Realizzazione di un pulsossimetro analogico Esercitazione Realizzazione di un pulsossimetro analogico

Schema a Blocchi Generatore d’onda quadra Sistema Ottico Led-PD Convertitore I-V Filtro Passa banda Rivelatore di inviluppo

Blocchi necessari Generatore di onda quadra Diodo emetitore e fotorivelatore Convertitore corrente – tensione Filtro passa banda Rivelatore di inviluppo * Dopo il rivelatore di picco il segnale andrà interpretato per fornire l’informazione necessaria

Generatore d’onda quadra Questo semplice schema fornisce all’uscita un’onda quadra di frequenza dipendente dai valori di R e C. Astabile con Op-Amp

Funzionamento Astabile Trigger di Schmitt + Cella RC OpAmp semplice: Vout = A(V+ - V-) Vout=L+ se Vi>VTH allora Vout=L- Vout=L- se Vi<VTL allora Vout=L+ Punto fondamentale: Reazione Positiva!

Funzionamento Astabile La cella RC rende automatico il meccanismo di Vi che fa avvenire la commutazione

Generatore d’onda quadra Inseriamo ora le opportune protezioni per il diodo che andremo a pilotare. Il diodo in antiparallelo fornisce la protezione necessaria al LED imponendo una tensione inversa su di esso di circa 0,65V.

Diodo Emettitore e fotorivelatore Il diodo emettitore deve essere posizionato davanti al diodo fotorivelatore lasciando lo spazio necessario ad inserire un dito della mano oppure il lobo dell’orecchio. All’uscita del fotorivelatore otteniamo una corrente che dovrà essere convertita in tensione

Convertitore I - V La corrente emessa dal fotorivelatore viene così convertita in una tensione tramite un Op-amp reazionato con una opportuna R. 1 Mohm di R garantisce un buon livello di Vout anche per bassi irraggiamenti.

Filtro passa banda Il segnale all’uscita del convertitore va ora “ripulito” da tutte le frequenze che non ci interessano perciò si utilizza un filtro passa banda centrato sulla stessa frequenza del generatore d’onde quadre. La frequenza centrale e il fattore di merito che si ottiene da questo schema sono dati rispettivamente dalle seguenti funzioni:

Funzionamento Filtro passa banda Calcolo della fdt Vout/Vin : Vout Determiniamo Vx: Vout - 0 = R2IR2 0 – Vx = IC1/SC1 IR2 = IC1  Vx = - Vout/(SC1R2) IC2 IR2 IC1 X 0V 0A IR1 Le correnti risultano: IC2=(Vout - Vx)SC2 IR1=(Vin – Vx)/R1 IC1=Vout/R2 L’equazione al nodo x risulta: IR1 + IC2 + IC1 = 0

Funzionamento Filtro passa banda Si ottiene la seguente fdt La generica funzione di un filtro passa banda del II ordine risulta Per confronto otteniamo

Funzionamento Filtro passa banda Una fdt di questo tipo Ha il seguente andamento

Filtro passa banda Lo schema di montaggio del filtro che viene proposto è il seguente: Continuano a valere le espressioni della fo e del Q precedenti (con C3=C4=C) solo che al posto di R1 ora c’è il partitore composto da Ra e Rb. Esse possono essere variate in modo tale da consentire una regolazione fine del guadagno.

Rivelatore di inviluppo Il segnale sinusoidale all’uscita del filtro va ora convertito in un segnale continuo con un rivelatore di inviluppo. Lo schema del rivelatore è il seguente: La costante di tempo τ=RC va scelta in modo tale da avere una scarica del condensatore molto più lenta del segnale in ingresso. Il segnale ottenuto è l’inviluppo del segnale modulante che dipende dall’assorbimento dell’emoglobina e della ossiemoglobina.