血氧飽和度信號采集功能論文

1、<p><b>　　一、實驗原理</b></p><p><b>　　（一）實驗原理</b></p><p><b>　　1、血氧測量原理</b></p><p>　　氧是維系人類生命的基礎(chǔ)，心臟的收縮和舒張使得人體的血液脈動地流過肺部，一定量的還原血紅蛋白(HbR)與肺部中攝取的氧氣結(jié)合成

2、氧和血紅蛋白 (HbO2)，另有約2％的氧溶解在血漿里。這些血液通過動脈一直輸送到毛細血管，然后在毛細血管中將氧釋放，以維持組織細胞的新陳代謝。血氧飽和度 (SO2)是血液中被氧結(jié)合的氧合血紅蛋白(HbO2)的容量占全部可結(jié)合的血紅蛋白(Hb)容量的百分比，即血液中血氧的濃度，它是呼吸循環(huán)的重要生理參數(shù)。而功能性氧飽和度為HbO2濃度與HbO2 Hb濃度之比，有別于氧合血紅蛋白所占百分數(shù)。因此，監(jiān)測動脈血氧飽和度(SaO2)可以對肺的氧

3、合和血紅蛋白攜氧能力進行估計。</p><p>　　血氧飽和度是衡量人體血液攜帶氧的能力的重要參數(shù)。血氧飽和度的測量目前廣泛應用有透射法（或反射法）、雙波長（紅光R：660nm和紅外光IR：940nm）光電檢測技術(shù)，檢測紅光和紅外光通過動脈血的光吸收引起的交變成分之比IIR/IR和非脈動組織（表皮、肌肉、靜脈血等）引起光吸收的穩(wěn)定分量（直流）值，通過計算可得到血氧飽和度值SPO2，這里采用透射法雙波長光電檢測技術(shù)

4、。由于光電信號的脈動規(guī)律與心臟搏動的規(guī)律一致，所以根據(jù)檢出信號的周期可同時確定脈率，因而亦稱該方法為脈搏血氧飽和度測量。這種測量方法用指套式血氧飽和度傳感器測量紅光（660nm）和紅外光（940nm）波長光強度經(jīng)過手指后的變化，計算其中的脈動量與直流量后，查表可以計算出血氧飽和度值。</p><p><b>　　2、光源切換 </b></p><p>　　實驗采用雙波

5、長透射光電檢測方法來測量血氧飽和度，所以必須使無光、660nm的紅光和940nm的紅外光交替產(chǎn)生并采集得到各不同光時段的信號，通過減去無光時光電信號可以去除環(huán)境光的影響，并得到紅光與紅外光去除環(huán)境光影響后通過動脈血的光吸收引起的交變成分之比。這里各種光的交替切換通過對單片機的PF0，PF1端口編程得到。</p><p><b>　　3、電流電壓轉(zhuǎn)換</b></p><p&

6、gt;　　血氧傳感器輸出信號為微弱電流信號，輸出電流在1uA左右，經(jīng)過I-V轉(zhuǎn)換電路后為電壓信號。其中AD795具有很好的直流特性，它的輸入偏置電流只有1pA，是精準的電流電壓轉(zhuǎn)換放大芯片，滿足電流放大要求。C1與R3并聯(lián)，起低通濾波作用并防止振蕩；后接C6，R7進行高通濾波，濾除直流分量；再接二階低通濾波以濾除雜波，此時660nm和940nm的光信號已經(jīng)轉(zhuǎn)為濾波后的電壓信號。</p><p><b>

7、　　4、電壓放大</b></p><p>　　經(jīng)過電流電壓轉(zhuǎn)換和高通低通濾波后所得的電壓信號由AD620R采集并進行放大。放大倍數(shù)為：G=49.4/2+1=25.7</p><p><b>　　5、調(diào)零及濾波</b></p><p>　　因光電的直流分量較大，高通濾波截止頻率過低會影響正確信號的波形，這里由加法電路的原理設(shè)計了調(diào)零電

8、路來去除部分直流分量，并進行低通濾波和放大來改善波形。</p><p>　　6、電壓跟隨器的應用</p><p>　　經(jīng)過有源二階低通濾波后所得的信號可能不是很穩(wěn)定，在這里我們應用了電壓跟隨器，它的作用是限制最大輸出電壓、加大電流輸出和減小輸出阻抗等。</p><p>　　7、50HZ工頻濾波</p><p>　　本功能模塊電路的輸出信號同樣

9、需要經(jīng)過50HZ工頻濾波，電路的輸出信號送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送至單片微處理器進行處理，最后送至LCD顯示。</p><p><b>　　二、實驗內(nèi)容及步驟</b></p><p>　　1. 功能板安裝。先關(guān)電，把血氧功能板通過上下兩個板間插件固定在主電路板上；</p><p>　　2. 血氧功能板固定在主板上后，此處電源線和信號輸出線都

10、通過上下兩個板間插件和主板連接在一起了，打開電源；</p><p>　　3. 在不接傳感器的情況下，把示波器的探頭一端與P6相連，另一端接GND。觀察示波器顯示的信號。如信號不在“0V”時，通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)電位器RP1，同時觀察示波器顯示的信號的變化，直至示波器的信號在“0V”時，停止調(diào)節(jié)電位器RP1，之后，關(guān)電取下示波器的探頭；</p><p>　　4. 以上二步完成后把血氧傳感器接到主板的

11、輸入端J15上，手指插入血氧傳感器的指套中，開通電源。血氧傳感器所測的波形就可以在LCD上顯示了；</p><p>　　5. 可以用示波器依次測試P1、P2、P3、P4、P5、P6，根據(jù)所測的的情況很容易得到各功能塊的作用；</p><p>　　6. 在顯示界面上選擇“血氧信號采集”項，按“采樣”鍵，進入血氧信號顯示界面。</p><p>　　7. 記錄血氧信號波形

12、及數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　三、電路原理圖</b></p><p>　　1、電流電壓轉(zhuǎn)換及濾波電路</p><p><b>　　圖4-1</b></p><p><b>　　2、放大及調(diào)零電路</b></p><p><b>　　圖4

13、-2</b></p><p>　　3、濾波放大及跟隨電路</p><p><b>　　圖4-3</b></p><p><b>　　4、電路分析</b></p><p>　　1、電流電壓轉(zhuǎn)換及濾波電路</p><p>　　在電流電壓轉(zhuǎn)換及濾波電路的第一個運算放大器

14、AD795KN處進行了電流電壓轉(zhuǎn)換 ，血氧傳感器輸出信號為微弱電流信號，輸出電流在1uA左右，經(jīng)過I-V轉(zhuǎn)換電路后為電壓信號。</p><p><b>　　2、放大及調(diào)零電路</b></p><p>　　在放大調(diào)零電路的運算放大器AD620R處進行電壓放大 ，經(jīng)過電流電壓轉(zhuǎn)換和高通低通濾波后所得的電壓信號由AD620R采集并進行放大。</p><p

15、>　　3、濾波放大及跟隨電路</p><p>　　調(diào)零及濾波，因光電的直流分量較大，高通濾波截止頻率過低會影響正確信號的波形，這里由加法電路的原理設(shè)計了調(diào)零電路來去除部分直流分量，并進行低通濾波和放大來改善波形。</p><p><b>　　四、仿真結(jié)果</b></p><p>　?。ㄒ唬╇娏麟妷恨D(zhuǎn)換及濾波電路</p>&l

16、t;p><b>　　1.信號波形圖</b></p><p><b>　　圖4-4</b></p><p>　　在AD795KN處進行了電流電壓轉(zhuǎn)換 ，血氧傳感器輸出信號為微弱電流信號，輸出電流在1uA左右，經(jīng)過I-V轉(zhuǎn)換電路后為電壓信號。輸出250.0uV的電壓。</p><p><b>　　2.幅頻特性

17、曲線</b></p><p><b>　　圖4-5</b></p><p>　　C1與R2并聯(lián)，起低通濾波作用；后接C4，R5 進行高通濾波，濾除直流分量；再接二階低通濾波以濾除雜波,最后形成帶通的幅頻特性曲線。</p><p>　　（二）放大及調(diào)零電路</p><p><b>　　信號波形圖<

18、;/b></p><p><b>　　圖4-6</b></p><p>　　利用放大及調(diào)零電路中的滑動變阻器R9調(diào)零，將R9的滑片置于中間位置，可將電路進行調(diào)零，輸出波形的起始點就從0開始。輸出4.159mV的電壓。若將R9的滑片置于偏右的位置，輸出波形的起始點從大于0開始，輸出的電壓值大于調(diào)零時的電壓值，反之。</p><p><

19、b>　　幅頻特性曲線</b></p><p><b>　　圖4-7</b></p><p>　?。ㄈV波放大及跟隨電路</p><p><b>　　1.信號波形圖</b></p><p><b>　　圖4-8</b></p><p>

20、　　經(jīng)過濾波放大之后，輸出6.008mV的電壓。</p><p><b>　　2.幅頻特性曲線</b></p><p><b>　　圖4-9</b></p><p>　　C17，C18產(chǎn)生二階低通濾波，進行濾波之后最后形成低通的幅頻特性曲線。</p><p><b>　　思考題</b

21、></p><p>　　1、預習血氧飽和度傳感器、Pclab-800 嵌入式生物醫(yī)學電子實驗箱；</p><p>　　2、計算4－2中AD620的放大倍數(shù)；</p><p>　　放大倍數(shù)為 G=49.4/2+1=25.7 </p><p>　　3、計算圖4－3濾波電路的f</p><p><b>　　六

22、、心得體會</b></p><p>　　課程的最后兩周，我們進行了實驗及測量。首先我們對Pclab-800嵌入式生物醫(yī)學電子實驗箱中的各模塊進行了了解。嵌入式生物醫(yī)學電子實驗箱為我們提供了可充分地發(fā)揮思維的空間。知道了Pclab-800 嵌入式生物醫(yī)學電子實驗箱可進行脈搏信號采集模塊、呼吸信號采集模塊、溫度信號采集模塊、和心電信號采集模塊、血氧信號采集模塊這六大部分功能。同時對自己的各類生理指標進行信

23、號采集。然后我們選擇了血氧飽和度該模塊進行深入探究。</p><p>　　我們安裝了Altium Designer軟件，進行電路繪制并進行仿真，其中遇到了很多問題，如尋找對應元器件并使之實現(xiàn)功能，信號的輸入輸出等。先解決小模塊功能，再合成總電，并運算仿真。</p><p>　　實驗結(jié)束了，讓我們的感受頗為深刻。通過這次實習，我們知道了自己目前所缺乏的東西，知道了自身存在的缺點，同時也知道了

24、自身以后的發(fā)展道路，懂得自己接下來應該怎么做，應該在哪方面下大工夫。同時懂得了應該加大培養(yǎng)自己的動手能力，畢竟這個社會還是要靠能力的。實習可以給我們以很大的收獲，可以讓我們更加近距離的接觸到社會，讓我們對自身專業(yè)進行更加精確的定位，從書面到實際的刺激我們，讓我們更加努力地去增強自身的專業(yè)能力。由于在計算原理圖的放大上出現(xiàn)了很大的問題和困難，所以我覺得在以后的學習生活中，應該認真學習電子方面的理論知識，多多參加學校的一些實驗來提升自我水平