맥박측정기 제작

소개글

맥박측정기 제작에 대한 보고서 자료입니다.

목차

맥박 측정기
회로
결과
Lock in 기법 적용

본문내용

Noninverting amplifier의 결과 파형을 보여주고 있다. Noninverting amplifier를 사용하는 이유는 높은 gain값을 활용하여 PD에서 받은 신호를 구형파의 형태로 clamping 하기 위함이다. PD에서 받은 신호의 크기가 약하기 때문에 2300배 정도의 증폭을 가지게 하여 구형파에 가까운 신호를 만들어 냈다. Rising time과 falling time이 존재하여 완벽한 구형파의 형태를 만들 수 없었다. 하지만 출력단에 적절한 수동 소자를 사용한다면 구형파에 가깝게 만들 수 있을 것이다.
그림 25, 26은 Noninverting amplifier에서 나온 출력을 Phase shifter에 인가하여 가변 저항에 따른 phase shift된 신호이다. 정현파를 이용하여 Phase shift를 simulation 프로그램을 실행한 결과 파형의 모습은 바뀌지 않았지만 실제 회로도에서는 가변 저항의 범위를 900K 까지 사용하기 때문에 impedance값이 바뀌어 파형이 살짝 변하게 된다. 하지만 스위치 소자의 reference 신호에 인가되기 때문에 크게 신경 쓰지 않았다.
하지만 마지막 그림 27에서 보듯이 입력 주파수에 2배가 되는 주파수 출력이 나올 것으로 예상했지만 실질적으로 정확히 2배의 주파수가 나오지 않았다. LD 출력이 많이 흔들리기 때문에 이에 따른 Noninverting amplifer의 출력이 흔들리고 또한 Phase shifter의 출력 또한 흔들리게 되어 정확한 스위칭을 하기가 힘들어 진다. 이를 해결하기 위해서는 주변의 빛이 없는 환경을 조성할 것과 PD, LD의 위치를 정확하게 고정하고 사용하여야 하겠다.
.
Ⅳ. 결 론
맥박을 측정하기 위한 회로 제작 시, 처음에는 LD와 PD를 이용하여 맥박을 측정하고 이 신호를 이용해 Lock-in detection 까지 해보는 것이 본 종합설계의 목표였다. 하지만 맥박은 기본적으로 stable한 신호가 아닌 오히려 transient에 가깝기 때문에 Lock-in detection을 하기에 알맞지 않은 신호이다. 이에 따라서 맥박측정기는 센서 모듈을 이용하여 제작하였고 Lock-in detection을 하기 위해 따로 LD와 PD를 이용해 그 특성을 알아보았다.
맥박측정기를 제작 시, 처음에는 LD와 PD를 각각 따로 구매하여 filter와 amp를 이용해 제작해 보았다. 하지만 맥박 신호 자체 크기가 매우 작은 점과 LD와 PD 사이에 들어오는 외부 빛 때문에 제대로 된 신호를 얻을 수 없었다. 이에 따라서 LD와 PD를 같이 구성해 놓은 RP320 module을 구매 하였고 뒷단에 filter와 적절한 gain의 amp를 사용하여 맥박을 얻을 수 있었다. 전자 분야에서 사용하는 다양한 filter 중에 sallen-key filter를 사용함으로써 이런 기법을 왜 쓰는지 또는 어떻게 구성을 할지에 대해 많이 공부할 수 있었다. 그리고 가장 기본적인 소자인 LD와 PD의 구동법과 기본적인 소자의 특성에 대해 알 수 있었고 특히 RED 계열의 빛을 내는 소자에 대해 많이 알 수 있었다.
Lock-in detection을 이용해 회로를 구성하고 특성을 알아보는 설계에서는 많은 어려움이 있었다. 특히 맥박을 Lock-in detection을 할 수 없다는 것을 너무 뒤늦게 알아버려 시간이 많이 촉박하였다. 결과적으로도 만족할 만한 신호의 파형을 얻을 수 없었다. 특히 reference 신호가 많이 흔들리게 되는데 이것을 바로잡기 위해 외부의 환경을 받지 않는 장소에서 또는 장치를 설치하여야 한다. 또한 회로내의 impedance, RC time constant 등을 고려해 회로를 다시 구성할 필요를 느꼈다.광응용 부분에서 많이 쓰이는 Lock-in detection에 대한 이론과 실제로 구현해보려고 함으로써 그 응용부분에 대해 나아가야 할 방향을 알 수 있었다.
마지막 학기 수업인 종합설계를 통해서 공학인으로서 사회에 진출하거나 또는 대학원 진학 시 필요한 project의 진행순서 그리고 조원들과의 효율적인 업무분배를 배울 수 있었다. 특히 project 진행 사항을 처음부터 따라가다 보니 어떻게 연구를 효율적으로 할 수 있을지에 대해 많이 배운 시간이었다. 끝까지 신경을 많이 써주신 교수님과 조모임에 항상 친절한 협조를 해주신 조교님과 무엇이든지 성실히 해준 조원에게 감사하다.
Ⅴ. 참고문헌
의료서비스 (병원)산업 전망. 이승철(삼성경제연구소 수석연구원)
http://new.youngin.com/application/0503-0038EN-K.pdf
휴대용 광-바이오 센서 신호 검출을 위한 고성능 신호 잠금 증폭기에 관한 연구 / 孫浩賢 著
http://www.pa.msu.edu/courses/2007fall/PHY440/Problems/P1_3.pdf (phase shifter)
http://www.tedpavlic.com/teaching/osu/ece209/lab1_intro/lab1_intro_phase_shifter.pdf
http://en.wikipedia.org/wiki/Sallen%E2%80%93Key_topology (sallen-key filter)
www.thinkSRS.com/About Lock-In Amplifiers
CHOPPER STABILIZED AMPLIFIERS
BENTHAM 225 Lock-in Amplifier
The Lock-In Amplifier: Noise Reduction and Phase Sensitive Detection
Phase sensitive detection: the lock-in amplifier, Dr. G. Bradley Armen
http://www.ti.com/lit/ml/sloa088/sloa088.pdf
http://micol.tistory.com/49
http://en.wikipedia.org/wiki/Lock-in_amplifier
http://www.ece.rochester.edu/courses/ECE216/Reference%20information/OP_AMP_2.pdf

키워드

맥박,   측정,   회로