Pulspletysmografi - (IR-pulsmätare) (3 / 5 steg)

Steg 3: Signal konditionering

De allmänna

Vid utformningen av kretsen för detektorn jag gick igenom många iterationer och försökte många typer av detektorer. Från fotodioder i både solceller och transconductance läge. Reflekterande och transmissiv sensing metoder. Med många olika källor till belysning inklusive röda 650nm, gröna 535nm och IR 940nm.

Jag slutligen avgöras på med en fototransistor med en 940nm IR källa att vara tämligen väl matchas spektralt som detta gjorde elektroniken den enklaste av "långt".

Som jag nämner ovan, valet av både fototransistor och IR källa var specifika (hålla sig till vad som i kopplingsschemat) eftersom detta var bäst "från hyllan" match jag kunde få.

Beskrivning av krets

Källa IR ledde (LED1) belyses via en konstant aktuella arrangemang (D1... D3, R5, R6, R18... R21 och T1). Komponenterna som valdes att ge cirka 100 ma genom led. För TSAL6400 är det högsta du kan köra detta ledde på. Det blir varmt över tiden om kvar på under längre perioder, men tillverkarna databladet visar detta är acceptabelt.

Kondensatorer C4 och C5 är närvarande att tillhandahålla försörjning järnväg frikoppling.

Arduino ADC är unipolär, maximera signal swing jag skapade en falsk marken (FG) via IC1A ansluten som en enhet vinst buffert förstärkare matas av en konstant spänningskälla bildade med barlast resistor R8 och en 3.3V zener diod D5 (3.3V är den mest optimala värdet att ge lågkostnads- och drift). Foder som inte för att ladda R8 används en 50K pott att knacka bort hänvisningen till IC1. C1 är där för att förhindra att någon transienter som förekommer på R4, ges 50K är ganska högt värde.

Denna falska marken feeds signalen konditionering kedjan anslutna till IR-sensor T2.

Att maximera produktionen från T2 det kopplas över till GND och + 5V rails. Utsläppskälla resistorn R1 valdes empiriskt (även är inom de tillverkare dedikerade egenskaperna som är typiska för samlare ljus ström) för att ge det bästa svaret. Utsläppskälla av T2 är AC kopplat till IC1B och inverterade amp via C2 en 1uF keramiska kondensator. TL07X opamp valdes eftersom det har en hög impedans FET input arrangera och minimalt kommer läsa utdata för T2. IC1B ger hög vinst amplifiering av fotodiod signalen. C3 används för att etablera vissa dämpning av transienter. Typiska utdata från detta amp ges ovan (Observera elnätet "hum" om signalen).

R10 och C6 bildar en enkel single pole Low Pass Filter med en paus frekvens på ca 3,38 Hz eller 200BPM. Detta ger anti-aliasing för ADC och elnätet leverera avvisande. Typiska utdata för detta ges också ovan (Observera förbättrad signalen).

IC2A är en icke-invertering unity gain buffert används för att förhindra lastning av nästa steg.

IC2B är en inverterade förstärkare med en vinst på ca 10. Det skalas signalen så att det kommer normalt med 20% av utbudet stången för offset drift. Det möjliggör också för enklare bearbetning och visning i Arduino läste en gång av ADC. En mindre beräkning att göra.

Kalibrering

För att kalibrera kretsen säkerställa + 5V leverans tillämpas, T1 är avstängd "" och sensorn är skyddad från alla ljus. Justera R4 tills produktionen av IC2B är så nära 2.5V som möjligt.

Praktiska anteckningar om konstruktion

Om du bestämmer dig att skapa detta projekt då här är några saker att se upp för;

1. Använda koaxialkabel för att ansluta till fototransistor som i diagrammet ovan. Minskar signalförlust och buller.
2. Se till det finns ingen löda flux är närvarande mellan sändaren och samlare av fotodiod som detta kan dämpa signalen.
3. Skaffa tillförsel via en hög kapacitet batteri eller bra linjär PSU (buller gratis, avhålla sig från växlade läge leveranser).
4. Separat Arduino från det inledande skedet av den analoga signalen konditionering så långt det är praktiskt möjligt. Hög hastighet klocka buller från processorn kan inducera buller i signalvägen.
5. Håll tråden längder så kort som möjligt.
6. Svepning både belysning källa och sensor så mycket som är praktiskt möjligt.
7. Kontrollera sensorn klämman är "tillfredsställande" och inte hårt på fingret. För hårt kommer att blockera blodflödet och dämpa avläsningarna.