適用于智能手環(huán)的血氧測(cè)量前端直流濾除電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種適用于智能手環(huán)的血氧測(cè)量前端直流濾除電路，包括信號(hào)原始輸入端，所述信號(hào)原始輸入端依次與TIA電路、可控偏置消減電路、二級(jí)放大電路、ADC采樣電路和處理器相連接，在信號(hào)原始輸入端與TIA電路之間還連接有一拉電流電路，該拉電流電路與處理器相連，處理器用于控制拉電流電路調(diào)整信號(hào)原始輸入端的電流信號(hào)強(qiáng)度。本實(shí)用新型還公開了一種適用于智能手環(huán)的血氧測(cè)量前端直流濾除電路的調(diào)整方法，通過加入拉電流電路后，使得血氧信號(hào)的照射強(qiáng)度可以進(jìn)一步提高而不用擔(dān)心TIA電路飽和，變相擴(kuò)大了TIA電路的動(dòng)態(tài)范圍。同時(shí)，拉電流電路的可調(diào)拉電流能力和處理器的反饋機(jī)制，使其可以實(shí)時(shí)調(diào)整前級(jí)拉電流能力，適應(yīng)不同的環(huán)境。
【專利說明】適用于智能手環(huán)的血氧測(cè)量前端直流濾除電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種可穿戴式多參數(shù)健康指標(biāo)采集醫(yī)療器械的內(nèi)部電路，具體涉及一種戴在手腕上用于采集多參數(shù)健康指標(biāo)智能手環(huán)的內(nèi)部電路，尤其涉及一種針對(duì)采用光電式測(cè)量方法采集血氧參數(shù)的智能手環(huán)的血氧測(cè)量前端電路及其調(diào)整方法，屬于醫(yī)療電子中的光電式血氧測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有針對(duì)采用光電式測(cè)量方法采集血氧參數(shù)的智能手環(huán)的血氧測(cè)量電路，大多是采用將信號(hào)整體通過TIA放大器(電流轉(zhuǎn)電壓)后，減去偏置電壓后再放大處理，如圖1所示，但是這樣做需要兩個(gè)前提:1)、前級(jí)電流信號(hào)有較高的信噪比，使得TIA后信號(hào)中的交流成分仍然能被處理。2)、前級(jí)TIA有足夠的動(dòng)態(tài)范圍，能夠在較大直流成分的情況下不飽和。
[0003]如中國專利申請(qǐng)?zhí)朇N201310680539.1公開的一種寬動(dòng)態(tài)范圍的脈搏血氧測(cè)量系統(tǒng)，其主要技術(shù)特點(diǎn)是:包括雙光束發(fā)光單元、前級(jí)檢測(cè)放大電路、直流消除電路、緩沖放大單元、中央處理器模塊和輸出模塊，所述的中央處理器模塊分別與雙光束發(fā)光單元、前級(jí)檢測(cè)放大電路、直流消除電路、緩沖放大單元以及輸出模塊相連接，所述的前級(jí)檢測(cè)放大電路、直流消除電路、緩沖放大單元依次相連接。其對(duì)透過組織末端的兩路光進(jìn)行采樣測(cè)量和前級(jí)放大之后，加入數(shù)字反饋直流消除電路，在提高光電信號(hào)強(qiáng)度的同時(shí)以數(shù)字反饋方式降低信號(hào)中的直流分量，實(shí)現(xiàn)更大范圍的雙光束信號(hào)同步放大，提高信噪比，從而增大信號(hào)檢測(cè)的動(dòng)態(tài)范圍。又如中國專利文獻(xiàn)CN203252652U公開的一種血氧測(cè)量電路的靜電防護(hù)系統(tǒng)，其包括依次電連接的血氧探頭、靜電防護(hù)電路及血氧檢測(cè)電路；所述血氧探頭獲取兩路血氧信號(hào)并將兩路血氧信號(hào)轉(zhuǎn)換為兩路血氧電流信號(hào)；所述靜電防護(hù)電路對(duì)靜電進(jìn)行防護(hù)；所述血氧檢測(cè)電路對(duì)通過靜電防護(hù)后的血氧電流信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理；其中所述靜電防護(hù)電路包括兩路相互串聯(lián)的電感和電阻，及設(shè)置于該兩路相互串聯(lián)的電感和電阻之間的電容。
[0004]光電式血氧測(cè)量，特別是在反射式血氧測(cè)量中，遇到的一個(gè)難題就是信號(hào)中直流分量過大(即灌注度值很低)。這樣會(huì)帶來兩個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn):1)、信噪比過低，無法提取有用信號(hào)。如果需要提高交流成分，必然需要增大照射光強(qiáng)，這同時(shí)導(dǎo)致直流和交流成分增大，引起前級(jí)運(yùn)放飽和；2)、不增大照射強(qiáng)度，對(duì)信號(hào)放大后直接處理，則會(huì)信噪比過低，影響測(cè)M穩(wěn)走性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型主要是解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的前級(jí)TIA動(dòng)態(tài)范圍不足、信噪比過低、測(cè)量穩(wěn)定性差的技術(shù)問題，本實(shí)用新型的第一目的在于提供一種適用于智能手環(huán)的血氧測(cè)量前端直流濾除電路，本實(shí)用新型的第二目的在于提供一種適用于智能手環(huán)的血氧測(cè)量前端直流濾除電路的調(diào)整方法。
[0006]本實(shí)用新型為了達(dá)到上述第一目的主要采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種適用于智能手環(huán)的血氧測(cè)量前端直流濾除電路，包括信號(hào)原始輸入端，所述信號(hào)原始輸入端依次與TIA電路，可控偏置消減電路，二級(jí)放大電路，ADC采樣電路和處理器相連接，所述信號(hào)原始輸入端與所述TIA電路之間還連接有一拉電流電路，所述拉電流電路與處理器相連，所述處理器用于控制拉電流電路調(diào)整所述信號(hào)原始輸入端的電流信號(hào)強(qiáng)度。
[0008]進(jìn)一步地，所述拉電流電路包括穩(wěn)壓二極管Z、電阻R2、可變電阻Ri和三極管Q，所述三極管Q的基極分別與所述電阻R2的一端、穩(wěn)壓二極管Z的陰極相連接，其發(fā)射極與所述可變電阻Ri的一端相連接，其集電極與所述信號(hào)原始輸入端相連接，所述電阻R2的另一端與電源相連接，所述穩(wěn)壓二極管Z的陽極和可變電阻Ri的另一端接地，且所述可變電阻Ri的值通過所述處理器控制調(diào)整。
[0009]進(jìn)一步地，所述可變電阻Ri為數(shù)字可調(diào)電阻器或可選電阻陣列。
[0010]進(jìn)一步地，所述拉電流電路具有拉電流能力，所述拉電流能力實(shí)時(shí)值isub = 式中，Ιο為所述信號(hào)原始輸入端中的輸入信號(hào)中直流強(qiáng)度，I 為所述處理器通過所述ADC采樣電路得到直流強(qiáng)度。
[0011]進(jìn)一步地，所述拉電流電路中，所述拉電流能力最大值I' SUb= (V d-Vbe)/Ri，式中，1為三極管Q的集電極電壓，Vbe為所述三極管Q的基極或發(fā)射極電壓。
[0012]本實(shí)用新型為了達(dá)到上述第二目的主要采用的技術(shù)方案是:
[0013]一種適用于智能手環(huán)的血氧測(cè)量前端直流濾除電路的調(diào)整方法，其包括以下步驟:
[0014]S1、初始調(diào)節(jié)可變電阻Ri，使所述拉電流能力最大值V sub最??；
[0015]S2、所述處理器讀取所述ADC采樣電路的直流強(qiáng)度；
[0016]S3、判定所述TIA電路是否飽和，若飽和則執(zhí)行步驟S4，若不飽和則執(zhí)行步驟S5 ；
[0017]S4、判斷所述拉電流能力實(shí)時(shí)值Isub是否為最大值，若是，則降低一級(jí)光照并返回步驟S2，若否，則提高一級(jí)所述拉電流能力并返回步驟S3 ;
[0018]S5、判斷是否達(dá)到光照最佳范圍，若是則結(jié)束調(diào)整，若否則提高一級(jí)光照并返回步驟S2。
[0019]進(jìn)一步地，所述步驟S3中，所述TIA電路是否飽和是依據(jù)所述ADC采樣電路的采樣信號(hào)是否達(dá)到最大值或最小值來判定。
[0020]進(jìn)一步地，所述拉電流能力最大值I' sub和所述拉電流能力實(shí)時(shí)值I sub分別為:
[0021]1' sub= (V d-Vbe)/Ri (a)
[0022]ISub= I Q-1raw (b)
[0023]式(a)和式(b)中，1為三極管Q的集電極電壓，Vbe為所述三極管Q的基極或發(fā)射極電壓，Ιο為所述信號(hào)原始輸入端中的輸入信號(hào)中直流強(qiáng)度，I _為所述處理器通過所述ADC采樣電路得到直流強(qiáng)度，
[0024]所述步驟S4中，判斷所述拉電流能力實(shí)時(shí)值Isub是否為最大值的依據(jù)為:比較I' sub和I sub的大小，當(dāng)所述I sub等于I' sub時(shí)，拉電流能力實(shí)時(shí)I sub值為最大值。
[0025]進(jìn)一步地，所述拉電流能力實(shí)時(shí)值Isub最小值和最大值之間設(shè)置的級(jí)數(shù)為5-10級(jí)。
[0026]進(jìn)一步地，所述拉電流能力實(shí)時(shí)值Isub的級(jí)數(shù)調(diào)整是通過所述處理器控制所述可變電阻Ri的阻值來實(shí)現(xiàn)。
[0027]本實(shí)用新型的有益效果在于:通過加入拉電流電路后，使得血氧信號(hào)的照射強(qiáng)度可以進(jìn)一步提高而不用擔(dān)心TIA電路飽和，變相擴(kuò)大了 TIA電路的動(dòng)態(tài)范圍。尤其是針對(duì)較大直流偏置的血氧信號(hào)輸入，能夠在最前級(jí)對(duì)恒定電流部分進(jìn)行可控消減處理，從而提高系統(tǒng)的輸入動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)保留了血氧計(jì)算對(duì)直流成分的要求。同時(shí)，拉電流電路的可調(diào)拉電流能力和處理器的反饋機(jī)制，使其可以實(shí)時(shí)調(diào)整前級(jí)拉電流能力，適應(yīng)不同的環(huán)境。
[0028]通過處理器控制調(diào)整可變電阻Ri，進(jìn)而控制拉電流電路的拉電流能力，可以方便、快速地實(shí)現(xiàn)拉電流能力的大小調(diào)節(jié)功能?？勺冸娮鑂i設(shè)計(jì)為數(shù)字可調(diào)電阻器或可選電阻陣列，因?yàn)橄啾扔谄胀ǖ目烧{(diào)電阻，數(shù)字可調(diào)電阻器或可選電阻陣列的調(diào)節(jié)范圍和調(diào)節(jié)精度更高。拉電流能力實(shí)時(shí)值Isub最小值和最大值之間設(shè)置的級(jí)數(shù)為5-10級(jí)，通過設(shè)置多級(jí)調(diào)節(jié)，可以方便拉電流電路的拉電流能力調(diào)節(jié)，效率高且速度快。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0030]圖1是現(xiàn)有技術(shù)采用TIA放大器進(jìn)行信號(hào)處理的電路圖；
[0031]圖2是本實(shí)用新型的適用于智能手環(huán)的血氧測(cè)量前端直流濾除電路的框架圖；
[0032]圖3是本實(shí)用新型的適用于智能手環(huán)的血氧測(cè)量前端直流濾除電路的拉電流電路的電路圖；
[0033]圖4是本實(shí)用新型的適用于智能手環(huán)的血氧測(cè)量前端直流濾除電路的調(diào)整方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0035]參閱圖2-3所示，本實(shí)用新型的適用于智能手環(huán)的血氧測(cè)量前端直流濾除電路，包括信號(hào)原始輸入端1，信號(hào)原始輸入端I依次與TIA電路2，可控偏置消減電路3，二級(jí)放大電路4，ADC采樣電路5和處理器6相連接，信號(hào)原始輸入端I與TIA電路2之間還連接一拉電流電路7，拉電流電路7與處理器6相連，處理器6用于控制拉電流電路7調(diào)整信號(hào)原始輸入端I的電流信號(hào)的強(qiáng)度，其中，拉電流電路7包括穩(wěn)壓二極管Z、電阻R2、可變電阻Ri和三極管Q，三極管Q的基極分別與電阻R2的一端、穩(wěn)壓二極管Z的陰極相連接，其發(fā)射極與可變電阻Ri的一端相連接，其集電極與信號(hào)原始輸入端I相連接，電阻R2的另一端與電源相連接，穩(wěn)壓二極管Z的陽極和可變電阻Ri的另一端接地，且可變電阻Ri的值通過處理器6控制調(diào)整。
[0036]具體的，拉電流電路7具有拉電流能力，拉電流能力實(shí)時(shí)值Isub= I ctImw，式中，10為信號(hào)原始輸入端1中的輸入信號(hào)中直流強(qiáng)度，Iraw為處理器通過ADC采樣電路5得到直流強(qiáng)度。拉電流電路7中，拉電流能力最大值V sub= (Vd-Vj/Ri，式中，Vd為三極管Q的集電極電壓，為三極管Q的基極或發(fā)射極電壓。本實(shí)用新型中，拉電流電路7可以采用通用的恒流源電路，但需要增加對(duì)電流的控制部件，為達(dá)到可控拉電流能力要求，將可變電阻Ri設(shè)計(jì)為數(shù)字可調(diào)電阻器或可選電阻陣列，因?yàn)橄啾扔谄胀ǖ目烧{(diào)電阻，數(shù)字可調(diào)電阻器或可選電阻陣列的調(diào)節(jié)范圍和調(diào)節(jié)精度較高，通過處理器的輸出值控制可變電阻Ri的值，達(dá)到調(diào)整拉電流能力的需求。
[0037]綜上所述，本實(shí)用新型特點(diǎn)在于:
[0038]1).加入的可控拉電流電路，在信號(hào)原始輸入端對(duì)電流信號(hào)做可控處理；
[0039]2).可控拉電流電路可以選擇不同的拉電流能力，系統(tǒng)即能得到原始信號(hào)的直流成分，也能通過反饋控制，消減原始信號(hào)中的直流成分。
[0040]3).由于拉電流電路加入，提高TIA電路的動(dòng)態(tài)范圍，避免飽和現(xiàn)象的發(fā)生。
[0041]參閱圖4所示，本實(shí)用新型的適用于智能手環(huán)的血氧測(cè)量前端直流濾除電路的調(diào)整方法，包括以下步驟:
[0042]S1、初始調(diào)節(jié)可變電阻Ri，使拉電流能力最大值V sub最?。?br> [0043]S2、處理器(6)讀取ADC采樣電路(5)的直流強(qiáng)度；
[0044]S3、判定TIA電路(2)是否飽和，若飽和則執(zhí)行步驟S4，若不飽和則執(zhí)行步驟S5 ；
[0045]S4、判斷拉電流能力實(shí)時(shí)值Isub是否為最大值，若是，則降低一級(jí)光照并返回步驟S2，若否，則提高一級(jí)拉電流能力并返回步驟S3 ;
[0046]S5、判斷是否達(dá)到光照最佳范圍，若是，則結(jié)束調(diào)整，若否，則提高一級(jí)光照并返回步驟S2。
[0047]具體的，在步驟S3中，TIA電路2是否飽和是依據(jù)ADC采樣電路5的采樣信號(hào)是否達(dá)到最大值或最小值來判定。本實(shí)用新型中，拉電流能力最大值V sub和拉電流能力實(shí)時(shí)值Isub分別為:
[0048]1' sub= (V d-Vbe)/Ri (a)
[0049]ISub= I Q-1raw (b)
[0050]式(a)和式(b)中，1為三極管Q的集電極電壓，Vbe為三極管Q的基極或發(fā)射極電壓，Ιο為信號(hào)原始輸入端1中的輸入信號(hào)中直流強(qiáng)度，1_為處理器6通過ADC采樣電路5得到直流強(qiáng)度，步驟S4中，判斷拉電流能力實(shí)時(shí)值Isub是否為最大值的依據(jù)為:比較I' sub和Isub的大小，當(dāng)I sub等于I' sub時(shí)，拉電流能力實(shí)時(shí)I sub值為最大值。
[0051]較佳的，拉電流能力實(shí)時(shí)值Isub最小值和最大值之間設(shè)置的級(jí)數(shù)可根據(jù)需要自行設(shè)定，考慮到電路設(shè)計(jì)難度和計(jì)算復(fù)雜度一般設(shè)置為5-10級(jí)，通過設(shè)置多級(jí)調(diào)節(jié)，可以方便拉電流電路的拉電流能力調(diào)節(jié)，效率高且速度快。具體的，拉電流能力實(shí)時(shí)值Isub的級(jí)數(shù)調(diào)整是通過處理器6控制可變電阻Ri的阻值來實(shí)現(xiàn)。
[0052]本實(shí)用新型通過加入拉電流電路后，使得血氧信號(hào)的照射強(qiáng)度可以進(jìn)一步提高而不用擔(dān)心TIA電路飽和，變相擴(kuò)大了 TIA電路的動(dòng)態(tài)范圍。尤其是針對(duì)較大直流偏置的血氧信號(hào)輸入，能夠在最前級(jí)對(duì)恒定電流部分進(jìn)行可控消減處理，從而提高系統(tǒng)的輸入動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)保留了血氧計(jì)算對(duì)直流成分的要求。同時(shí)，拉電流電路的可調(diào)拉電流能力和處理器的反饋機(jī)制，使其可以實(shí)時(shí)調(diào)整前級(jí)拉電流能力，適應(yīng)不同的環(huán)境。
[0053]以上，僅為本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于智能手環(huán)的血氧測(cè)量前端直流濾除電路，包括信號(hào)原始輸入端(1)，所述信號(hào)原始輸入端(I)依次與TIA電路(2)，可控偏置消減電路(3)，二級(jí)放大電路(4)，ADC采樣電路(5)和處理器(6)相連接，其特征在于:所述信號(hào)原始輸入端(I)與所述TIA電路(2)之間還連接有一拉電流電路(7)，所述拉電流電路(7)與處理器(6)相連，所述處理器(6)用于控制拉電流電路(7)調(diào)整所述信號(hào)原始輸入端(I)的電流信號(hào)強(qiáng)度。
2.如權(quán)利要求1所述的適用于智能手環(huán)的血氧測(cè)量前端直流濾除電路，其特征在于:所述拉電流電路(7)包括穩(wěn)壓二極管Z、電阻R2、可變電阻Ri和三極管Q，所述三極管Q的基極分別與所述電阻R2的一端、穩(wěn)壓二極管Z的陰極相連接，其發(fā)射極與所述可變電阻Ri的一端相連接，其集電極與所述信號(hào)原始輸入端(I)相連接，所述電阻R2的另一端與電源相連接，所述穩(wěn)壓二極管Z的陽極和可變電阻Ri的另一端接地，且所述可變電阻Ri的值通過所述處理器(6)控制調(diào)整。
3.如權(quán)利要求2所述的適用于智能手環(huán)的血氧測(cè)量前端直流濾除電路，其特征在于:所述可變電阻Ri為數(shù)字可調(diào)電阻器或可選電阻陣列。
4.如權(quán)利要求2或3所述的適用于智能手環(huán)的血氧測(cè)量前端直流濾除電路，其特征在于:所述拉電流電路(X)具有拉電流能力，所述拉電流能力實(shí)時(shí)值Isub= I C1-1mw，式中，1(1為所述信號(hào)原始輸入端(I)中的輸入信號(hào)中直流強(qiáng)度，1_為所述處理器通過所述ADC采樣電路(5)得到直流強(qiáng)度。
5.如權(quán)利要求4所述的適用于智能手環(huán)的血氧測(cè)量前端直流濾除電路，其特征在于:所述拉電流電路(7)中，所述拉電流能力最大值V sub= (Vd-VbeVRi,式中，Vd為三極管Q的集電極電壓，Vbe為所述三極管Q的基極或發(fā)射極電壓。
【文檔編號(hào)】A61B5/1455GK204169852SQ201420590924
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】朱蕓, 陳志 , 章均 申請(qǐng)人:成都艾克爾特醫(yī)療科技有限公司