Pulsímetro

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Funcionamento

O pulsímetro permite o registro da frequência cardíaca de forma totalmente segura, uma vez que o paciente não está conectado de forma alguma a partes eletrônicas, devido a isso seu sinal é bem menos detalhado que o do eltrocardiograma, mas este equipamento se mostra muito útil para várias aplicações que exigem apenas o registro da frequência cardíaca.

Circuito

LED e Fototransistor

O contato do paciente com o circuito ocorre a partir de um par emissor-receptor infravermelho como os mostrados abaixo.

O componente com encapsulamento azul é um LED emissor de infravermelho. Para visualizar a luz infravermelha pode-se utilizar a câmera de celulares mais antigos, elas são sensíveis a esse comprimento de onda e é possível ver elas. O componente com encapsulamento transparente é um fototransistor receptor de infravermelho, apesar de ser um transistor ele tem apenas dois contatos, a perna curta é o receptor e a longa o emissor, a corrente na base é gerada pela radiação infravermelha e faz aumentar a voltagem no coletor do transistor.

retirado de: http://i.stack.imgur.com/HC4iL.jpg

A voltagem na saída será zero na ausência total de luz e aumenta quando radiação infravermelha incide sobre a base do foto transistor. O valor do resistor conectado ao receptor pode ser alterado para mudar o valor da voltagem na saída. Aumentar o valor deste resistor irá aumentar a voltagem de saída, no entanto não se deve usar valores altos demais, uma vez que o sinal não deve saturar em 5V. Valores muito baixos darão tensões de saída muito baixas o que cria a necessidade de utlizar amplificadores operacionais com alto ganho. O ideal é encontrar um valor mediano para a veoltagem de saída, de forma que ela não seja nem muita baxa nem sature. Testando alguns valores de resistência sem alterar o resto do circuito foram obtidos os valores abaixo. A tensão mínima foi obtida cobrindo o receptor com o dedo e a máxima encostando o lado do LED com o lado do fototransistor.

R = 22 kΩ:
-tensão mínima = 0V
-tensão máxima = 0,3V

R = 100 kΩ:
-tensão mínima = 0V
-tensão máxima = 1,4V

R = 200 kΩ:
-tensão mínima = 0,1V
-tensão máxima = 3,5V

O valor de 200kΩ foi escolhido, uma vez que ele tem uma detecção bem sensível com tensão de saída alta, mas ainda assim longe da tensão de saturação de 5v.

Posicionamento do dedo

Pode ser bastante difícil encontrar um posicionamento bom para o dedo. Às vezes um circuito bom não dá nenhum sinal de saída pois o LED e o fototransistor não estão em um alinhamento bom.

Inicialmente, na fase de testes do circuito, Apenas entortou-se os LEDs e posicionou-se o dedo no meio. Após mexer bastante coma pressão e a distância dos dois era possível captar um sinal. No entanto, qualquer mínimo movimento já fazia com que o sinal sumisse.


Para tentar criar um dispositivo mais estável, foram feitos dois furos em um prendedor de roupa onde se fixou os LEDs com cola quente. No entanto, a pressão ficou forte demais e não se obteve nenhum sinal também. Não indicamos utilizar este tipo de dispositivo.


Para tentar fazer um suporte de dedo com pressão ajustável, foi feito um anel de duas voltas com um fio de arame. Entre as duas voltas do anel foram fixados os dois LEDs com cola quente. Utilizando um alicate é possível fazer ajustes finos na pressão. Utilizando este formato, foi possível obter sinais excelente. A vantagem de ter a pressão ajustável, permite que o pulsímetro seja utilizado em diversos pacientes, uma vez que pessoas têm diversos tamanhos de dedos e que requerem diferentes pressões.


Primeiro Protótipo

Um primeiro protótipo foi construído no CTA seguindo o esquemático disponível no endereço a seguir http://makezine.com/projects/ir-pulse-sensor/. O sinal sendo obtido ainda é muito fraco, como está ilustrado na imagem abaixo do plotter serial do arduino.

Segundo Protótipo (08/05/2016)

Terceiro Protótipo (16/05/2016)

Este protótipo está sendo o mais bem sucedido dos três. O sinal está invertido pois o equipamento está sendo usado em modo transmissão, não reflexão como nos outros. O sinal tem amplitude bastante alta quando o dedo é posicionado corretamente. Há bastante ruído no sinal, mas é bem visível o batimento so coração. Usando um filtro FFT no qtiplot filtrou-se todas as frequências abaixo de 4Hz, o que não vai atrapalhar a detecção dos batimentos, uma vez que 4Hz corresponderia a 240 batimentos por minuto. A diferença é dramática, portanto será adicionado um filtro passa baixa ao circuito.

Sinal Bruto

Sinal Filtrado

Inserindo um Filtro Passa-Baixa no circuito com frequência de corte de 4Hz, obteve-se o sinal abaixo, que tem bem menos ruído e uma derivada mais suave, o que possibilita a implementação de um algoritmo de deteccção de batimentos.

Suporte do dedo

Enrolando um pedaço de arame, foi produzido um anel de duas voltas. Colou-se os LEDs entre as duas voltas, um de frente para o outro. Utilizando um alicate é possível mudar o formato e a pressão que o anel exerce no dedo de forma a procurar a configuração ideal para cada paciente e obter o melhor sinal possível. Graças a este dispositivo foi possível fazer a maior coleta até agora com o pulsímetro, de pouco mais de 30 segundos. Parte do sinal obtido foi invertido no Qtiplot e esta abaixo.

Referências

http://pulsesensor.com/ - site do pulsímetro open source da Sparkfun com dealhes técnicos bastante detalhados

http://www.instructables.com/id/Simple-DIY-Pulse-Sensor/

http://makezine.com/projects/ir-pulse-sensor/

led_fotodiodo.jpg (42 KB) Rodrigo Fedrizzi Dillenburg, 08/05/2016 01:29

led_fotodiodo.jpg (42 KB) Rodrigo Fedrizzi Dillenburg, 08/05/2016 01:31

esquematico_fotodiodo.png - retirado de: http://i.stack.imgur.com/HC4iL.jpg (46,3 KB) Rodrigo Fedrizzi Dillenburg, 08/05/2016 01:33

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26.png (21,9 KB) Paulo Sérgio Müller, 09/05/2016 13:37

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puls_bruto_resized.jpg (52,9 KB) Rodrigo Fedrizzi Dillenburg, 03/06/2016 11:36

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grampo_dedo.jpg (55,1 KB) Rodrigo Fedrizzi Dillenburg, 03/06/2016 18:54

arame.jpg (60,5 KB) Rodrigo Fedrizzi Dillenburg, 03/06/2016 18:54

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