用壓力傳感器測量血壓實驗儀器的改裝

摘要：由于原有用壓力傳感器測量血壓的實驗裝置陳舊、性能不足，因此對實驗儀器進行了改裝。介紹了原有實驗儀器的原理以及改裝后的實驗儀器原理。采用MPX50GP半導體應變集成型壓力傳感器放大電路與電表組裝在一起，當電表開關指向mV檔時，電表為毫伏表，用來測傳感器的輸出電壓，當開關指向kPa檔時，電表為一具電子血壓計。改裝后的實驗儀器具有體積小，重量輕，靈敏度高等特點，既提高了醫(yī)學學生對物理實驗的興趣，同時又對電子血壓計有了一定的理論了解。

關鍵詞：壓力傳感器； 實驗儀器； 血壓測量； 電表

中圖分類號：TN91134文獻標識碼：A文章編號：1004373X(2012)04020002

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：20111026

基金項目：教育部教研項目基金資助（BIAO10092）測量血壓的傳統(tǒng)儀器是機械式水銀血壓計，而我校目前實驗采用的是用壓力傳感器的性能測量人體血壓，雖然操作簡單，但儀器陳舊，線路簡單，已不適用于當前時代的發(fā)展。因此對原有儀器進行了改裝。

1原有儀器的實驗原理

心臟收縮時的動脈血壓叫收縮壓，心臟舒張時的動脈血壓叫舒張壓，它們都高于大氣壓強，用水銀血壓計在人體肘關節(jié)上部測收縮壓和舒張壓，這是無創(chuàng)傷間接測量方法，也是比較準確的，水銀血壓計的主要缺點是若有不慎，水銀流失污染環(huán)境，用壓力傳感器配上放大指示系統(tǒng)可以取代水銀指示［1］如圖1所示。

求兩個液面的壓強差：P1－P2=(ρ－ρ1)gh式中：ρ為水銀密度，ρ1 為空氣密度，g 為重力加速度，一定條件下這3個物理量為常數(shù)，因此，外加壓強P1與水銀高h 成正比［2］。

通常情況下把大氣壓強P2作為基準電壓，令P2=0，高于大氣壓強的為正壓，低于大氣壓強的為負壓。

剛開始，沒有向氣袋充氣時，水銀槽與玻璃管中水銀面上的壓強和傳感器入口m處的壓強都是大氣壓，兩個液面高度相同，此時玻璃管處表記O，傳感器輸出指示為O；擠壓打氣球，使氣袋內(nèi)壓強增加，玻璃管內(nèi)水銀面上升，毫伏表指示也上升。測量血壓時，把氣袋纏在肘關節(jié)上部，聽診器置于肘動脈處聽到脈搏音，然后打氣，使氣袋中的壓強大于收縮壓，氣袋通過肌肉組織將動脈血管壓閉，聽診器聽不到脈搏音，這時開始緩慢放氣減壓，當氣袋壓強降到等于收縮壓時（圖1的A 點處），血壓正好能沖過壓閉的血管，聽診器開始聽到聲音，立刻讀玻璃管或者毫伏表的指示數(shù)，即為收縮壓。

圖1測人體血壓裝置的結構原理圖在讀降壓過程中，主要氣袋內(nèi)壓強高于舒張壓，血流將隨血壓周期性的波動而繼續(xù)流過血管，如圖1的BC段，聽診器可以聽到與脈搏次數(shù)相同的聲音次數(shù)，由于氣袋內(nèi)壓強愈來愈低，血流增強聲音的強度增大，而音調(diào)（頻率）變低，當外加壓強正好等于舒張壓時（圖1的C點）血液由繼續(xù)流動變?yōu)檫B續(xù)流動，這時能聽到與其相應的聲音轉(zhuǎn)變立刻讀數(shù)，此數(shù)即為舒張壓［3］。

2改進后的儀器原理

實驗裝置所用的傳感器是Motorola公司的MPX50GP壓力傳感器［4］，在0~40 kPa的壓強范圍內(nèi)輸出電壓信號范圍是20~60 mV，它是一種半導體應變集成型壓力傳感器［5］。實驗裝置把傳感器放大電路與電表組裝在一起，當電表開關指向mV檔時，電表為毫伏表，用來測傳感器的輸出電壓，當開關指向kPa時電表為一具電子血壓計，實驗方法同上，主要對原有的電子線路和實驗裝置進行了改裝。

2.1線路圖

由于壓力傳感輸出的電壓的信號是很微弱的，須經(jīng)放大器進行放大（見圖2）。

圖2改進后的儀器線路圖A1，A2組成放大器的第1級，它們是同相輸入，輸入阻抗很高，電路結構對稱，零點漂移小，A3為第2級以提高共模抑制比和靈敏度。A4是反相輸入組成放大器的第3級，通過對電位器W2W3及開關SW的調(diào)節(jié)可以使A4有兩個放大倍數(shù)，輸出信號至表頭，分別指示血壓的KPa值和mmHg值。A5是電壓跟隨器，輸出至表頭2，直接顯示第3級的輸入電壓值。電源采用± 5V電源［6］。實驗操作時，先使血壓計為零，調(diào)節(jié)W1，使表2頭指示為零，在調(diào)節(jié)W4使表頭1指示為零。之后加壓，分別調(diào)節(jié)W2和W3對KPa值和mmHg值進行定標［7］。調(diào)零，定標工作完成后，就可以進行實驗的下一步了。壓力傳感器經(jīng)過標定核準后，可以方便地用于測量血壓［8］，圖1中把膠管n端接于傳感器m處，就是一具電子血壓計。

2.2實驗裝置的改進

將原有分立式實驗裝置改裝為儀器，即將傳感器，設計的放大器集中到一個印刷線路板上，將電位器、表頭（用數(shù)碼器做成的成品）電源、開關等固定在面板上，裝在金屬箱里，成為一臺美觀適用的電子血壓計。改裝后的電子血壓計實驗裝置性能良好，簡單適用。表1為改進后的儀器壓強與電壓之間關系數(shù)據(jù)表。

表1壓強與電壓之間關系數(shù)據(jù)表

壓強 /kPa024681012電壓 /mV05095120130150170壓強 /kPa14161820222426電壓 /mV185210230250265290320

3結語

綜上所述，改進后的儀器在測量的準確性、精確度及清晰度、穩(wěn)定性上都已達到了學生實驗的要求，同時由于操作簡單、自動性高、成本低等特點便于推廣［9］，非常適用于醫(yī)學生的實驗操作，也是對物理知識的綜合應用，可以很好地考察學生綜合能力和創(chuàng)新能力［10］。

參考文獻

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