Регистрация пульса фоточувствительными элементами с помощью световых волн Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 681.784.8; 612.145

РЕГИСТРАЦИЯ ПУЛЬСА ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ С ПОМОЩЬЮ СВЕТОВЫХ ВОЛН

А.В. Лушина

Статья посвящена наиболее доступному и распространённому, на сегодняшний день, способу измерения, регистрации пульса с помощью световой волны; процессу получения результатов замеров, произведённых фотоплетизмографом; существующим вариантам замеров, их сравнению и описанию; возможным помехам в ходе применения прибора.

Ключевые слова: фотоплетизмограф, пульс.

В настоящее время наиболее распространённым способ измерения пульса является фотоплетизмография. Фотоплетизмограф - прибор, определяющий изменение размера органа с помощью фоточувствительных элементов. Этим же прибором определяют и пульс. Измерить пульс можно на: мочке уха, последней фаланге пальца руки, запястье, виске, бицепсе руки, лодыжке, стопе (у младенцев).

Под действием артериальной пульсации тока крови сосуды сужаются и расширяются. Это и вызывает изменение сигнала на приёмнике. Сигналом является световая волна. Для измерения пульса важна та область, поглощение в которой максимально. Такой областью является диапазон 500-600 нм., обычно выбирается длина, равная 525 нм. (зелёный цвет). Зелёный выбирается исходя из такого факта - кровь имеет красный цвет (то есть она отражает красный свет) и поглощает зелёный свет. При ударе сердца объём крови, проходящей данный участок тела, увеличивается, следовательно увеличивается и объём поглощённого зелёного света.

Измерять с помощью световых волн можно не только пульс, но и насыщенность кислородом крови. Что и включает в себя оксиметрия. Венозная и капилярная кровь по-разному поглощают красное и инфракрасное излучение. Так максимумом поглощения венозной крови (дезокси) является длина 660 нм (красный цвет), а максимумом капилярной (окси) - 940 нм (инфракрасный диапазон). В этом случае используют длину волны, равную 660 нм.

Для определения фотоплезмограммы необходим источник (свето-диод) и приёмник (фототранзистор). Относительно друг друга светодиод и фототранзистор могут располагаться двумя способами: «на просвет»(рис. 1) и «на отражение» (рис. 2). В первом варианте источник и приёмник находятся в одной плоскости так, что свет из источника попадает на кожу,

163

частично поглощается, а отражённый свет попадает на приёмник. Во втором варианте источник и приёмник находятся на противоположных сторонах относительно части тела. Свет, проходя сквозь часть тела, попадает на приёмник.

I

Рис. 1. Прохождение луча света через тело «на просвет»

Рис. 2. Прохождение луча света через тело «на отражение»

И в одном, и в другом случае далее с фотоприёмника сигнал идёт на схему усиления и фильтрации, где с помощью разделительного конденсатора убирается постоянная составляющая, возникающая в результате общего освещения помещения, так же убираются постоянные поглощения света в мягких тканях, венах, артериях. А с помощью подтягивающего резистора сдвигается напряжение. После сигнал усиливается, с него вновь убираются лишние шумы и он выводится, как результат измерения.

Основные характеристики светодиодов:

1. Длина волны (максимум спектральной характеристики) (нм - нанометр)

2. Угол половинной яркости

3. Интенсивность излучения (мВт/ср - милливатт/стерадион)

4. Номинальный ток (мА - миллиампер)

5. Наличие линз и светофильтров, встроенных в корпус.

Основные характеристики фототранзисторов:

1. Длина волны;

2. Угол охвата (град - градус);

3. Чувствительность [мА];

4. Номинальный ток;

5. Темновой ток.

Источник и приёмник составляют пару. Рассмотрим в таблице пары, наиболее подходящие для измерения пульса небольшим устройством. Пары в таблице расположены таким образом, что наиболее подходящая находится внизу.

Пары источников и приёмников с их характеристикой

Приёмник/ Источник Угол охвата и угол половинной ярко- Длина волны Интенсивность излучения при токе 20 мА (све- Фотоэлектрический ток при 1 мВт (фототранзистор)

сти тодиод)

Приёмник 15 910 0,3 2

Источник 80 940

Приёмник 25 910 1,5 0,5

Источник 25 890

Приёмник 15 830950 940 8 6

Источник 12

Линзы и светофильтры помогают достичь нужного угла половинной яркости и охвата. То есть благодаря им прибор становится менее чувствительным к излучениям от прочих источников. Угол половинной яркости не может быть большим, так как это приведёт к проходу света источника мимо тела, а следовательно к уменьшению точности результата. Интенсивность излучения источника и номинальный ток приёмника связаны между собой. В результате их работы минимальный уровень ожидаемого сигнала должен превосходить в разы максимально возможный уровень шумов в устройстве. Возможен слабый сигнал, что компенсируется увеличением яркости светодиодов.

Возможные артефакты (помехи):

1. Слишком сильное сдавливание части тела фотоплетизмографом (пульсация артериального кровотока передаётся на вены, чьи пульсации плетизмограф не способен различить)

2. Часть тела, на которой измеряется пульс, находится гораздо ниже уровня сердца, следовательно на фотоплетизмограмме появляются высокие волны

Список литературы

1. Шурыгин И.А. «Мониторинг дыхания: пульсоксиметрия, капно-графия, оксиметрия.»

2. Пульсометр с Bluetooth или устройство фотоплетизмографа. [Электронный ресурс] URL: https://m.habrahabr.ru/post/258115/ (дата обращения: 10.0.1.2018).

Лушина Алена Вячеславовна, студентка, alenushka. lushina@mail. ru , Россия, Тула, Тульский государственный университет

CHECK PULSE OF PHOTOSENSITIVE ELEMENTS USING LIGHT WA VES

A.V. Lushina

The article is devoted to the most accessible and widespread, to date, method of measurement, pulse registration with the help of a light wave; the process of obtaining the results of measurements made by a photoplethysmograph; the existing variants of measurements, their comparison and description; possible interference during the application of the device.

Key words: photoplethysmograph, pulse.

Lushina Alena Vyacheslavovna, student, alenushka. lushina@,mail. ru Russia, Tula, Tula state University

УДК 519.872

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ВРЕМЕНИ

ОБСЛУЖИВАНИЯ ТРАНЗАКЦИЙ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ОПЕРАЦИЙ ОБМЕНА В МНОГОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМАХ

С РАЗДЕЛЯЕМОЙ ПАМЯТЬЮ

А.И. Мартышкин

Описываются вопросы оценки времени обслуживания транзакций при обмене данными в многопроцессорных системах на основе общей шины с разделяемой памятью. Целью работы являются исследование моделей подсистемы «процессор-память» и оценка времени обслуживания заявок при обмене данными в многопроцессорных системах с общей памятью. На предложенных моделях исследовано время обслуживания транзакций, получены выражения для оценки вероятностно-временных характеристик времени обращения к подсистеме «процессор-память». Модели базируются на аппарате теории массового обслуживания. В заключении сделаны соответствующие выводы по работе. Рассмотренные в статье модели позволяют производить оценку характеристик многопроцессорных систем без построения реальных макетов.

Ключевые слова: математическое моделирование, система массового обслуживания, транзакция, операция чтения, операция записи, многопроцессорная система, архитектура памяти, пропускная способность памяти, латентность памяти, буферный элемент.

Повышение мощностей современных высокопроизводительных вычислительных систем (ВС) напрямую связано с увеличением быстродействия и емкости памяти, входящей в их состав. С целью получения

166