生物电与三角波调制多路信号的单路采集装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物医学信号采集领域，尤其涉及一种生物电与三角波调制多路信号 的单路采集装置及方法。
【背景技术】
[0002] 电压信号等载有信息的变化量，在其自然状态下是以模拟形式表示的，但是，为了 便于计算机处理，传输和储存，通常要通过模数转换器将其转变为数字信号，因此在生物医 学信号处理中，模数转换是必不可少的。
[0003] 发明人在实现本发明的过程中发现，现有的多路生物医学信号采集中，通常需采 用多片ADC或多路t旲拟开关搭配单片ADC的方案，如者具有电路复杂，系统功耗尚及电路尺 寸大的缺点；而后者则会在采集过程中，由于多路开关的切换，引入开关噪声，以及由于多 路开关存在建立时间，会导致相邻通道信号之间相互干扰。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了一种生物电与三角波调制多路信号的单路采集装置及方法，本发明 通过单路模数转换器对多路生物医学信号实现模数转换，详见下文描述：
[0005] -种生物电与三角波调制多路信号的单路采集装置，所述单路采集装置包括：微 处理器，所述微处理器输出不同频率且成2倍比率关系的三角波，三角波驱动至少2种发光 二极管，发光二极管发出的光经被测手指后被光敏器件接收，所述光敏器件转换成电流信 号，电流信号经电流/电压转换放大器转换成预设幅值电压信号；
[0006] 所述单路采集装置还包括：低频生物电信号检测电路、加法运算电路以及单路模 数转换器；
[0007] 所述低频生物电信号检测电路获取预设幅值生物电信号，所述预设幅值电压信号 与所述预设幅值生物电信号经所述加法运算电路相加后得到混合信号，所述混合信号由所 述单路模数转换器转换成数字信号；
[0008] 所述微处理器对数字信号进行处理，分离出调制三角波信号与低频生物电信号， 并从调制三角波信号中解调出多路PPG信号。
[0009] 其中，所述低频生物电信号具体为疋063￡631^366和￡(?中的任意一种。
[0010] 其中，所述加法运算电路包括：第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端接入第 一信号源，所述第二电阻的一端接入第二信号源，所述第一电阻的另一端和所述第二电阻 的另一端接运算放大器的负极性输入端；运算放大器的正极性输入端接第四电阻的一端， 所述第四电阻的另一端接地；所述运算放大器的负极性输入端还同时接入第三电阻的一 端，所述第三电阻的另一端接运算放大器的输出端，输出信号电压。
[0011] 另一实施例，所述加法运算电路包括：第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端 接入第一信号源，所述第二电阻的一端接入第二信号源，所述第一电阻的另一端和所述第 二电阻的另一端接运算放大器的正极性输入端；所述运算放大器的负极性输入端同时接第 三电阻和第四电阻的一端；所述第四电阻的另一端接地；所述第三电阻的另一端接运算放 大器的输出端，输出信号电压。
[0012] -种用于生物电与三角波调制多路信号的单路采集装置的采集方法，所述方法包 括以下步骤：
[0013] 混合信号由单路模数转换器转换成数字信号送入微处理器；
[0014] 微处理器对数字信号进行低通滤波处理恢复出低频生物电信号；微处理器对数字 信号进行分离处理得到PPG信号和生物电信号，且PPG信号中的背景光干扰被消除；
[0015] 分别计算PPG信号的谷值和峰值；再由PPG信号的谷值和峰值计算各个波长所对 应的吸光度差值AA，可以得到由吸光度差值AA组成的光谱值。
[0016] 其中，所述微处理器对数字信号进行分离处理得到PPG信号和生物电信号，且PPG 信号中的背景光干扰被消除的步骤具体为：
[0017] 在频率为If的三角波的一个周期内，分别对不同频率三角波的每个周期内的正、 负半个周期内的采样信号进行累加，正半周期累加结果与负半周期累加结果进行求差运 算，以分离出各路不同频率的三角波信号。
[0018] 本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明通过单路模数转换器对多路生物医 学信号实现模数转换，且具有电路简单，成本低廉以及测量精确的优点；并且当加法运算电 路采用本发明设计的电路时，可以方便的获取到稳定、精度高的混频信号，容易集成化，且 降低了电路成本，扩大了信号的动态范围，满足了实际应用中的多种需要。
【附图说明】
[0019]图1为一种生物电与三角波调制多路信号的单路采集装置的结构示意图；
[0020] 图2为加法运算电路的结构示意图；
[0021] 图3为加法运算电路的另一结构示意图；
[0022] 图4为本发明提供的分离不同波长PPG信号的示意图；
[0023] 图5为一种生物电与三角波调制多路信号的单路采集方法的流程图。
[0024] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0025] 1 :微处理器； 2 :发光二极管；
[0026] 3 :光敏器件； 4:电流/电压转换放大器；
[0027] 5 :低频生物电信号检测电路； 6:加法运算电路；
[0028] 7 :单路模数转换器。
【具体实施方式】
[0029] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步 地详细描述。
[0030] 实施例1
[0031] -种生物电与三角波调制多路信号的单路采集装置，参见图1，该单路采集装置包 括：微处理器1、至少2种发光二极管2、光敏器件3、电流/电压转换放大器4,低频生物电 信号检测电路5、加法运算电路6以及单路模数转换器7，
[0032] 微处理器1输出不同频率且成2倍比率关系的三角波，三角波驱动至少2种发光 二极管2,发光二极管2发出的光经被测手指后被光敏器件3接收，光敏器件3转换成电流 信号，电流信号经电流/电压转换放大器4转换成预设幅值电压信号。
[0033] 低频生物电信号检测电路5获取预设幅值生物电信号，预设幅值电压信号与预设 幅值生物电信号经加法运算电路6相加后得到混合信号，混合信号由单路模数转换器7转 换成数字信号，微处理器1对数字信号进行处理，分离出调制三角波信号与低频生物电信 号，并从调制三角波信号中解调出多路PPG信号。
[0034] 其中，发光二极管2的数量大于等于2。具体实现时，发光二极管2的数量根据实 际应用中的需要进行设定；预设幅值电压信号与预设幅值生物电信号的幅值根据实际应用 中的需要进行设定，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。
[0035] 其中，低频生物电信号包括：￡063￡631^3663(?等生物电信号中的任意一种。 微处理器1可以采用MCU、ARM、DSP或FPGA中的任意一种。加法运算电路6采用市面上常 规的加法器件。
[0036] 其中，生物电信号检测电路5的增益及带宽由所检测的生物电信号的幅值和频率 范围决定。
[0037] 实施例2
[0038] -种生物电与三角波调制多路信号的单路采集装置，参见图1，该单路采集装置包 括：微处理器1、至少2种发光二极管2、光敏器件3、电流/电压转换放大器4,低频生物电 信号检测电路5、加法运算电路6以及单路模数转换器7。该实施例与实施例1不同的是， 该加法运算电路6采用本发明实施例设计的加法运算电路6来实现，参见图2,该加法运算 电路6包括：