Питается прибор от одной батареи «Крона-ВЦ». Ее энергии xвaтaeт на 6 месяцев работы при 25 ежедневных замерах пульса. Сигнал пульса снимается с датчика VD2 (см. функциональную схему) инфракрасного (ИК) фотодиода и поступает на вход усилителя А1. Усиленный сигнал (эпюра 1) проходит через фильтр низких частот Z1 и поступает на втрой усилительный каскад А2, на выходе которого амплитуда сигналов пульса достигает величины 3 В (эшора 2). Каскад A3 осуществляет переход от усилительной части к цифровой, выполненной на микросхемах серии КМОП, и доводит уровень сигналов пульса до амплитуды 7 В (эпюра 3). Продифференцированные импульсы отрицательной полярности (эпюра 4) запускают одновибратор D1. Поскольку в капиллярах пальца кровь пульсирует в такт с сокращениями сердца, поэтому усиленный сигнал на выходе А2 (эпюра 2) подобен электрокардиограмме (ЭКГ), состоящей из импульсов, названных врачами-кардиологами PQRST (см., например, книгу Ю. Н. Чусова «Физиология человека». М., «Просвещение», 1981, с. 126— 128, 132. 133). Одновибратор D1 срабатывает от первого максимального импульса и затем в течение 200 мс не реагирует на сигналы. Таким образом, при каждом сокращении сердца одновибратор D1
вырабатывает импульс, поступающий в цифровую часть прибора. В ней происходит подсчет импульсов пульса за период 12 с, затем это члсло умножается на 5, а результат отображается на жидкокристаллических индикаторах (ЖКИ) Н1—НЗ. Подсчет импульсов происходит только после нажатия кнопки S1 «Счет», в результате чего триггер D5 устанавливается в единичное сосгоянкеи импульсы с одновибратора D1 начинают проходить через устройство совпадения D2. Первый из них запускает одновибратор D3, определяющий время подсчета импульсов пульса, а устройство совпадения D4 производит замену каждого импульса длительностью 200 мс на 5 импульсов по 20 мс (эпюра 7), осущесчвляя таким способом умножение на 5. Эти пачки импульсов поступают на вход счетчика D7, и по окончании времени счета, определяемого одновибратором D3, в счетчик запишется число, равное ко качеству ударов пульса в минуту. Затем триггер D5 сбрасывается в нулевое состояние и прохождение импульсов через D2 прекращается. Чтобы повторить измерение, нажимают на кнопку «Счет». Датчик пульса состоит из светодиода и фотодиода, работающих в инфракрасном участке светового диапазона. Подобная пара является, в сущности, оптроном, поэтому в качестве датчика можно использовагь аналогичный готовый прибор марки АОД111А, специально разработанный для проведения безконтактных измерений. Как же такой датчик регистрирует пульс? Светодиод излучает непрерывный поток ИК-лучей, которые, попадая на палец, отражаются от него и улавливаются фотодиодом. Причем интенсивность отраженных ИК-лучей зависит как от состояния кожного покрова пальца, так и от степени наполнения капилляров кровью. Поэтому в отраженном луче присутствует информация о пульсации крови. А поскольку амплитуда сигнала с фотодиода составляет всего 0,5—1 мВ, его усиливают в несколько тысяч раз. Однако вместе с отраженным ИК-лучом на фотодиод попадает и проходящий сквозь палец видимый свет. От действия ламп накаливания и люминесцентных светильников на выходе фотодиода возникает переменное напряжение с частотой 50 Гц, от которого избавляются, вводя в усилительный тракт НЧ фильтры. Яркий солнечный свет вызывает на выходе фотодиода слишком большое постоянное напряжение, вводящее ОУ в режим насыщения, и импульсы на его выходе отсутствуют. В пульсомере применен датчик простой конструкции, закрытый сверху декоративной пластмассовой крышкой, прозрачной для ИК-лучей. Работает такое устройство надежно, но в яркий солнечный день измерять пульс лучше в тени. Другой специфический элемент — жидкокристаллический индикатор (ЖКИ). В частности, ЖКИ применяют для индикации времени в наручных часах «Электроника». Но индикаторы этого типа сами не излучают свет. Принцип их действия основан на изменении степени прозрачности органического вещества под влиянием электрического поля. Изображение при этом как бы проявляется и становится различимым. Используемый в пульсомере ЖКИ марки ЦИЖ-9 работает на отраженном свете и состоит из двух стеклянных пластин, на внутренней поверхности которых нанесены прозрачные токопроводящие электроды: на одну — элементы изображения знака, на другую — общая подложка. От каждого элемента сделан отдельный вывод. Тонкий промежуток между электродами заполнен жидкокристаллическим веществом толщиной 10—20 мкм. По обе стороны от него на стеклянных пластинах наклеены прозрачные поляроидные пленки, а на внутреннюю поверхность задней (третьей) пластины нанесено зеркальное светоотражающее покрытие. Когда между подложкой и одним из электродов-элементов прикладывают напряжение, иа этом участке жидкокристаллическое вещество уменьшает прозрачность (мутнеет). Если напряжение подать сразу на несколько электродов, на индикатора возникнет изображение того или иного знака. При снятии напряжения индикатор снова становится однородным. Все ЖКИ работают на переменном токе. При постоянном токе в жидкости начинают протекать электролитические процессы, резко уменьшающие срок службы индикатора. Управляющее напряжение ЖКИ составляет 4—15 В, потребляемый ток — 10—30 мкА, частота управляющего напряжения может быть в пределах 30—3000 Гц (рекомендуемое значение 50 Гц). Чтобы ЖКИ действовал безотказно, между его выводами не должно быть влаги и пыли.
Принципиальная схема цифрового измерителя пульса представлена на рисунке 1. Светодиод VD1 ИК-датчика подключен к батарее GB1 последовательно со стабилизатором тока на элементах VT1 и R1. Усилительная часть собрана на микромощных ОУ типа К140УД12, ток потребления которых составляет 0,25 мА. Между инвертирующим и неинвертирующим входами DA1 включен фотодиод VD2 датчика. Коэффициент усиления первого каскада определяется номиналом резистора R4, параметрами фотодиода и достигает 20—25. Режим работы ИМС DA1 по постоянному току задают резистором R5. В оптимальном режиме на выходе DA1 постоянное напряженно составляет + 2,5 — 3 В относительно общего провода, а амплитуда сигнала достигает 5—10 мВ. Выход первого ОУ подключен к двухзвенному фильтру НЧ (R8, С2, R9, С3) с частотой среза около 20 Гц. Второй каскад усиления, выполненный на микросхеме DA2, имеет коэффициент усиления около 400, а амплитуда сигнала на его выходе обычно превышает 3 В. Режим ИМС DA2 подбирают резистором R15 таким образом, чтобы напряжение на выводе 6 составляло + 6 — 6,5 В. Усилительные свойства второго каскада определяет цепь отрицательной обратной связи, состоящей из резисторов R11, R12, R16. Включение в нее конденсатора С4 повышает эффективность подавления фона с частотой 50 Гц. Усилительная часть пульсомера получает питание через параметрический стабилизатор напряжения, состоящий из элементов VD4 и R24. Выходное напряжение стабилизатора 6,8 В с помощью резисторов R18, R19 делится пополам, а элементы усилителя подключены к общей точке резисторов таким образом, что ОУ DA1 и DA2 работают от однополярного источника. Каскад на транзисторе VT2 осуществляет согласование выхода DA2 со входом микросхемы DD1.1 серии КМОП и работает в ключевом режиме. Цифровая часть измерителя пульса состоит из генератора импульсов частотой 25 Гц (DD3.1, DD3.2), одновибратора, формирующего стробирующие импульсы длительностью 200 мс (DD1.2, DD1.3), ждущего одновибратора с временем задержки 12 с (DD2.2, DD2.3), а также двоично-десятичных счетчиков с семисегментными дешифраторами (DD5, DD6). Подсчет числа импульсов осуществляется следующим образом. Сигнал с выхода усилительной части, пройдя через инвертор DD1.1 и дифференцирующую цепочку R23, С7, запускает одновибратор DD1.2, DD1.3.
Рис. 2. Монтажная плата
прибора со схемой расположения элементов. 
Рис. 4. ИК-датчик:
1 — корпус, 2 — крышка
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦИФРОВОГО ПУЛЬСОМЕРА
Диапазон измерений, ударов/мин...............................................20—199
Максимальная погрешность измерения, ударов/мин................... ± 5
Время измерения, с.............................................................................12
Габариты, мм................................................................................120х55х28
Масса, г...............................................................................................150
Потребляемый ток, мА .......................................................................7
Диапазон рабочих температур, °С................................................0...+40
Импульсы положительной полярности с вывода 4 DD1.2 поступают одновременно на логический элемент 2И-НЕ DD2.1 и на схему ЗИ-НЕ, образованную диодами VD5, VD6, и элементом DD2.4. При нажатии кнопки SB1 «Счет», «обнуляются» счетчики DD5 и DD6, триггер DD4.2, а RS-триггер DD4.1 устанавливается в единичное состояние. Высокий уровень с выхода RS-триггера разрешает прохождение импульсов через ИМС DD2.1 и тем самым запускает одновибратор длительностью 12с. Положительный потенциал на выводе 4 DD2.2 разрешает работу логическому элементу DD2.4, на выходе которого с каждым ударом пульса появляется серия из пяти импульсов, поступающих на счетчик импульсов. Счет прекращается по истечении 12 с — через конденсатор С9 происходит сброс RS-триггера в нулевое состояние, и дальнейшее прохождение импульсов через микросхему DD2.1 прекращается. Состояние счетчика индицирует ЖКИ. Следующее измерение возможно только после нажатия кнопки «Счет». Помимо сброса счетчиков, при этом происходит еще и разряд конденсатора С10 (через вторую контактную пару кнопки SB1). Импульсное напряжение с ножки 3 микросхемы DD3.1 поступает на общий вывод ЖКИ Н1 и на входы «С» счетчиков-дешифраторов DD5 и DD5. При таком включении напряжение на их выходах становится импульсным. Когда с какого-нибудь выхода дешифратора сигнал приходит на ЖКИ в противофазе с напряжением на общем проводе индикатора, соответствующий сегмент становится видимым. Там, где эти напряжения будут в фазе (то есть разность напряжений равна нулю), сегменты остаются невидимыми. Разряд сотен, состоящий из двух сегментов, высвечивается с помощью триггера DD4.2 и логического элемента 2И-НЕ (DD3.3), который преобразует напряжение с инверсного выхода триггера в импульсное. В начале счета импульсы с генератора 25 Гц, пройдя через элемент DD3.3, приходят на сегменты в фазе с напряжением на общем проводе ЖКИ, и единица не видна. Когда число ударов пульса превышает 100, триггер DD4.2 устанавливается в нулевое состояние и прохождение импульсов через микросхему DD3.3 прекращается. Тогда на сегменты единицы сотни действуют импульсное напряжение на общем проводе индикатора и постоянное напряжение +7 В с выхода DD3.3, поэтому они становятся видимыми. Кроме цифр, с помощью элемента DD1.4 высвечивается знак «П», мигающий в такт с ударами сердца. Элементы цифрового измерителя пульса смонтированы на двух платах, изготовленных из фольгированного стеклотекстолита. Основная плата (рис. 2) — двухсторонняя, установленные на ней детали не должны превышать по высоте ИК-датчик. Тумблер включения питания крепится к ней эпоксидным клеем. Другая плата (рис. 3) предназначена для установки ЖКИ. С основным устройством ее соединяют гибкими проводниками. Важный узел пульзомера — датчик (рис. 4). В текстолитовом бруске сделаны два цилиндрических канала, в которые вставлены светодиод и фотодиод. В готовом изделии, когда на него надета пластмассовая крышечка, эти элементы чуть выступают из каналов и упираются в крышечку. Датчик крепится к плате винтом МЗ. Крышечку датчика, закрывающую ИК-диоды, изготовьте особенно тщательно и аккуратно. Хорошо отполируйте ее поверхности, поскольку неаккуратная отделка резко снижает чувствительность прибора. Плату с индикатором установите на основной плате и с помзщью двух втулок, имеющих внутреннюю резьбу, прикрепите винтами МЗ. Расположите ЖКИ на уровне крышечки ИК-датчика (рис. 5).
В устройстве применены резисторы МЛТ-0,125, конденсаторы КМ-5, КМ-6 (C2—С4, С7—С9, С11), К53-1 (С5, С6), К10-47 (С1, С10). Кнопка SB1 состоит из двух микропереключателей МП-12. Тумблер включения питания — МТ-1 или ПД-1III. Вместо ИК-фотодиода ФД-27Н можно применить более распространенный ФД-З-или заменить датчик открытым оптроном АОД111А. У многих читателей наверняка возникнет вопрос: чем заменить ОУ К140УД12. Практика показала, что при напряжении ± 3,5 В нормально может работать микросхема К140УД6. Электронная «начинка» пульсомера помещена в прямоугольный металлический футляр черного цвета. Его габариту определяют размеры основной печатной платы и батареи питания. Передняя панель прибора имеет два прямоугольных отверстия — для индикатора и датчика, и одно круглое для кнопки «Счет». По периметру первых двух сделана тонкая (шириной 1—1,5 мм) окантовка желтого цвета, которая хорошо гармонирует с желтой крышкой датчика. Для настройки устройства понадобится осциллограф с секундной разверткой (например, С1-76). Вначале установите правильный режим работы ИК-датчика и входного ОУ. Для этого, подбирая величину резистора R1 (см. рис. 1), установите ток светодиода в пределах 3—4 мА. Затем, положив палец на открытый датчик (без защитной крышки), замерьте постоянное выходное напряжение на выводе 6 микросхемы DA1. Оно должно быть в пределах ± 2,5 — 3 В (подстройку выполняют резистором R6). Теперь на выходе DA1 можно наблюдать сигналы пульса положительной полярности амплитудой 5—10 мВ. Затем проверьте режим работы второго усилительного каскада. Выходное постоянное напряжение ОУ DA2 составляет 4,6—6,5 В (его регулируют резистором R15), а амплитуда импульсного напряжения отрицательной полярности достигает 3 В. После усиления транзисторным каскадом VT2 сигнал пульса, равный 7 В, запускает цифровую часть прибора. Если цифровая часть прибора смонтирована без ошибок, она в отдельной настройке не нуждается. При его включении на ЖКИ появляются две случайные цифры. Положив палец на датчик, добейтесь, чтобы замигал знак «П» на индикаторе. Первые 12 с. после включения при каждом мигании знака «П» высвечиваемое число увеличивается на 5. Нажатием кнопки «Счет» показания табло сбрасываются в ноль и с каждым ударом сердца должны увеличиваться на 5. Через 12 с. счет заканчивается, а результат фиксируется до следующего нажатия кнопки «Счет». Проверьте точность пересчета импульсов, замерив предварительно по осциллографу длительность импульса на выводе 4 ИМС DD2.2. Время включения одновибратора регулируют резистором R29. В этом случае на вход элемента DD1.1 подают импульсы положительной полярности. Проще всего получить их с генератора Г3-39 и, изменяя частоту от 0,5 до 3,3 Гц, проверить точность измерения. Если такого генератора нет, подобные импульсы можно получить либо от цифровых электронных часов, либо от горизонтальной развертки осциллографа. В случае необходимости производят подстройку генератора 25 Гц или 12-секундного одновибратора. Установите крышечку на ИК-датчик, протерев ее тщательно спиртом. Положив палец на датчик, снова проверьте величину выходного напряжения микросхемы DA1 и, если потребуется, сделайте корректировку. Не снимая пальца с датчика, убедитесь, что сигнал пульса появляется регулярно. Палец должен лежать устойчиво и без сильного нажатия. Уменьшив толщину крышки датчика или изготовив ее из более прозрачного для ИК-лучей материала, можно повысить чувствительность прибора. Пользоваться цифровым измерителем пульса просто. Включите его, легко положите палец на крышку датчика и дождитесь, чтобы знак «П» мигал в такт с ударами пульса. Через 3—4 удара левой рукой плавно нажмите кнопку «Счет». Через 12 с на индикаторе появится число, показывающее количество ударов вашего пульса в минуту. Во время измерения следите, чтобы рука не дрожала, палец был неподвижен. Для надежности повторите измерение, вновь нажав кнопку «Счет». Пульсомер надежнее работает в помещении. На природе измерить пульс труднее, особенно если у человека холодные руки. Солнечные лучи «ослепляют» ИК-датчик, и потому пульс лучше измерять в тени.
В. ЕФРЕМОВ, М. НИСНЕВИЧ, «М-К» № 3; 4, 1985 г.
