专利名称：一种高效血氧饱和度检测电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种高效血氧饱和度检测电路。
背景技术：
传统的基于光电容积脉搏波的血氧饱和度测量方法，通常采用专门的红光和红外光二极管以及光电传感器来获取光电容积脉搏波，进而通过光谱来得到血氧饱和度。发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足:上述操作的过程中，对器件参数和测量条件均有较严格的要求，计算复杂且占用大量CPU机时，增加了测量成本，限制了实际应用中的范围，且获取到的血氧饱和度精度不闻。
发明内容
本发明提供了一种高效血氧饱和度检测电路，该电路降低了测量的成本，实现了可以实时、方便和快捷地对血氧饱和度进行测量，详见下文描述:一种高效血氧饱和度检测电路，包括:第一电阻、第二电阻和光敏二极管，所述第一电阻的一端输入第一正弦信号，所述第一电阻的另一端分别接第一发光二极管的阴极和第一差频器，所述第一发光二极管的阳极接电源；所述第二电阻的一端输入第二正弦信号，所述第二电阻的另一端分别接第二发光二极管的阴极和第二差频器，所述第二发光二极管的阳极接所述电源；所述光敏二极 管的阴极接地，阳极分别接第三电阻和第一运算放大器的负极性端，所述第一运算放大器的正极性端接地；所述第三电阻的另一端接所述第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的输出端分别接第一带通滤波器和第二带通滤波器；所述第一带通滤波器依次连接第一双向对数放大器和第一差频器，输出波长为R的第一光电容积脉搏波；所述第二带通滤波器依次连接第二双向对数放大器和第二差频器，输出波长为IR的第二光电容积脉搏波；所述第一光电容积脉搏波和所述第二光电容积脉搏波输入控制器，所述控制器进行采集和运算，输出血氧饱和度。双向对数放大器包括:第四电阻，所述第四电阻的一端输入第一信号源，所述第四电阻的另一端分别接第一二极管的阳极、第二二极管的阴极和第二运算放大器的负极性输入端；所述第二运算放大器的正极性输入端接地；所述第一二极管的阴极和所述第二二极管阳极同时接所述第二运算放大器的输出端，输出调制信号。所述第一信号源具体为中心频率为Fl的调制信号或中心频率为F2的调制信号。差频器包括:第五电阻和第六电阻，所述第五电阻的一端输入第二信号源，所述第五电阻的另一端接第三二极管的阳极，所述第三二极管的阴极接第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端接第三运算放大器的输出端Vtl,输出光电容积脉搏波；所述第七电阻并联连接电容；
所述第六电阻的一端输入第三信号源，所述第六电阻的另一端接第四二极管的阴极，所述第四二极管的阳极接所述第三运算放大器的负极性输入端；所述第三运算放大器的正极性输入端接地；所述第三二极管的阳极接所述第四二极管阴极，所述第三二极管的阴极接所述第四二极管阳极。差频器包括:第五电阻和第六电阻，所述第五电阻的一端输入第二信号源，所述第五电阻的另一端分别接第三二极管的阳极和第四二极管的阴极，所述第三二极管的阴极和所述第四二极管阳极同时接第三运算放大器的输出端Vtl,输出光电容积脉搏波；所述第三二极管并联电容；所述第六电阻的一端输入第三信号源，所述第六电阻的另一端分别接所述第三二极管的阳极、所述第四二极管的阴极和所述第三运算放大器的负极性输入端；所述第三运算放大器的正极性输入端接地。差频器包括:第五电阻和第六电阻，所述第五电阻的一端输入第二信号源，所述第五电阻的另一端接第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端接第三运算放大器的输出端Vtl，输出光电容积脉搏波；所述第六电阻的一端输入第三信号源，所述第六电阻的另一端分别接所述第七电阻的一端和所述第三运算放大器的负极性输入端；所述第三运算放大器的正极性输入端接地。差频器包括:第五电阻和第六电阻，所述第五电阻的一端输入第二信号源，所述第六电阻的一端输入第三信号源，所述第五电阻的另一端和所述第六电阻的另一端接第三运算放大器的正极性输入端；所述第三运算放大器的负极性输入端同时接第七电阻和第八电阻的一端；所述第七电阻的另一端接地；所述第八电阻的另一端接所述第三运算放大器的输出端Vtl，输出光电容积脉搏波。差频器包括:第五电阻和第六电阻，所述第五电阻的一端输入第二信号源，所述第六电阻的一端输入第三信号源，所述第五电阻的另一端和所述第六电阻的另一端接第三运算放大器的正极性输入端；所述第三运算放大器的负极性输入端接输出端Vtl,输出光电容积脉搏波。所述第二信号源具体为:第一调制信号或第二调制信号；所述第三信号源具体为:第一正弦信号或第二正弦信号。所述第二信号源具体为:第一正弦信号或第二正弦信号；所述第三信号源具体为:第一调制信号或第二调制信号。本发明提供的技术方案的有益效果是:通过采用运算放大器构成的双向对数放大器和差频器作为高效血氧饱和度检测电路，该电路简单、灵敏度高、工艺性好、容易集成，且提高了血氧饱和度的检测精度，降低了成本；且通过修改电阻和电容的值可以很容易改变差频器的增益，通过对运算放大器型号的选择可以对光电容积脉搏波进行放大处理，满足了实际应用中的多种需要。
图1为本发明提供的一种高效血氧饱和度检测电路的结构示意图2为本发明提供的双向对数放大器电路原理图；图3为本发明提供的差频器的电路原理图；图4为图3的戴维南等效电路原理图；图5为图3的另一等效电路原理图；图6为本发明提供的另一差频器电路原理图；图7为本发明提供的另一差频器电路原理图；图8为本发明提供的另一差频器电路原理图；图9为本发明提供的另一差频器电路原理图。附图中，各标号所代表的部件列表如下:1:第一带通滤波器；2:第二带通滤波器；3:第一双向对数放大器；4:第二双向对数放大器；5:第一差频器；6:第二差频器；7:控制器；Vf1:第一正弦信号；Vf2:第二正弦信号；LEDk:第一发光二极管；LEDie:第二发光二极管；Vcc:电源；R1:第一电阻；R2:第二电阻；R3:第三电阻；R4:第四电阻；R5:第五电阻；R6:第六电阻；R7:第七电阻；A1:第一运算放大器；A2:第二运算放大器；A3:第三运算放大器；C:电容；D。:光敏二极管；D1:第一二极管；D2:第二二极管；D3:第三二极管；D4:第四二极管；V1:第一信号源；V2:第二信号源；V3:第三信号源；V。:输出端。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:为了降低测量的成本，实现可以实时、方便和快捷地进行测量，且获取到较高精度的血氧饱和度，本发明实施例提出了一种高效血氧饱和度检测电路，详见下文描述:实施例1参见图1，一种高效血氧饱和度检测电路，包括:第一电阻&、第二电阻民和光敏二极管Dtl，第一电阻R1的一 端输入第一正弦信号Vfi,第一电阻R1的另一端分别接第一发光二极管LEDk的阴极和第一差频器5，第一发光二极管LEDk的阳极接电源Vcc;第二电阻R2的一端输入第二正弦信号Vf2，第二电阻R2的另一端分别接第二发光二极管LEDik的阴极和第二差频器6，第二发光二极管LEDik的阳极接电源Vcc;光敏二极管Dtl的阴极接地，阳极分别接第三电阻R3和第一运算放大器A1的负极性端，第一运算放大器A1的正极性端接地；第三电阻&的另一端接第一运算放大器A1的输出端，第一运算放大器A1的输出端分别接第一带通滤波器I和第二带通滤波器2 ；第一带通滤波器I依次连接第一双向对数放大器3和第一差频器5,输出波长为R的第一光电容积脉搏波；第二带通滤波器2依次连接第二双向对数放大器4和第二差频器6，输出波长为IR的第二光电容积脉搏波；第一光电容积脉搏波和第二光电容积脉搏波输入控制器7，控制器7进行采集和运算，输出血氧饱和度。下面详细的描述该检测电 路的工作原理:实际应用时，需要保证第一正弦信号Vfi和第二正弦信Vf2的频率不同，即两个不同频率Fl和F2的第一正弦信号Vfi和第二正弦信号Vf2分别经过第一电阻R1和第二电阻R2驱动第一发光二极管LEDk和第二发光二级管LEDIK，光敏二极管DO接收到第一发光二极管LEDe和第二发光二级管LEDik发出的两个频率Fl和F2的光信号而输出光电流ID(I。第一运算放大器A1和第三电阻R3之间组成跨阻放大器，输出电压Vai = IdoR30电压Vai输入到第一带通滤波器I得到中心频率为Fl的调制信号，再经过第一双向对数放大器3得到幅值取对数后中心频率为Fl的第一调制信号，由第一差频器5对第一调制信号和第一正弦信号Vfi进行差频得到波长为R的第一光电容积脉搏波。同理，由第二差频器6对第二调制信号和第二正弦信号Vf2进行差频得到波长为IR的第二光电容积脉搏波。控制器7对第一光电容积脉搏波和第二光电容积脉搏波进行采集和运算，可以得到血氧饱和度的值，其过程为:通过光电容积脉搏波获取谷值和峰值；对谷值和峰值进行计算得到吸光度差值或吸光度比值，通过吸光度差值或吸光度比值获取光谱值，即血氧饱和度值。该操作过程为本领域技术人员所公知，本发明实施例在此不做赘述。其中，参见图2，该双向对数放大器包括:第四电阻R4，第四电阻R4的一端输入第一信号源V1，第四电阻R4的另一端分别接第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阴极和第二运算放大器A2的负极性输入端；第二运算放大器^的正极性输入端接地；第一二极管D1的阴极和第二二极管D2阳极同时接第二运算放大器A2的输出端，输出调制信号。S卩，第一二极管D1和第二二极管D2之间组成反并联电路。第一信号源V1具体为中心频率为Fl的调制信号或中心频率为F2的调制信号。下面结合图2详细描述该双向对数放大器的工作原理，详见下文描述:由于二极管的伏安特性为lD=ls(e^ -1)(I)其中:IS为PN结的反向饱和电流；VS为温度电压当量，在温度为300K (摄氏温度27° C)时约为26mV;VD为导通电压。当VD》VS时，^，因此(I)式可以改写为lO^iseti 2 )由于
权利要求
1.一种高效血氧饱和度检测电路，其特征在于，包括:第一电阻(R1X第二电阻(R2)和光敏二极管(Dtl)， 所述第一电阻(R1)的一端输入第一正弦信号(Vfi),所述第一电阻(R1)的另一端分别接第一发光二极管(LEDk)的阴极和第一差频器(5)，所述第一发光二极管(LEDk)的阳极接电源(Vcc);所述第二电阻(R2)的一端输入第二正弦信号(VF2)，所述第二电阻(R2)的另一端分别接第二发光二极管(LEDik)的阴极和第二差频器(6)，所述第二发光二极管(LEDik)的阳极接所述电源(Vcc); 所述光敏二极管(Dtl)的阴极接地，阳极分别接第三电阻(R3)和第一运算放大器(A1)的负极性端，所述第一运算放大器(A1)的正极性端接地；所述第三电阻(R3)的另一端接所述第一运算放大器(A1)的输出端，所述第一运算放大器(A1)的输出端分别接第一带通滤波器(I)和第二带通滤波器(2); 所述第一带通滤波器(I)依次连接第一双向对数放大器(3)和第一差频器(5)，输出波长为R的第一光电容积脉搏波；所述第二带通滤波器(2)依次连接第二双向对数放大器(4)和第二差频器(6),输出波长为IR的第二光电容积脉搏波； 所述第一光电容积脉搏波和所述第二光电容积脉搏波输入控制器(7)，所述控制器(7)进行采集和运算，输出血氧饱和度。
2.根据权利要求1所述的一种高效血氧饱和度检测电路，其特征在于，双向对数放大器包括:第四电阻(R4), 所述第四电阻(R4 )的一端输入第一信号源(V1),所述第四电阻(R4)的另一端分别接第一二极管(D1)的阳极、第二二极管(D2)的阴极和第二运算放大器(A2)的负极性输入端；所述第二运算放大器(A2)的正极性输入端接地；所述第一二极管(D1)的阴极和所述第二二极管(D2)阳极同时接所述第二运算放大器(A2)的输出端，输出调制信号。
3.根据权利要求2所述的一种高效血氧饱和度检测电路，其特征在于，所述第一信号源(V1)具体为中心频率为Fl的调制信号或中心频率为F2的调制信号。
4.根据权利要求1所述的一种高效血氧饱和度检测电路，其特征在于，差频器包括:第五电阻(R5)和第六电阻(R6), 所述第五电阻(R5)的一端输入第二信号源(V2),所述第五电阻(R5)的另一端接第三二极管(D3)的阳极，所述第三二极管(D3)的阴极接第七电阻(R7)的一端，所述第七电阻(R7)的另一端接第三运算放大器(A3)的输出端Vtl，输出光电容积脉搏波；所述第七电阻(R7)并联连接电容(C)； 所述第六电阻(R6)的一端输入第三信号源(V3),所述第六电阻(R6)的另一端接第四二极管(D4)的阴极，所述第四二极管(D4)的阳极接所述第三运算放大器(A3)的负极性输入端；所述第三运算放大器(A3)的正极性输入端接地； 所述第三二极管(D3)的阳极接所述第四二极管(D4)阴极，所述第三二极管(D3)的阴极接所述第四二极管(D4)阳极。
5.根据权利要求1所述的一种高效血氧饱和度检测电路，其特征在于，差频器包括:第五电阻(R5)和第六电阻(R6), 所述第五电阻(R5)的一端输入第二信号源(V2),所述第五电阻(R5)的另一端分别接第三二极管(D3)的阳极和第四二极管(D4)的阴极，所述第三二极管(D3)的阴极和所述第四二极管(D4)阳极同时接第三运算放大器(A3)的输出端Vtl，输出光电容积脉搏波；所述第三二极管(D3)并联电容(C)； 所述第六电阻(R6)的一端输入第三信号源(V3),所述第六电阻(R6)的另一端分别接所述第三二极管(D3)的阳极、所述第四二极管(D4)的阴极和所述第三运算放大器(A3)的负极性输入端；所述第三运算放大器(A3)的正极性输入端接地。
6.根据权利要求1所述的一种高效血氧饱和度检测电路，其特征在于，差频器包括:第五电阻(R5)和第六电阻(R6), 所述第五电阻(R5)的一端输入第二信号源(V2),所述第五电阻(R5)的另一端接第七电阻(R7)的一端，所述第七 电阻(R7)的另一端接第三运算放大器(A3)的输出端Vtl，输出光电容积脉搏波； 所述第六电阻(R6)的一端输入第三信号源(V3),所述第六电阻(R6)的另一端分别接所述第七电阻(R7)的一端和所述第三运算放大器(A3)的负极性输入端；所述第三运算放大器(A3)的正极性输入端接地。
7.根据权利要求1所述的一种高效血氧饱和度检测电路，其特征在于，差频器包括:第五电阻(R5)和第六电阻(R6), 所述第五电阻(R5)的一端输入第二信号源(V2),所述第六电阻(R6)的一端输入第三信号源(V3),所述第五电阻(R5)的另一端和所述第六电阻(R6)的另一端接第三运算放大器(A3)的正极性输入端；所述第三运算放大器(A3)的负极性输入端同时接第七电阻(R7)和第八电阻(R8)的一端；所述第七电阻(R7)的另一端接地；所述第八电阻(R8)的另一端接所述第三运算放大器(A3)的输出端Vtl,输出光电容积脉搏波。
8.根据权利要求1所述的一种高效血氧饱和度检测电路，其特征在于，差频器包括:第五电阻(R5)和第六电阻(R6), 所述第五电阻(R5)的一端输入第二信号源(V2),所述第六电阻(R6)的一端输入第三信号源(V3),所述第五电阻(R5)的另一端和所述第六电阻(R6)的另一端接第三运算放大器(A3)的正极性输入端；所述第三运算放大器(A3)的负极性输入端接输出端Vtl，输出光电容积脉搏波。
9.根据权利要求4至8中任一权利要求所述的一种高效血氧饱和度检测电路，其特征在于， 所述第二信号源(V2)具体为:第一调制信号或第二调制信号；所述第三信号源(V3)具体为:第一正弦信号(Vfi)或第二正弦信号(VF2)。
10.根据权利要求4至8中任一权利要求所述的一种高效血氧饱和度检测电路，其特征在于， 所述第二信号源(V2)具体为:第一正弦信号(Vfi)或第二正弦信号(VF2);所述第三信号源(V3)具体为:第一调制信号或第二调制信号。
全文摘要
本发明公开了一种高效血氧饱和度检测电路，第一带通滤波器依次连接第一双向对数放大器和第一差频器，输出波长为R的第一光电容积脉搏波；第二带通滤波器依次连接第二双向对数放大器和第二差频器，输出波长为IR的第二光电容积脉搏波；第一光电容积脉搏波和第二光电容积脉搏波输入控制器，控制器进行采集和运算，输出血氧饱和度。通过采用运算放大器构成的双向对数放大器和差频器作为高效血氧饱和度检测电路，该电路简单、灵敏度高、工艺性好、容易集成，大幅度降低了运算量且提高了血氧饱和度检测精度，降低了成本；通过修改电阻和电容的值可以很容易改变差频器的增益，通过对运算放大器型号的选择可以对光电容积脉搏波进行放大处理，满足了实际应用中的多种需要。
文档编号A61B5/1455GK103142237SQ20131004708
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者李刚, 贺建满, 林凌 申请人:天津大学