第一电阻R1和第二电阻R2，
[0039] 第一电阻R1的一端接入第一信号源Vi，第二电阻馬的一端接入第二信号源V2,第 一电阻R1的另一端和第二电阻1的另一端接运算放大器A的负极性输入端；运算放大器A 的正极性输入端接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端接地；运算放大器A的负极性 输入端还同时接入第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端接运算放大器A的输出端，输 出信号电压V。。
[0040] 第一信号源V1、第二信号源％分别为预设幅值电压信号与预设幅值生物电信号； 或，第一信号源V1、第二信号源％分别为预设幅值生物电信号与预设幅值电压信号；信号电 压V。为混合信号。
[0041] 实施例3
[0042] 一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可以采用本发明实施例设计的加法运算电路6来实现，参见图3,该加法 运算电路6包括：第一电阻R1和第二电阻R2，
[0043] 第一电阻R1的一端接入第一信号源Vi，第二电阻R2的一端接入第二信号源V2，第 一电阻R1的另一端和第二电阻1的另一端接运算放大器A的正极性输入端；运算放大器A 的负极性输入端同时接第三电阻R3和第四电阻1?4的一端；第四电阻1?4的另一端接地；第三 电阻馬的另一端接运算放大器A的输出端，输出信号电压V。。
[0044] 第一信号源V1、第二信号源％分别为预设幅值电压信号与预设幅值生物电信号； 或，第一信号源V1、第二信号源％分别为预设幅值生物电信号与预设幅值电压信号；信号电 压V。为混合信号。
[0045] 实施例4
[0046] -种生物电与三角波调制多路信号的单路采集方法，参见图4和图5,该方法包括 以下步骤：
[0047] 101 :混合信号由单路模数转换器7转换成数字信号送入微处理器1;
[0048] 102 :微处理器1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 1对数字信号进行分离处理得到PPG信号和生物电信号，且PPG信号中的背景光等干扰被消 除。
[0049] 其中，该步骤具体为：
[0050] 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。
[0051] 为简便说明起见以4种波长的发光二极管2为例进行说明，假定XI、X2、X3和 入4波长的发光二极管的驱动三角波频率分别为8f、4f、2f和f。
[0052] 假定单路模拟转换器7的采样频率为fs，假设以驱动信号的最高频率f_(在上述 情况下8f)的2倍速度对光电信号进行采样，即fs= 16f。
[0053] 假定采样频率&远高于调制正交三角波信号和低频信号的变化频率，在最低驱动 信号频率的一个周期可以近似认为各路正交三角波信号的幅值和低频信号的幅值不变。以 最前16个采样数据为例：
【主权项】
1. 一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；其特征在于， 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； 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； 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。
2. 根据权利要求1所述的一种生物电与三角波调制多路信号的单路采集装置，其特征 在于，所述低频生物电信号具体为疋063￡6、￡1^366和￡(?中的任意一种。
3. 根据权利要求1所述的一种生物电与三角波调制多路信号的单路采集装置，其特征 在于，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。
4. 根据权利要求1所述的一种生物电与三角波调制多路信号的单路采集装置，其特征 在于，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。
5. -种用于权利要求1-4中任一权利要求所述的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，其特征在于，所述方法包括以下步骤： 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； 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； 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。
6. 根据权利要求5所述的采集方法，其特征在于，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： 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。
【专利摘要】本发明公开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，该采集装置将N路生物医学信号经由一路模数转换器采集，包括加载有PPG信号的高频三角波和低频生物电信号。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，由生物电信号检测电路获得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相加后得到混合信号，混合信号由单路模数转换器转换成数字信号，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。本发明实现了经由单路模数转换器对多路生物医学信号进行同步采集，且具有电路简单，成本低廉以及测量精确的特点。
【IPC分类】A61B5-0428, A61B5-04
【公开号】CN104799840
【申请号】CN201510196489
【发明人】李刚, 宋韶秀, 杨悦, 易小清, 林凌
【申请人】天津大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月23日