電子血壓計(jì)測(cè)量原理及設(shè)計(jì)要求

摘要：這篇應(yīng)用筆記介紹了兩種主要類型的血壓監(jiān)測(cè)儀及其測(cè)量技術(shù)，重點(diǎn)討論了不同功能電路對(duì)電子元器件的要求以及工程師在進(jìn)行元器件選型時(shí)需要注意的事項(xiàng)。

　　引言

　　血壓監(jiān)測(cè)儀或稱為血壓計(jì)主要利用一個(gè)充氣袖帶和監(jiān)聽設(shè)備，通過偵聽的方式測(cè)量血壓;也可以利用壓力傳感器測(cè)量血壓。這種監(jiān)測(cè)儀可以通過兩種途徑實(shí)現(xiàn)：對(duì)袖帶手動(dòng)充氣，利用聽診器監(jiān)聽動(dòng)脈壁發(fā)出的聲音(聽診法);或者在血壓計(jì)內(nèi)部嵌入一個(gè)壓力傳感器，對(duì)動(dòng)脈壁的振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量(振量法)。

　　上臂式血壓計(jì)

　　腕式血壓計(jì)

　　自動(dòng)電子血壓計(jì)

　　自動(dòng)檢測(cè)血壓計(jì)有兩種類型：上臂式血壓計(jì)和腕式血壓計(jì)。上臂式血壓計(jì)包含一個(gè)氣囊，測(cè)量時(shí)將其纏縛于上臂。充氣袖帶通過一條皮管連接到放置在手臂附近的監(jiān)視器。腕式血壓計(jì)尺寸較小，整個(gè)裝置可以纏繞在手腕上，因此，這類產(chǎn)品對(duì)尺寸的要求比較嚴(yán)格。有些上臂式血壓計(jì)需要手動(dòng)充氣，但目前市場(chǎng)上的多數(shù)上臂式和腕式血壓計(jì)都采用了全自動(dòng)設(shè)計(jì)。

　　測(cè)量技術(shù)

　　自動(dòng)電子血壓計(jì)首先對(duì)袖帶充氣使其具有足夠的壓力，從而阻止血液在局部主動(dòng)脈的流動(dòng)。隨著壓力逐漸釋放，當(dāng)血液開始流過動(dòng)脈時(shí)，測(cè)量到的壓力值為心臟收縮壓。同時(shí)還可以監(jiān)測(cè)到脈搏跳動(dòng)的速率。當(dāng)血流又恢復(fù)暢通時(shí)，此時(shí)測(cè)量到的數(shù)值相當(dāng)于心臟的舒張壓。由此完成一次完整的測(cè)量周期，整個(gè)過程由裝置中的泵、充氣袖帶、電子閥和壓力傳感器完成。

　　壓力傳感器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算放大器或儀表放大器調(diào)理后送入模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。然后，針對(duì)不同類型的監(jiān)視器和傳感器，采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄔ跀?shù)字域計(jì)算心臟收縮壓、舒張壓和脈搏速率，并將得到的結(jié)果顯示在液晶屏(LCD)上，通常還會(huì)將數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的時(shí)間/日期存儲(chǔ)到非易失存儲(chǔ)器內(nèi)。

　　帶有高級(jí)語音提示功能的血壓計(jì)功能框圖。[!--empirenews.page--]
數(shù)據(jù)接口

　　有些血壓計(jì)能夠把數(shù)據(jù)上傳到計(jì)算機(jī)，以便進(jìn)行更深入的分析和后期測(cè)量跟蹤，可以通過USB接口傳輸數(shù)據(jù)。可以選擇一個(gè)分立的USB收發(fā)器，也可以選擇內(nèi)置這種收發(fā)器的微控制器。

　　音頻提示

　　血壓計(jì)的音頻提示可以是簡單的蜂鳴聲，也可以采用高端語音提示。簡單的蜂鳴器可以利用微控制器的一個(gè)或兩個(gè)脈寬調(diào)制(PWM)輸出端口引腳驅(qū)動(dòng);對(duì)于高級(jí)語音提示功能電路，可以選擇音頻數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)和揚(yáng)聲器放大器處理音頻信號(hào)。

　　電源管理

　　上臂式血壓計(jì)通常采用4節(jié)AAA (1.5V)堿性電池供電，腕式血壓計(jì)大多采用2節(jié)AAA堿性電池供電。血壓計(jì)泵和模擬電路要求5V或3.3V供電，數(shù)字電路根據(jù)具體采用的測(cè)量技術(shù)選擇3.3V或1.8V供電。由此，一個(gè)典型的上臂式血壓計(jì)需要一路buck-boost開關(guān)電源為泵/模擬電路提供5V電源，另外還需要一路低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)為數(shù)字電路提供3.3V電源。典型的腕式血壓計(jì)則采用boost開關(guān)電源提供泵/模擬電路所需的3.3V電源，利用一個(gè)LDO將輸入電壓轉(zhuǎn)換到1.8V，為數(shù)字電路供電。

　　為了延長電池使用壽命，血壓計(jì)不工作時(shí)可以關(guān)斷電源，而只維持實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)有效并可快速恢復(fù)血壓計(jì)的工作狀態(tài)。

　　顯示與背光

　　血壓計(jì)大多使用簡單的段式LCD顯示器，其中包含100段或更少的段碼，LCD驅(qū)動(dòng)器通常集成在微控制器內(nèi)部。利用一個(gè)或兩個(gè)白光LED (WLED)或電致發(fā)光(EL)燈源提供顯示器背光。腕式血壓計(jì)可以采用開關(guān)電源拓?fù)涮峁￤LED驅(qū)動(dòng)，上臂式血壓計(jì)則可采用線性穩(wěn)壓器提供WLED驅(qū)動(dòng)。

　　靜電放電

　　所有血壓計(jì)監(jiān)視器必須通過IEC 61000-4-2的靜電放電(ESD)的測(cè)試要求，可以利用內(nèi)置ESD保護(hù)的器件，或者采用ESD保護(hù)線對(duì)暴露在接口位置的線路加以保護(hù)。