毕业论文：放射性物探方法测量

红外智能心率计既可以家用，又可以广泛在医疗中使用，最重要的是可以在户外使用。

红外智能心率计与市场上的心率计相比较，具有体积小成本低使用方便测量准确抗干扰能力强以及易于观察等优点。

红外智能心率计的研究背景红外探测的原理随着心脏脉搏的跳动，人体组织半透明度随之改变。

当血液送到人体组织时，人体组织的半透明度会减小当血液流回心脏，组织的半透明度随之增大。

这种现象在人体较薄的手指尖耳垂等部位最为明显。

因此，红外智能心率计将红外发光二极管产生的红外线照射到人体的上述部位，并用装在该部位另侧的红外光或旁边的光电三极管来检测机体组织的半透明度并把它转换为电信号，由于信号的频率与人体每分钟脉搏次数成正比，只要把它转换成了电信号，再使用红外处理芯片进行处理，最终将处理好的波形再通过计数与定时电路来显示出来，就能实现实时检测脉搏次数的目的。

红外发光二极管与光电三极管的介绍红外发光二极管与光电没三极管是光电检测器件的种，都是利用物质的光电效应把光信号转换为电信号的器件。

其性能对整个系统的影响很大，特点是响应的波长无选择性并且响应慢。

发光二极管的工作原理与性能介绍发光二极管是种注入式电致发光器件，它由型和型半导体组成而成，如图所示，实际是将结管芯烧结在金属或陶瓷底座上，然后用透明环氧树脂封装而成。

当结加上正向电压时，结区势垒降低，区的空穴载流子向区扩散，区的电子向区扩散，与在结区相遇复合释放能量而发光。

红外发光二极管型号为系列，常用的还有，系列，其外形和发光二极管相似，发出红外光。

管压降约，工作电流般小于。

为了适应不同的工作电压，回路中常常串有限流电阻。

其外形图如图所示。

图发光二极管原理图图结构图光电三极管的工作原理与性能介绍光敏三极管是种相当于在基极和集电极之间接有光电二极管。

为了对光有良好的响应，必须有个感光面，在正常情况下，此二极管反向偏置，般用基极集电极作为受光面，结构原理图如图所示，入射光子在基区及收集区被吸收而产生电子空穴对，形成光生电压，由此产生的光电流有基极进入发射极，从而在集电回路中得到个放大了的信号电流。

红外接收三极管选用的是系列，常用的还有，外形图如图所示，其主要性能如下集电极漏电流发射极漏电流集电极发射极击穿电压发射极基极击穿电压集电极基极击穿电压集电极发射极饱和压降基极发射极饱和压降基极发射极压降集电极基极击穿电压集电极发射极击穿电压发射极基极击穿电压集电极电流集电极功率。

图光敏三极管原理图图外形图红外探测的优缺点红外探测应用相当广泛，红外探测器件是红外智能心率计系统中最重要的组成部分，直接决定系统的灵敏性与稳定性，是整个系统品质的保障。

与其他心率计相比，红外探测本身不发任何类型的辐射，安装简捷，显示直观，灵敏度高控制范围大，蔽性好，可流动安装，实时性，器件功耗很小，体积小，价格低廉使用方便等。

当然，没有十全十美的东西。

红外探测也存在定的缺点，如信号幅度小，容易受各种热源光源干扰易受射频辐射的干扰环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。

红外智能心率计的结构图红外智能心率计采用的是红外光电式传感器，首先光电二极管与光电三极管是把光信号转换成电信号，然后信号处理芯片把微弱的电信号进行放大滤波整形等调理，接着把信号传输到同步定时计数电路，将信号进行定时与计数，也就是时间的控制与心跳次数的记载，最后通过数码显示将计数显示出来，最终达到了红外智能心率计的目的。

设计方案介绍在对本次论文的准备阶段，通过上网查阅书本等信息，对心率计的设计方案获取了几种不同的方案，通过仔细的研究对比，又从优缺点实用性发展前景几方面考虑，选择了红外智能心率计的设计，以下是几种方案的介绍。

红外智能心率计红外智能心率计是基于光电传感器的应用。

随着心脏的搏动，人体组织半透明度随之改变。

当血液送到人体组织时，组织的半透明度减小当血液流回心脏，组织的半透明度增大。

这种现象在人体组织较薄的手指尖耳垂等部位最为明显。

因此，本心率计将红外发光二极管产生的红外分贝工作电压范围宽，在伏到伏之间输入信号频率可在到千赫兹典型信号的中心频率为千赫兹输入信号的电压阈值为到微伏最大输入电压为到伏。

该器件耗电少，耗电最多时为微安。

其外形图如图所示，逻辑框图如图所示。

图的外形图图的逻辑框图其技术特点如下工作电源电压范围广前置放大电路增益高脉冲编码调制及解调采用包络线检波体积小，外围元件少便于与遥控微处理器接口能在窄频带及低噪声调谐电路下工作。

的管脚图如图所示，各个引脚的功能不同，引脚功能如表所示，芯片的性能如表所示。

图的管脚图表的引脚功能表引脚号功能引脚号功能信号输出接地滤波增益调整振荡回路信号输入峰值检测门槛外接电源表芯片的性能符号名称测试条件最小值最大值单位电源电压极限额定值工作环境温度极限额定值贮存温度极限额定值结温极限额定值功耗极限额定值功耗额定值递减率输入频率电源工作电流输入电压输入门槛电压峰峰值前置放大器电压增益输入电阻输出低电压输出漏电流输出高电压是综合了前置放大滤波波形处理的功能，与以往的波形处理电路比较起来，使用更方便，更简便，而且各个性能指标也特别好。

不再需要更多的分立元件来组合而完成波形的处理，以及处理过程中所发生的各种问题，的加入更清晰的说明了本款心率计的智能性。

红外智能心率计后端主要功能描述和设计后端信号调理电路图后端计数显示电路图后端显示电路主要是对计数器的应用。

前端波形处理后，使信号触发技术器，个计数器得到触发后计算心跳的次数，另个计数器则对时间的计数，将时间计数器控制在秒，当然时间的控制与波形触发计数器的计数在同步进行，这样就可以很轻松得知在半分钟心跳的次数，最终通过数码管显示电路实现显示，从而得知分钟内的心跳次数。

二进制计数器芯片介绍二进制计数器选择图的引脚图表的引脚表并行启用低电平输入并行输入计数启用并行输入计数启用涓流输入时钟输入主复位低电平输入同步复位低电平输入并行输出注终端计数输出注图的交流波形图图的状态图有快速计数的内部超前进位用于位级联的进位输出同步可编程序有置数控制线二极管箝位输入直接清零同步计数的功能。

原理这种同步可预置四位二进计数器是由四个型触发器和若干个门电路构成，内部有超前进位，具有计数置数禁止直接异步清零等功能。

对所有触发器同时加上时钟，使得当计数使能输入和内部门发出指令时输出变化彼此协调致而实现同步工作。

这种工作方式消除了非同步脉冲时钟计数器中常有的输出计数尖峰。

缓冲时钟输入将在时钟输入上升沿触发四个触发器。

这种计数器是可全编程的，即输出可预置到任何电平。

当预置是同步时，在置数输入上将建立低电平，禁止计数，并在下个时钟之后不管使能输入是何电平，输出都与建立数据致。

清除是异步的直接清零，不管时钟输入置数输入使能输入为何电平，清除输入端的低电平把所有四个触发器的输出直接置为低电平。

有了超前进位电路后，无须另加门，即可级联出位同步应用的计数器。

它是借助于两个计数使能输入和个动态进位输出来实现的。

两个计数使能输入和计数时必须是高电平，且输入必须正反馈，以便使能动态进位输出。

因而被使能的动态进位输出将产生个高电平输出脉冲，其宽度近似等于输出高电平。

此高电平溢出进位脉冲可用来使能其后的各个串联级。

使能和输入的跳变不受时钟输入的影响。

电路有全的时钟电路。

改变工作模式的控制输入使能或清零纵使发生变化，直到时钟发生为止，都没有什么影响。

计数器的功能不管使能不使能置数或计数完全由稳态建立时间和保持时间所要求的条件来决定。

数码显示管的介绍是七段数字显示译码器，其功能是图引脚图当需要到的输出功能时，灭灯输入必须为开路或保持在高逻辑电平，若不要灭掉十进制零，则动态灭灯输入必须开路或处于高逻辑电平。

当低逻辑电平直接加到灭灯输入时，不管其它任何输入端的电平如何，所有段的输出端都关死。

当动态灭灯输入和输入端都处于低电平而试灯输入为高时，则所有段的输出端进入关闭且动态灭灯输出处于低电平响应条件。

当灭灯输入动态灭灯输出开路或保持在高电平，且将低电平加到试灯输入时，所有段的输出端都得打开。

总结与展望从开始的调研到资料收集，然后到最后完成，共用了三个多月时间。

从最终的结果来看，其各项有关技术参数都达到了论文的要求，红外智能心率计有较好的应用前景。

本次设计的主要芯片是红外信号处理芯片，它是款兼具多重功能的集成芯片，由信号放大滤波除干扰等。

精确度高，探测范围大，安全性和隐蔽性良好，误报率小，抗干扰能力强。

由于基础不够牢固，动手能力不够充足，没有能够实现本次论文的调试，非常遗憾，不过我会再以后的学习中更加努力。

随着时代的不断进步，人们对心率的测量也在进步，尤其是能方便的在家里健身房室外等的使用，因此心率计的特点在不断提高，体积小抗干扰能力强使用方便，易于观察易于携带等等，而红外智能心率计正能解决这些问题，会很好的在家用医疗等得到广泛使用。

可以预见，在今后光学科技的发展中，智能化将进步深入，使其受探测环境的影响降至最低，提高灵敏度，减小误报率，因此在医疗装置中得到了广泛的应用。

此外，在人体探测等领域中，红外智能心率计也以其价格低廉技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。

致谢本文是在肖老师的悉心指导下完成的，感谢肖老师的关心和指导。

肖老师认真负责耐心教学悉心指导的高尚品质让我受益匪浅。

肖老师严谨的治学态度丰富的知识勤奋的工作精神和积极向上的求学精神引领我在未来的学崖中不断学习不断进步。

本人对肖慧老师表示最诚挚的谢意。

感谢测控教研组的老师们，是你们孜孜不倦的教授我许多专业知识，正是你们的无私奉献让我可以顺利完成毕业设计。

感谢肖慧老师的指导，使我在这段毕业设计的时间里进步不少。

感谢我的朋友们在学习中对我的帮助，在毕业设计的这些日子里与我共同进步。

衷心感谢所有在学习中给予我帮助的同学们，论文的完成与他们的关心是离不开的。

感谢同届同学在学习及生活中无私的帮助，使我在不久的将来受益匪浅。

最后，再次感谢曾经帮助我的老师和同学们。

参考文献美凯斯主编，董培芝等译，光探测器与红外探测器，科学出版社，韩保存，李建华型米超小型无线电遥控器电子世界金斯顿著，孙培等译，光学和红外辐射