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類型分類：: 科普知識

數(shù)據(jù)分類：: 加速度傳感器

【應用案例】加速度傳感器在胎兒心率測量中的應用

發(fā)布日期：2022-10-09 點擊率：88

生命孕育的過程往往復雜而又狀況百出，雖說通過加強對準媽媽的關照和護理能夠在一定程度上確保胎兒的健康和安全，但仍然會有疏漏的地方。為此通常需要借助外部儀器對胎兒發(fā)育狀況進行檢測，其中胎心作為最早有的功能器官，能夠傳遞出與胎兒健康狀況相關的重要信息。在使用傳統(tǒng)聽診器進行人工胎兒心率檢測時往往計數(shù)不準，而帶數(shù)字顯示功能的超聲波多普勒胎兒監(jiān)護儀又價格昂貴，僅方便醫(yī)院使用，很難滿足日常需求。

隨著傳感器技術應用和發(fā)展，一種基于MEMS加速度傳感器的無創(chuàng)胎心檢測方法被提出來。這是在加速傳感器的基礎上，研制出的一種介于胎心聽診器和胎兒監(jiān)護儀之間的孕婦自檢用的醫(yī)療輔助儀器，簡單方便且直觀準確。那這種檢測方法是怎樣實現(xiàn)的呢，必優(yōu)傳感帶大家一起來了解下吧。

基于MEMS加速度傳感器的無創(chuàng)胎心檢測方法的系統(tǒng)原理如圖1所示，通過加速度傳感器的測量，將胎兒心率情況轉換為模擬電壓信號，經(jīng)電路放大、濾波降噪等一系列中間信號處理后，由A/D轉換器將模擬電壓信號轉換成數(shù)字信號，并輸入到單片機中進行分析處理，最后輸出測量結果。

1前置放大電路

前置放大器主要考慮噪聲、輸入阻抗和共模抑制比這三項的影響。

2信號處理電路

母體中胎兒心率信號是屬于強噪聲干擾下的低頻微弱信號，由于其非常微弱，只有微伏級，同時干擾又很大，因此有效信號往往會被淹沒。干擾信號一般包括高頻的電磁干擾、50Hz工頻干擾以及母體中的其它干擾源等。工頻干擾主要以共模信號的形式存在，通常幅值可達幾伏。母體中的干擾信號和胎兒心率信號的頻率也不相重疊。能夠根據(jù)胎兒心率信號主要集中在7OHz～l10Hz范圍之內(nèi)的特點，設計了一款針對性強、性能優(yōu)越、穩(wěn)定可靠的胎兒心率信號處理電路，如圖2所示。

3A／D轉換和光電耦合電路

傳感器出來的信號是模擬電壓信號。需要經(jīng)過A／D 轉換變成數(shù)字信號，才能送到805l單片進行處理為了保證安全以及防止模擬和數(shù)字電路之間的干擾，光電隔離電路也是一個必不可少的模塊。如圖3所示。

圖3 A／D轉換和光電耦合電路

4MCU信號處理

MCU對信號的處理主要是對從A／D 轉換器傳來的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析和計算胎兒心率值。設計一個基于小波變換的自適應濾波器，能夠更好的對信號進行處理，從中提取我們需要的信號。

MCU采用atmel公司的AT89C205l，與液晶顯示器的連接電路如圖4所示。

圖4 ＭＣＥ與液晶顯示器的連接電路圖

該單片機是采用高性能的靜態(tài)80C51設計。由先進CMOS工藝制造并帶有非易失性Flash程序存儲器。全部支持l2時鐘和6時鐘操作。AT89e205包含128字節(jié)RAM、16條I／O口線、2個16位定時／計數(shù)器、5輸入2優(yōu)先級嵌套中斷結構、1個串行I／O 口可用于多機通信I／O擴展或全雙工UART以及片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。

此外，由于器件采用了靜態(tài)設計，可提供很寬的操作頻率范圍(頻率可降至0)。可實現(xiàn)兩個由軟件選擇的節(jié)電模式—— 空閑模式和掉電模式。空閑模式凍結CPU，但RAM、定時器、串口和中斷系統(tǒng)仍然工作。掉電模式保存RAM 的內(nèi)容，但是凍結振蕩器，導致所有其它的片內(nèi)功能停止工作。由于設計是靜態(tài)的，時鐘可停止而不會丟失用戶數(shù)據(jù)。運行可從時鐘停止處恢復。

5顯示電路

設計使用的是YLF12232F液晶顯示器。YLF12232F是一種內(nèi)置8192個16"16點漢字庫和128個16*8點ASCII字符集圖形點陣液晶顯示器，它主要由行驅動器／列驅動器及128×32全點陣液晶顯示器組成。可完成圖形顯示，也可以顯示7．5×2個(16×16點陣)漢字與外部CPU接口采用串行方式控制的一款胎心監(jiān)護儀器。

基于MEMS加速度傳感器設計的胎兒心率檢測儀。對這類儀器而言，最重要的就是如何出去干擾和噪聲。從中提取我們需要的信號。隨著技術的發(fā)展，儀器也越來越小型化、便攜化。并且在適當改進后能夠以此為終端，做一個遠程胎心監(jiān)護系統(tǒng)。它是把目前的常規(guī)胎心監(jiān)護和計算機，電話通訊相結合，運用上述胎心檢測儀，電話機和醫(yī)院的中央信號采集分析監(jiān)護主機構成系統(tǒng)。醫(yī)院端的中央信號采集分析監(jiān)護主機給出自動分析結果，醫(yī)生對該結果進行診斷，如果有問題及時通知孕婦到醫(yī)院來。該技術有利于孕婦隨時檢查胎兒的狀況，有利于胎兒和孕婦的健康。

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