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典型的脈沖血氧計(jì)監(jiān)測(cè)血氧飽和度2基于該紅色光（使用600-750納米波長(zhǎng)）和紅外光（使用 850-1000納米波長(zhǎng)）高壓氧吸收特性的一個(gè)人的血液2和Hb 。這種類型的脈搏血氧儀通過(guò)手指等身體部位交替閃爍紅色和紅外光到光電二極管傳感器。

光電二極管通常用于接收來(lái)自每個(gè)LED的未吸收光。然后，使用反相運(yùn)算放大器或運(yùn)算放大器對(duì)該信號(hào)進(jìn)行反相。產(chǎn)生的信號(hào)代表手指已吸收的光。

測(cè)量紅色和紅外信號(hào)的脈沖幅度（Vpp）并將其轉(zhuǎn)換為Vrms，以產(chǎn)生比率值： Ratio =（Red_AC_Vrms / Red_DC）/ （ IR_AC_Vrms / IR_DC）。

可以使用比率值和由經(jīng)驗(yàn)公式組成的查找表確定SpO 2。可以基于脈搏血氧儀的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）采樣數(shù)和采樣率來(lái)計(jì)算脈沖率。

查詢表是脈搏血氧儀的重要組成部分。查詢表特定于特定的血氧飽和度測(cè)定儀，通常基于校準(zhǔn)曲線，該校準(zhǔn)曲線尤其是從具有不同SpO 2水平的受試者進(jìn)行的大量測(cè)量中得出的。

血氧儀電路設(shè)計(jì)以下示例將詳細(xì)介紹透射式脈搏血氧儀設(shè)計(jì)的不同部分。

探測(cè)

本示例中使用的SpO 2探針是一種現(xiàn)成的手指夾，其中集成了一個(gè)紅色LED和一個(gè) IR LED，以及一個(gè)光電二極管。LED由LED 驅(qū)動(dòng)器電路控制。

信號(hào)調(diào)節(jié)電路檢測(cè)到穿過(guò)手指的紅光和IR光，然后將其饋入集成到數(shù)字信號(hào)控制器（DSC）中的 12位ADC模塊，在其中計(jì)算SpO 2 的百分比。

LED驅(qū)動(dòng)電路

一個(gè)雙單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)，由DSC的兩個(gè)PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)，交替打開(kāi)和關(guān)閉紅色和紅外 LED。為了獲取適當(dāng)數(shù)量的ADC樣本并且仍然有足夠的時(shí)間在下一個(gè)LED 點(diǎn)亮之前處理數(shù)據(jù)，

LED電流/強(qiáng)度由DSC驅(qū)動(dòng)的 12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）控制。

模擬信號(hào)調(diào)理電路

信號(hào)調(diào)節(jié)電路分為兩個(gè)階段。第一級(jí)是互阻放大器，第二級(jí)是增益放大器。在兩個(gè)級(jí)之間放置一個(gè)高通濾波器。

跨阻放大器將光電二極管產(chǎn)生的幾微安電流轉(zhuǎn)換為幾毫伏（mV）。然后，從該第一級(jí)放大器接收到的信號(hào)將通過(guò)一個(gè)高通濾波器，該濾波器旨在減少背景光干擾。

然后將高通濾波器的輸出發(fā)送到增益為22且直流失調(diào)電壓為220 mV的第二級(jí)放大器。設(shè)置放大器的增益和 DC偏移值，以將增益放大器的輸出信號(hào)電平正確地放置在MCU的ADC 范圍內(nèi)。

數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)

模擬信號(hào)調(diào)節(jié)電路的輸出連接到DSC的集成12位 ADC模塊。本示例利用了Microchip Technology的dsPIC DSC 。該設(shè)計(jì)中使用的 dsPIC33FJ128GP802使開(kāi)發(fā)人員能夠利用其集成的DSP功能和Microchip 的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)工具。

在每個(gè)LED的導(dǎo)通時(shí)間段內(nèi)采集一個(gè)ADC樣本，在兩個(gè) LED的關(guān)斷時(shí)間段內(nèi)采集一個(gè)ADC樣本。由于通過(guò)有機(jī)組織進(jìn)行基于光的測(cè)量存在挑戰(zhàn)，因此使用了濾波器設(shè)計(jì)工具來(lái)實(shí)現(xiàn)513 階數(shù)字FIR帶通濾波器，該濾波器可對(duì)ADC數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。然后，將這些濾波后的數(shù)據(jù)用于計(jì)算脈沖幅度。