119 СерЫ - РадютехнЫа. Радюапаратобудування.-2008.-№36
Структура цифрового фотоплетизмограф1чного сенсора
Для побудови сенсора за приведеним принципом роботи достатньо двох щентичних СД, один з яких використовуеться як джерело св!тла, а шший, зворотно змгщений, працюе як свплоприймач. Тип розмпцення елеменпв сенсора по вдаошенню до бютканини планарний, режим реестрацп пуль-сово! хвша - "на вщбиття". Енергетичним живленням, пов'язаним з детектором безпосередньо, € заряджання внутр1шньо"1 емност1 зворотно-змвденого СД протягом 100-200 мкс при подач! на нього напруги 5 В. Cbî-товий потш, що потрапляе на СД-детектор, призводить до генерацп фотоструму малого р!вня, який розряджае його внутршню емшсть. Р1вень фотоструму становить в!д А у повшй темнот! до приблизно 10~^ А при сильному освгшенш. При нормальному имнатному освпленш його р!вень становить приблизно 50 пА [4].
Техшка первинного перетворення е цифровою i заснованою на перетво-реш напруги в тривалють !мпульсу. Це виключае необхдапсть застосову-вати вщносно дорог! АЦП з високою роздшьною здатшстю i аналогов! операцшн! п!дсилювач1. На рис, 1 показано просту структурну схему сенсора, виконаного за цим принципом, який для отримання пульсово!" хвил! ФПГ методом BHMipioe !нтенсивн!сть св!тла, що поступав на СД-детектор, не прямим способом, а в одиницях часу роз-ряду.
Головш компонента сенсора - мжроконтролер (МК) Atmel ATMegaS, стабшзатор напруги i перетворювач piBHiB RS232-TTL на MiKpocxeMi MAXIM МАХ232, яка призначена для передач! даних до ПК. Випромшюю-чий СД працюе напряму в!д порт!в керування МК. Детекторний СД з'еднаний i з портами вводу/виводу МК. МК забезпечуе швидкий заряд внутр!шньо*1 емност! СД-детектора до напруги +5 В з настунним переми-канням у стан високого опору порту (.Hi-Z); значения цього опору становить приблизно 1015 Ом. При цьому струм витоку через порт МК складае
приблизно А (0.002 пА), що е незначним порзвшшо з фотострумом
50 пА через дюд безпосередньо. Hic ля перемикання порту в режим цифрового входу запускаеться 16-ти розрядний таймер МК, призначений для ви-м1рювання тривалост! часу, необх!дного для зм!ни напруги на дюд! вщ 5 В до 2.2 В (лопчний нуль). Дал! отримане значения коду, який характеризуе р!вень свгтлового потоку, передаегься до ПК (рис. 2).
120 BicnuK Национального техшчного ушверситету Укртни "КП1"
Серы - РаЫотехмка. Радюапаратобудування.-2008.-№36
RS232-TTL МАХ-232
МК АТМедад
W i i
Детекторний СД
Рис. 1. Структурна схема сенсора
Оптичний сенсор був виготовлений на баз! двох щентичних СД у Mmia-тюрному (SMD) виконанш. Довжина хвши емки Л= 639нм (.Lite-On Corp. LTSTCl 5QKRKT, США). Для шдвищення чутливост! при реестраци пуль-совоТ хвят довжина хвил! випром!нювання СД вибрана близькою до спектрального максимуму поглинання гемоглобшом.
'' ff.Vil
I fell1
mil
Рис. 2. Часов! д1аграми роботи детекторного СД 1 процес передач! даних
до ПК через посл!довний порт (^диск=100 Гц) Результаты дослщжень
На рис. 3 показано первинний ФПГ сигнал, о держаний при роздшьшй здатност! таймеру МК 0.0625 мкс (при тактовш частот! 16 МГц). При цьому, як видно з рисунку, в!дносне середньоквадратичне вщхилення результата вншрювання е достатньо високим (приблизно 5 %). Це виклика-но ;цею електричних завад та нестаб!льност! живлення. Для зменшення рь вня завад довжина з'еднувалышх пров!дник!в м1ж СД ! МК обиралася мь н!мальною, що забезпечувало при нестабшьност! живлення у 2 мВ в!днос-не середньоквадратичне в!дхилення близько 2 % динам!чного д1апазону вим!рюваного сигналу.
Рис. 3. Первинний сигнал пульсово! хвши, знятий з сонно!" артер!!" без застосування цифрово!" обробки 0Рдиск=100 Гц, Гс[к~1в МГц). Грозр - час розряду внутрппньо! емност!, вим!ряний в шлъкост! машинних цикл!в МК
1ншою вадою такого сенсора е малий динам!чний /цапазон корисного сигналу, оскшьки вим!ряний сигнал м!стить значну пост!йну компоненту ! змшну, пульсуючу компоненту, котра становить 0.1 - 1 % в!д р!вня постш-но1 компонента, Зб!льшення тактово!" частота МК дае можлив!сть збшыни-ти обидв! компонента сигналу ФПГ ! таким чином покращити розд!льну
Вкник Нацюнального техшчного университету Украши "КШ" Серт - Радютехтка, Радюапаратобудування.-2008.-№36
здатшсть в щлому. Але проблема збшыдення динам1чного д1апазону кори-сного сигналу залишаеться, що обумовлено екладшстю фшьтраци синфаз-hoi компонента сигналу у цифровому сенсор!. У класичному Bapiami по-будови аналогових ФПГ cencopiB шщбну задачу розв'язують, застосовую-чи диферешцйш операцшш шдсилювачь Розглядався i BapiaHT реашзацп алгоритму диференцшного вим1рювання з вв1мкненим i вимкненим джере-лом п1дсв1чування. При цьому час розряду емносп значно перевищуе час, що вщведений на один пер!од дискретнзацй.
Висновки
Дослщження цифрового ФПГ сенсора показало можливють застосуван-ня принципу непрямого втпрювання штенсивноот св1тла шляхом визна-чення тривалост1 часу розряду внутр1шньо1 емност СД. Такий сенсор чут-ливий до завад електричного походження, що потребуе цифрово! ф!льтра-
сигналу для шдвшцення вщношення сигнал/шум. Разом з тим вщсут-н1сть АЦП i операцшного шдсилювача дае можливгсть покразцити енерге-тичш характеристики, зменшити вартють сенсора i системи в щлому, що важливо для багатьох застосувань, таких як вим1рювання сатурацп кров!, частота серцевих скорочень, артерхального тиску тощо. Здешевлення сенсору дасть змогу перейти до шдив!дуальних (одноразових) первинних пе-ретворювач!в, що в свою чергу знижуе вимоги до конструкци. Низька поту жшсть споживання, висока чутливкть е шдставою для подальшого удо-сконалення цифрового фотоплетизмограф1чного сенсора з метою впрова-дження його в кшшчну практику.
ЛБтература
1. Барауля В.И., Кобцев С.М., Кораблев А.В. Использование светоизлучающих диодов AJI307 в качестве фотоприемников для диагностики фемтосекундных световых импульсов // Письма в ЖТФ.- 1998. - Т. 24, №1 - С. 62-65.
2. Miyazaki Е., Itami S., Araki Т. Using a light-emitting diode as a high-speed, wavelength selective photodetector // Rev, Sci. Instrum.- 1998. V. 69 - P. 3751-3754.
3. Stojanovic R., Karadaglic D. A LED-LED-based photoplethysmography sensor // Physiol. Meas.- 2007. - Vol. 28, № 6 - P. 19-27.
4. Lau К. Т., and al Novel fused-LEDs devices as optical sensors for colorimetric analysis // Talanta.- 2004. - Vol. 63, № 6 - P. 167-173.
Ключов1 слова: фотоплетизмограф1чнии сенсор, вим!рювання коефщ1ента В1дбитгя, використання свгглодюду в aKocri свгсло приймача.
Мосийчук B.C., Шарпан О.Б. Экспериментальное исследование характеристик цифрового фотоилетизмографического сенсора.
Описан новый, высокочувствительный оптический сенсор, на основе светодиодов, один из которых выполняет функцию источника излучения, а другой функционирует di как детектор. Показана возможность использования данного принципа измерения для задач регистрации пульсовой волны.
Mosiychuk V.S., Sharpan O. B. Experimental research of digital photoplethysmography sensor's performances.
Design of the new, high-sensitivity optical, sensor, on the basis of the light-emitting diodes; is presented, one with which carries out function of a light source, and another back-displaced functions as the detector. Availability this principle of measuring for problems of recording pulse waves is shown.
BicmiK Нацюнального техничного университету У крайни "КП199 Серш - Радютехтка. Рад'н)апаратобудування.~2008.-№36
