基于应变式传感器的血压计的设计
The design of the sphygmomanometer based on
strain sensor
摘要:介绍了德利康公司的BP01型应变式压力传感器的主要性能和参数给出了一个用BP01作传感器组成的便携式电子血压计的实际电路, 并对该应用电路的工作原理进行了说明, 同时给出了该便携式电子血压计电路的设计和调试方法。
关键词：应变式传感器；血压计；
1概述
BP01 型压力传感器是为监测血压而专门设计的, 主要用于便携式电子血压计。它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龙塑料封装, 具有高线性、低噪声和外界应力小的特点; 采用内部标定和温度补偿方式, 从而提高了测量的精度、稳定性以及可重复性, 在全量程范围内, 精度为±1％, 零点失调不大于±300μV。
2BP01的主要性能参数
BP01的内部等效电路和外形封装如图1所示; 表1所列为BP01在电源电压Vs 为5．0V 、环境温度TA 为25℃时的主要性能参数。 BP01的极限参数如下：
●最大工作电压：20VDC;
●最大耐压：1500 mmHg;
●工作温度范围：0～70℃;
●引脚焊接温度（最大值）：250℃（2～4秒）。
3 基于BP01的电子血压计
3．1工作原理
用BP01构成的便携式电子血压计的原理电路如图2所示, 它由偏置电源电路（A1、A2）、前置处理电路（A3～A6）、显示电路（A7）和压力传感器（BP01）组成, 该血压计的血压测量范围为0～200mmHg, 分辨率为0．1mmHg, 工作电源为一节9V 迭层电池。现将血压计中各主要电路的工作原理分述如下：
a ．偏置电源电路
电源电路由带有内置参考电压的双运放LM10组成,A1构成同相放大器,A2构成跟随器, 它们的作用是将内置的参考电压放大后用作压力传感器BP01的偏置电压Vs, 其Vs 的值由下式决定： Vs ＝Vref （1＋R 2／R 3）
式中：Vref 为LM10的内置参考电压。其值为200mV, 将此值连同电路中的R 2和R 3的值代入上式即可求得偏置电压Vs 的值为5V 。
b．前置处理电路
前置处理电路由A3～A6四个运算放大器组成, 其中A3构成失调偏置电路以对电路失调进行补偿;A5构成跟随器, 用于对压力传感器BP01的输出信号进行隔离缓冲;A4、A6构成放大电路, 其增益A V 由下式决定：
A V ＝1＋（R 1／R T ）
若忽略失调, 前置处理电路的输出电压Vout 为：
Vout ＝2（1＋R 1／R T ）V IN
式中：V IN 为压力传感器BP01的输出电压。
c．显示电路
显示电路选用三位半的显示驱动器。工作时, 压力传感器BP01的输出经前置处理电路放大后, 由显示驱动电路来驱动LCD, 以读出测量的血压值。
3．2调试方法
a．零压输出调整
在零压输出时, 调整失调电位器RP1, 在血压计的显示值为000．0时, 即可认为完成了零压输出调整。
b．前置电路增益的调整
压力传感器BP01的满量程输出与偏置电压有一定的关系, 当5V 偏置时, 在200mmHg 压力下的输出为10mV, 其对应的显示驱动电路的输入为200mV, 因此前置电路的增益A V 为200mV ／10mV, 这样, 利用前面Av 的计算公式即可反推出增益电阻R T 的值。
若选取电阻R 1为10k Ω, 则增益电阻R T 应为1．1k Ω。调试时可先用电位器调整输出值, 再用万用表测出该电位器的阻值, 最后再换成固定电阻。
c ．满量程调整
满量程调整时, 先在显示电路的输入端加上200mV 电压, 然后调整电位器RP2, 使其读数为199．9mmHg 即可。上调整完成之后, 一般应多重复几次, 以使显示值可靠地符合精度要求。
3．3元器件的选择
为保证测量精度, 上述电路的外围元器件的选择也是一个不容忽视的重要环节。一般情况下, 电位器RP1、RP2应选用1％精度的金属膜多圈电位器; 电阻应选用1％精度的金属膜电阻器; 电容一般选用聚脂薄膜或者云母电容。
4 结束语
在使用压力传感器BP01和其它器件设计便携式电子血压计时, 应注意的是：对于不同的偏置电压, 其输出也不同, 因而前置处理电路的增益应做相应的调整, 以满足满量程的不同要求。
基于应变式传感器的血压计的设计
The design of the sphygmomanometer based on
strain sensor
摘要:介绍了德利康公司的BP01型应变式压力传感器的主要性能和参数给出了一个用BP01作传感器组成的便携式电子血压计的实际电路, 并对该应用电路的工作原理进行了说明, 同时给出了该便携式电子血压计电路的设计和调试方法。
关键词：应变式传感器；血压计；
1概述
BP01 型压力传感器是为监测血压而专门设计的, 主要用于便携式电子血压计。它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龙塑料封装, 具有高线性、低噪声和外界应力小的特点; 采用内部标定和温度补偿方式, 从而提高了测量的精度、稳定性以及可重复性, 在全量程范围内, 精度为±1％, 零点失调不大于±300μV。
2BP01的主要性能参数
BP01的内部等效电路和外形封装如图1所示; 表1所列为BP01在电源电压Vs 为5．0V 、环境温度TA 为25℃时的主要性能参数。 BP01的极限参数如下：
●最大工作电压：20VDC;
●最大耐压：1500 mmHg;
●工作温度范围：0～70℃;
●引脚焊接温度（最大值）：250℃（2～4秒）。
3 基于BP01的电子血压计
3．1工作原理
用BP01构成的便携式电子血压计的原理电路如图2所示, 它由偏置电源电路（A1、A2）、前置处理电路（A3～A6）、显示电路（A7）和压力传感器（BP01）组成, 该血压计的血压测量范围为0～200mmHg, 分辨率为0．1mmHg, 工作电源为一节9V 迭层电池。现将血压计中各主要电路的工作原理分述如下：
a ．偏置电源电路
电源电路由带有内置参考电压的双运放LM10组成,A1构成同相放大器,A2构成跟随器, 它们的作用是将内置的参考电压放大后用作压力传感器BP01的偏置电压Vs, 其Vs 的值由下式决定： Vs ＝Vref （1＋R 2／R 3）
式中：Vref 为LM10的内置参考电压。其值为200mV, 将此值连同电路中的R 2和R 3的值代入上式即可求得偏置电压Vs 的值为5V 。
b．前置处理电路
前置处理电路由A3～A6四个运算放大器组成, 其中A3构成失调偏置电路以对电路失调进行补偿;A5构成跟随器, 用于对压力传感器BP01的输出信号进行隔离缓冲;A4、A6构成放大电路, 其增益A V 由下式决定：
A V ＝1＋（R 1／R T ）
若忽略失调, 前置处理电路的输出电压Vout 为：
Vout ＝2（1＋R 1／R T ）V IN
式中：V IN 为压力传感器BP01的输出电压。
c．显示电路
显示电路选用三位半的显示驱动器。工作时, 压力传感器BP01的输出经前置处理电路放大后, 由显示驱动电路来驱动LCD, 以读出测量的血压值。
3．2调试方法
a．零压输出调整
在零压输出时, 调整失调电位器RP1, 在血压计的显示值为000．0时, 即可认为完成了零压输出调整。
b．前置电路增益的调整
压力传感器BP01的满量程输出与偏置电压有一定的关系, 当5V 偏置时, 在200mmHg 压力下的输出为10mV, 其对应的显示驱动电路的输入为200mV, 因此前置电路的增益A V 为200mV ／10mV, 这样, 利用前面Av 的计算公式即可反推出增益电阻R T 的值。
若选取电阻R 1为10k Ω, 则增益电阻R T 应为1．1k Ω。调试时可先用电位器调整输出值, 再用万用表测出该电位器的阻值, 最后再换成固定电阻。
c ．满量程调整
满量程调整时, 先在显示电路的输入端加上200mV 电压, 然后调整电位器RP2, 使其读数为199．9mmHg 即可。上调整完成之后, 一般应多重复几次, 以使显示值可靠地符合精度要求。
3．3元器件的选择
为保证测量精度, 上述电路的外围元器件的选择也是一个不容忽视的重要环节。一般情况下, 电位器RP1、RP2应选用1％精度的金属膜多圈电位器; 电阻应选用1％精度的金属膜电阻器; 电容一般选用聚脂薄膜或者云母电容。
4 结束语
在使用压力传感器BP01和其它器件设计便携式电子血压计时, 应注意的是：对于不同的偏置电压, 其输出也不同, 因而前置处理电路的增益应做相应的调整, 以满足满量程的不同要求。