用压力传感器测量血压实验仪器的改装

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摘要：由于原有用压力传感器测量血压的实验装置陈旧、性能不足，因此对实验仪器进行了改装。介绍了原有实验仪器的原理以及改装后的实验仪器原理。采用MPX50GP半导体应变集成型压力传感器放大电路与电表组装在一起，当电表开关指向mV档时，电表为毫伏表，用来测传感器的输出电压，当开关指向kPa档时，电表为一具电子血压计。改装后的实验仪器具有体积小，重量轻，灵敏度高等特点，既提高了医学学生对物理实验的兴趣，同时又对电子血压计有了一定的理论了解。

关键词：压力传感器； 实验仪器； 血压测量； 电表

中图分类号：TN91134文献标识码：A文章编号：1004373X(2012)04020002

Refit of experiment instrument to measure blood pressure with pressure sensors

FU Yan1, FU Dawei1, YAO Shuren2, MENG Yuanyuan1, ZHANG Chunwei1

(1. Physics College, Jilin University, Bethune Jilin University, Changchuan 130021, China;

2. Bethune Medical College, Jilin University, Changchuan 130021, China)

Abstract： Because the previous experimental instruments used in surveying blood pressure was old and had insufficient performance, it was refitted. The principle of the previous instrument and the refitted instrument are introduced. The refitted experiment instrument has the advantages of small volume, light weight and high sensitivity. It makes the students of clinical medicine interested in the physical experiments and allows the students to understand the electronic sphygmomanometer in theory.

Keywords： pressure sensor; experimental instrument; blood pressure measurement; ammeter

收稿日期：20111026

基金项目：教育部教研项目基金资助（BIAO10092）测量血压的传统仪器是机械式水银血压计，而我校目前实验采用的是用压力传感器的性能测量人体血压，虽然操作简单，但仪器陈旧，线路简单，已不适用于当前时代的发展。因此对原有仪器进行了改装。

1原有仪器的实验原理

心脏收缩时的动脉血压叫收缩压，心脏舒张时的动脉血压叫舒张压，它们都高于大气压强，用水银血压计在人体肘关节上部测收缩压和舒张压，这是无创伤间接测量方法，也是比较准确的，水银血压计的主要缺点是若有不慎，水银流失污染环境，用压力传感器配上放大指示系统可以取代水银指示［1］如图1所示。

求两个液面的压强差：P1－P2=(ρ－ρ1)gh式中：ρ为水银密度，ρ1 为空气密度，g 为重力加速度，一定条件下这3个物理量为常数，因此，外加压强P1与水银高h 成正比［2］。

通常情况下把大气压强P2作为基准电压，令P2=0，高于大气压强的为正压，低于大气压强的为负压。

刚开始，没有向气袋充气时，水银槽与玻璃管中水银面上的压强和传感器入口m处的压强都是大气压，两个液面高度相同，此时玻璃管处表记O，传感器输出指示为O；挤压打气球，使气袋内压强增加，玻璃管内水银面上升，毫伏表指示也上升。测量血压时，把气袋缠在肘关节上部，听诊器置于肘动脉处听到脉搏音，然后打气，使气袋中的压强大于收缩压，气袋通过肌肉组织将动脉血管压闭，听诊器听不到脉搏音，这时开始缓慢放气减压，当气袋压强降到等于收缩压时（图1的A 点处），血压正好能冲过压闭的血管，听诊器开始听到声音，立刻读玻璃管或者毫伏表的指示数，即为收缩压。

图1测人体血压装置的结构原理图在读降压过程中，主要气袋内压强高于舒张压，血流将随血压周期性的波动而继续流过血管，如图1的BC段，听诊器可以听到与脉搏次数相同的声音次数，由于气袋内压强愈来愈低，血流增强声音的强度增大，而音调（频率）变低，当外加压强正好等于舒张压时（图1的C点）血液由继续流动变为连续流动，这时能听到与其相应的声音转变立刻读数，此数即为舒张压［3］。

2改进后的仪器原理

实验装置所用的传感器是Motorola公司的MPX50GP压力传感器［4］，在0~40 kPa的压强范围内输出电压信号范围是20~60 mV，它是一种半导体应变集成型压力传感器［5］。实验装置把传感器放大电路与电表组装在一起，当电表开关指向mV档时，电表为毫伏表，用来测传感器的输出电压，当开关指向kPa时电表为一具电子血压计，实验方法同上，主要对原有的电子线路和实验装置进行了改装。

2.1线路图

由于压力传感输出的电压的信号是很微弱的，须经放大器进行放大（见图2）。

图2改进后的仪器线路图A1,A2组成放大器的第1级，它们是同相输入，输入阻抗很高，电路结构对称，零点漂移小，A3为第2级以提高共模抑制比和灵敏度。A4是反相输入组成放大器的第3级，通过对电位器W2W3及开关SW的调节可以使A4有两个放大倍数，输出信号至表头，分别指示血压的KPa值和mmHg值。A5是电压跟随器，输出至表头2，直接显示第3级的输入电压值。电源采用± 5V电源［6］。实验操作时，先使血压计为零，调节W1,使表2头指示为零，在调节W4使表头1指示为零。之后加压，分别调节W2和W3对KPa值和mmHg值进行定标［7］。调零，定标工作完成后，就可以进行实验的下一步了。压力传感器经过标定核准后，可以方便地用于测量血压［8］，图1中把胶管n端接于传感器m处，就是一具电子血压计。

2.2实验装置的改进

将原有分立式实验装置改装为仪器，即将传感器，设计的放大器集中到一个印刷线路板上，将电位器、表头（用数码器做成的成品）电源、开关等固定在面板上，装在金属箱里，成为一台美观适用的电子血压计。改装后的电子血压计实验装置性能良好，简单适用。表1为改进后的仪器压强与电压之间关系数据表。

表1压强与电压之间关系数据表

压强 /kPa024681012电压 /mV05095120130150170压强 /kPa14161820222426电压 /mV185210230250265290320

3结语

综上所述，改进后的仪器在测量的准确性、精确度及清晰度、稳定性上都已达到了学生实验的要求，同时由于操作简单、自动性高、成本低等特点便于推广［9］，非常适用于医学生的实验操作，也是对物理知识的综合应用，可以很好地考察学生综合能力和创新能力［10］。

参考文献

［1］马胜玉.基于单片机的数字血压计设计［J］.机械研究与应用,2010(4):7879.

［2］梁路光.医用物理学［M］．北京：高等教育出版社，2009.

［3］代伟，兰小刚，谢春茂.用压力传感器和温度传感器测量绝对零度［J］．大学物理,2008(9):3133.

［4］何春芬，张玲，何伟．基于模数混合FPGA 的便携式电子血压计设计［J］．计算机技术与发展，2009(9)：3233．

［5］姚久民，祝玉华，杨希东.气体压力传感器测量血压与心率的设计性实验［J］.实验室研究与探索，2010(12):2730.

［6］周珊.压力传感器及其应用实例科学大众［J］.科学教育，2009(10):114115.

［7］郭冰,王冲.压力传感器的现状与发展［J］.中国仪器仪表，2009(5):7275.

［8］崔海朋．基于MSP430F449的电子血压计设计［J］．今日电子，2008(4)：2224．

［9］范昕．基于MN101EF32D单片机的电子血压计设计［J］.世界电子元器件，2008(10)：3233．

［10］何春芬，张玲，何伟．基于模数混合FPGA 的便携式电子血压计设计［J］．计算机技术与发展，2009(9)：3233．