專利名稱：一種正弦波調(diào)制光電容積脈搏波測量裝置和測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種正弦波調(diào)制光電容積脈搏波測量裝置和測量方法。
背景技術(shù)：
光電容積脈搏波(Photo Plethysmo Graphy，以下簡稱PPG)是一種重要的生理信號，廣泛地應(yīng)用對心血管系統(tǒng)和血液成分進行分析。如對血氧飽和度的測量中就是采用2 種或2種以上的LED(發(fā)光二極管)測量PPG而實現(xiàn)的。在這些測量中通常采用時分方式采集PPG并消除背景光的干擾。發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下缺點和不足現(xiàn)有的多波長PPG的測量方法存在電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、器件和工藝要求高、調(diào)試困難、 可靠性低、計算量大以及結(jié)果不夠準(zhǔn)確等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種正弦波調(diào)制光電容積脈搏波測量裝置和測量方法，該測量裝置和測量方法可以實現(xiàn)高精度測量，且電路結(jié)構(gòu)簡單、器件和工藝要求低、調(diào)試容易、可靠性高、計算量小等優(yōu)點，詳見下文描述一種正弦波調(diào)制光電容積脈搏波測量裝置，所述光電容積脈搏波測量裝置包括 微處理器、至少4種發(fā)光二極管、光敏器件、電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述微處理器輸出不同頻率且成2倍比率關(guān)系的正弦波，所述正弦波驅(qū)動至少所述4種發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)被測手指后被所述光敏器件接收，所述光敏器件轉(zhuǎn)換成電壓信號，所述電壓信號經(jīng)所述電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器轉(zhuǎn)換成預(yù)設(shè)幅值電壓信號，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述預(yù)設(shè)幅值電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，所述微處理器對所述數(shù)字信號進行處理獲取光電容積脈搏波及其谷值和峰值，通過所述谷值和所述峰值得到光譜值。所述微處理器采用MCU、ARM、DSP或FPGA中的任意一種。一種正弦波調(diào)制光電容積脈搏波測量方法，所述方法包括以下步驟(1)微處理器采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的正弦波驅(qū)動至少4種發(fā)光二極管；(2)所述發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)過被測手指后由光敏器件接收轉(zhuǎn)換成電壓信號， 所述電壓信號經(jīng)過電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器放大成預(yù)設(shè)幅值電壓信號；(3)所述預(yù)設(shè)幅值電壓信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入所述微處理器；(4)所述微處理器對所述數(shù)字信號進行鎖相計算、分離處理得到光電容積脈搏波；(5)根據(jù)所述光電容積脈搏波獲取谷值和峰值；(6)對所述谷值和所述峰值進行計算得到吸光度差值，通過所述吸光度差值獲取光譜值。
步驟(4)中所述微處理器對所述數(shù)字信號進行鎖相計算、分離處理得到光電容積脈搏波并消除背景光的干擾，具體包括1)假設(shè)所述微處理器控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器以驅(qū)動所述發(fā)光二極管的最高頻率fmax 的4M倍速度對所述數(shù)字信號進行采樣fs = 4MXffflax獲取采樣信號x(rn)，其中M為大于等于1的正整數(shù)；
權(quán)利要求
1.一種正弦波調(diào)制光電容積脈搏波測量裝置，其特征在于，所述光電容積脈搏波測量裝置包括微處理器、至少4種發(fā)光二極管、光敏器件、電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述微處理器輸出不同頻率且成2倍比率關(guān)系的正弦波，所述正弦波驅(qū)動至少所述4 種發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)被測手指后被所述光敏器件接收，所述光敏器件轉(zhuǎn)換成電壓信號，所述電壓信號經(jīng)所述電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器轉(zhuǎn)換成預(yù)設(shè)幅值電壓信號，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述預(yù)設(shè)幅值電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，所述微處理器對所述數(shù)字信號進行處理獲取光電容積脈搏波及其谷值和峰值，通過所述谷值和所述峰值得到光譜值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正弦波調(diào)制光電容積脈搏波測量裝置，其特征在于，所述微處理器采用MCU、ARM、DSP或FPGA中的任意一種。
3.一種用于權(quán)利要求1所述的一種正弦波調(diào)制光電容積脈搏波測量裝置的測量方法， 其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)微處理器采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的正弦波驅(qū)動至少4種發(fā)光二極管；(2)所述發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)過被測手指后由光敏器件接收轉(zhuǎn)換成電壓信號，所述電壓信號經(jīng)過電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器放大成預(yù)設(shè)幅值電壓信號；(3)所述預(yù)設(shè)幅值電壓信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入所述微處理器；(4)所述微處理器對所述數(shù)字信號進行鎖相計算、分離處理得到光電容積脈搏波并消除背景光的干擾；(5)根據(jù)所述光電容積脈搏波獲取谷值和峰值；(6)對所述谷值和所述峰值進行計算得到吸光度差值，通過所述吸光度差值獲取光譜值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種正弦波調(diào)制光電容積脈搏波測量方法，其特征在于，步驟中所述微處理器對所述數(shù)字信號進行鎖相計算、分離處理得到光電容積脈搏波并消除背景光的干擾，具體包括1)假設(shè)所述微處理器控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器以驅(qū)動所述發(fā)光二極管的最高頻率fmax的 4M倍速度對所述數(shù)字信號進行采樣fs = 4MXffflax獲取采樣信號χ (m)，其中M為大于等于1 的正整數(shù)；
全文摘要
本發(fā)明公開了一種正弦波調(diào)制光電容積脈搏波測量裝置和測量方法，微處理器輸出不同頻率且成2倍比率關(guān)系的正弦波，正弦波驅(qū)動至少4種發(fā)光二極管，發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)被測手指后被光敏器件接收，光敏器件轉(zhuǎn)換成電壓信號，電壓信號經(jīng)電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器轉(zhuǎn)換成預(yù)設(shè)幅值電壓信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將預(yù)設(shè)幅值電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，微處理器對數(shù)字信號進行處理，獲取光電容積脈搏波及其谷值和峰值，通過谷值和峰值得到光譜值；方法包括微處理器對數(shù)字信號進行鎖相計算、分離處理得到光電容積脈搏波并消除背景光的干擾；根據(jù)光電容積脈搏波獲取谷值和峰值；對谷值和峰值進行計算得到吸光度差值，通過吸光度差值獲取光譜值。電路簡單、數(shù)字信號簡潔。
文檔編號A61B5/02GK102258365SQ20111023597
公開日2011年11月30日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月17日
發(fā)明者劉近貞, 周梅, 李剛, 林凌, 郝麗玲 申請人:天津大學(xué)