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一种无创血氧检测仪.pdf

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文档编号：8062811

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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201510914958.6 (22)申请日 2015.12.13 A61B 5/1455(2006.01) (71)申请人田佳聪地址 110001 辽宁省沈阳市和平区南五马路太原南街 196 号 5 号 -221 (72)发明人田佳聪 (54) 发明名称一种无创血氧检测仪 (57) 摘要本发明公开了一种无创血氧检测仪由CPU、光源驱动电路、检测放大电路、切换分离电路、滤波电路、显示存储、红外模块组成。采用 LPC1114 作为中央处理器， LPC1114 具有高处理速度，同时硬件支持复杂的数学运算，在。

2、系统中主要完成对外部数据进行采集，计算，控制功能。光源驱动部分负责对红光和红外光调制管的驱动，红外模块完成对红光和红外光的采集，采集的模拟信号经过放大，滤波后再经A/D转换，由LPC1114进行计算，并将结果进行显示和存储。进而精确、无创、高效率的检测人体血液含氧量。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图3页 CN 106859664 A 2017.06.20 CN 106859664 A 1/1 页 2 1.一种无创血氧检测仪由 CPU、光源驱动电路、检测放大电路、切换分离电路、。

3、滤波电路、显示存储、红外模块组成。 2.根据权利要求 1 所述的一种无创血氧检测仪，其特征是所述 CPU 采用 LPC1114 单片机。 3.根据权利要求 1 所述的一种无创血氧检测仪，其特征是所述光源驱动电路使用调制光，用单片机输出脉冲信号，交替驱动两只三极管，使两只发光管按一定的规律亮灭。 4.根据权利要求 1 所述的一种无创血氧检测仪，其特征是所述所述检测放大电路采用线性度良好的电流输出型光电池传感器来接收光信号，增加电流 - 电压变换电路。 5.根据权利要求 1 所述的一种无创血氧检测仪，其特征是所述切换分离电路由一个运放和模拟开关 CD4052 组成，。

4、用于提取所需要的红光信号、红外光信号以及自然光洗好，由单片机控制。 6.根据权利要求 1 所述的一种无创血氧检测仪，其特征是所述滤波电路采用截止频率为 50Hz 的低通滤波器和截止频率为 0.1Hz 的二阶高通滤波器。权利要求书 CN 106859664 A 2 1/3 页 3 一种无创血氧检测仪技术领域 0001 本发明涉及一种血氧检测仪，尤其是一种无创血氧检测仪。背景技术 0002 血氧饱和度是非常重要的一项人体生理指标，被应用于运动生理学、临床医学、实时监护等各个方面，用来对人体机能进行检测与评定。传统的人体血氧检测是有创的，即需要通过采血检测。

5、，其检测结果较为准确，但有创而且不能连续检测。故此设计一款无创、精准、高效率的人体血液含氧饱和度装置，是我们当前迫切需要解决的问题。随着红外光谱技术的高速发展，以郎伯 - 比尔定律 (TheLambert-BeerLaw) 为理论依据的分光光度法，可以用于测量血氧饱和度。有反射光采集法和透射光采集法，两者主要区别是传感器的安装位置不同。透射式的测量部位一般在手指或耳垂等动脉血管丰富的部位，测量的信号质量较好；而反射式的安放位置相对随意，但测量中光能的损失相对较大，测量的信号质量不好，准确度不高。因此，从可靠性角度来说，透射式血氧饱和度测量装置有很好的。

6、应用价值。 0003 红外光谱技术是通过发光对管产生红光以及红外光两种不同光谱来对人体手指进行照射，由于氧合血红蛋白和还原血红蛋白的吸收光谱特性的差异，便会产生交流、直流两个电流信号。心脏有节律的跳动带动血流量的变化，这种变化会间接影响着吸光量，从而产生了交流分量。非血液组织，如皮肤、肌肉、骨骼等的吸光量是不变的，形成了直流分量。然后依据 Lambert-Beer 定律，可以用于确定血氧饱和度。发明内容 0004 为无创、精准、高效率的检测人体血液含氧饱和度，本发明设计了一种无创血氧检测仪。 0005 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：无创血氧。

7、检测仪由 CPU、光源驱动电路、检测放大电路、切换分离电路、滤波电路、显示存储、红外模块组成。 0006 采用 LPC1114 作为中央处理器， LPC1114 具有高处理速度，同时硬件支持复杂的数学运算，在系统中主要完成对外部数据进行采集，计算，控制功能。光源驱动部分负责对红光和红外光调制管的驱动，红外模块完成对红光和红外光的采集，采集的模拟信号经过放大，滤波后再经 A/D 转换，由 LPC1114 进行计算，并将结果进行显示和存储。 0007 所述光源驱动电路使用调制光，用单片机输出脉冲信号，交替驱动两只三极管，使两只发光管按一定的规律亮灭。。

8、0008 所述检测放大电路采用线性度良好的电流输出型光电池传感器来接收光信号，由于光电池输出的是电流信号，为了方便处理增加电流 - 电压变换电路。但由于该电压信号比较微弱，而且又包含红光、红外光和环境光信号，所以需要信号预放大。 0009 所述切换分离电路由一个运放和模拟开关 CD4052 组成。用于提取所需要的红光信号、红外光信号以及自然光洗好，由单片机控制。说明书 CN 106859664 A 3 2/3 页 4 0010 所述滤波电路采用截止频率为 50Hz 的低通滤波器和截止频率为 0.1Hz 的二阶高通滤波器。来自两个相位相反的信号经过滤波器的积分作用，。

9、红光分量和红外光分量将与环境光互相抵消，消除了环境光和线路噪声的干扰，提高了信噪比。此信号会跟随光强的变化而等比例的变化。混合信号流经低通滤波器后有幅值较大的直流信号和微弱的交流信号，将较弱的交流信号选用合适的放大器再次放大，经精密整流后给单片机采集。另外，红外光电路与红外电路基本完全相同。 0011 本发明的有益效果是：无创血氧检测仪采用低通滤波器来消除容积脉搏波信号的高频信号干扰，最大程度的减少有用信号的衰减，抑制外界 EMI 的干扰，还有人体衣服摩擦，身体运动带来的误差，提高了数据的可靠性，可精确、无创、高效率的检测人体血液含氧量。附图说明。

10、 0012 下面结合附图对本发明进一步说明。 0013 图 1 是无创血氧检测仪系统结构图。 0014 图 2 是光源驱动电路。 0015 图 3 是检测放大电路。 0016 图 4 是切换分离电路。 0017 图 5 是红光 40Hz 低通滤波电路。 0018 图 6 是红光 0.1Hz 二阶高通滤波电路。具体实施方式 0019 在图 1 中，无创血氧检测仪由 CPU、光源驱动电路、检测放大电路、切换分离电路、滤波电路、显示存储、红外模块组成。采用 LPC1114 作为中央处理器， LPC1114 具有高处理速度，同时硬件支持复杂的数学运算，在系统中主要完成对外部数据进。

11、行采集，计算，控制功能。光源驱动部分负责对红光和红外光调制管的驱动，红外模块完成对红光和红外光的采集，采集的模拟信号经过放大，滤波后再经A/D转换，由LPC1114进行计算，并将结果进行显示和存储。 0020 在图 2 中，所述光源驱动电路使用调制光，用单片机输出脉冲信号，交替驱动两只三极管，使两只发光管按一定的规律亮灭。由单片机产生两路 PWM 脉冲信号，驱动两个发光二极管分别产生波长为 660nm 红光以及 940nm 的红外光。由单片机产生序列脉冲，驱动两个波长分别为 660nm 和 940nm 的发光二极管 (LED)。发光二极管的发光频率选工频的。

12、整数倍 ( 这里为 2KHz) 以降低工频干扰。单片机产生频率为 2KHz 的 PWM 信号，通过控制两个发光二极管的导通时间，可以形成红光、红外光以及环境光三个时间区域，当红光、红外光产生时采集电流。在环境光时间段内，两发光管均无电流通过。 0021 在图 3 中，所述检测放大电路采用线性度良好的电流输出型光电池传感器来接收光信号。 0022 在图 4 中，所述切换分离电路由一个运放和模拟开关 CD4052 组成。用于提取所需要的红光信号、红外光信号以及自然光洗好，由单片机控制 CD4052 的 A， B 端，同时选通 X 和 Y 某一通道输出。当选择 Y0 。

13、或 Y3 输出时，运放作为反向放大器工作，增益为 1，输入信号和说明书 CN 106859664 A 4 3/3 页 5 输出信号反向 . 经过分离切换电路后的环境光信号极性相反，再以含有有用信号的红光信号和红外光信号进行后续电路的运算从而消除有用信号中环境光的干扰作用。当 Y1 或 Y2 输出时，运放的同相输入端为高阻抗输入，输入信号未经衰减而输入，使其反相输入端电位为正电位，输入和输出电位相同，相当于一个同相缓冲器； X0、 X1、 X2、 X3 与 Y 对应序号同时被选通，这样将经反向后的自然光输出，并分离红光和红外光，使红光和红外光分别在各自的信。

14、号通道内进行处理。 0023 在图 5 和图 6 中，所述滤波电路采用截止频率为 50Hz 的低通滤波器和截止频率为 0.1Hz的二阶高通滤波器。来自两个相位相反的信号经过滤波器的积分作用，红光分量和红外光分量将与环境光互相抵消，消除了环境光和线路噪声的干扰，提高了信噪比。此信号会跟随光强的变化而等比例的变化。混合信号流经低通滤波器后有幅值较大的直流信号和微弱的交流信号，将较弱的交流信号选用合适的放大器再次放大，经精密整流后给单片机采集。另外，红外光电路与红外电路基本完全相同。说明书 CN 106859664 A 5 1/3 页 6 图 1 图 2 说明书附图 CN 106859664 A 6 2/3 页 7 图 3 图 4 说明书附图 CN 106859664 A 7 3/3 页 8 图 5 图 6 说明书附图 CN 106859664 A 8 。

摘要
申请专利号：	CN201510914958.6	申请日：	20151213
公开号：	CN106859664A	公开日：	20170620
当前法律状态：		有效性：	审查中
法律详情：
IPC分类号：	A61B5/1455	主分类号：	A61B5/1455
申请人：	田佳聪
发明人：	田佳聪
地址：	110001 辽宁省沈阳市和平区南五马路太原南街196号5号-221
优先权：	CN201510914958A
专利代理机构：		代理人：
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内容摘要

本发明公开了一种无创血氧检测仪由CPU、光源驱动电路、检测放大电路、切换分离电路、滤波电路、显示存储、红外模块组成。采用LPC1114作为中央处理器，LPC1114具有高处理速度，同时硬件支持复杂的数学运算，在系统中主要完成对外部数据进行采集，计算，控制功能。光源驱动部分负责对红光和红外光调制管的驱动，红外模块完成对红光和红外光的采集，采集的模拟信号经过放大，滤波后再经A/D转换，由LPC1114进行计算，并将结果进行显示和存储。进而精确、无创、高效率的检测人体血液含氧量。

权利要求书

1.一种无创血氧检测仪由CPU、光源驱动电路、检测放大电路、切换分离电路、滤波电路、显示存储、红外模块组成。 2.根据权利要求1所述的一种无创血氧检测仪，其特征是所述CPU采用LPC1114单片机。 3.根据权利要求1所述的一种无创血氧检测仪，其特征是所述光源驱动电路使用调制光，用单片机输出脉冲信号，交替驱动两只三极管，使两只发光管按一定的规律亮灭。 4.根据权利要求1所述的一种无创血氧检测仪，其特征是所述所述检测放大电路采用线性度良好的电流输出型光电池传感器来接收光信号，增加电流-电压变换电路。 5.根据权利要求1所述的一种无创血氧检测仪，其特征是所述切换分离电路由一个运放和模拟开关CD4052组成，用于提取所需要的红光信号、红外光信号以及自然光洗好，由单片机控制。 6.根据权利要求1所述的一种无创血氧检测仪，其特征是所述滤波电路采用截止频率为50Hz的低通滤波器和截止频率为0.1Hz的二阶高通滤波器。

说明书

技术领域

本发明涉及一种血氧检测仪，尤其是一种无创血氧检测仪。

背景技术

血氧饱和度是非常重要的一项人体生理指标，被应用于运动生理学、临床医学、实时监护等各个方面，用来对人体机能进行检测与评定。传统的人体血氧检测是有创的，即需要通过采血检测，其检测结果较为准确，但有创而且不能连续检测。故此设计一款无创、精准、高效率的人体血液含氧饱和度装置，是我们当前迫切需要解决的问题。随着红外光谱技术的高速发展，以郎伯-比尔定律(TheLambert-BeerLaw)为理论依据的分光光度法，可以用于测量血氧饱和度。有反射光采集法和透射光采集法，两者主要区别是传感器的安装位置不同。透射式的测量部位一般在手指或耳垂等动脉血管丰富的部位，测量的信号质量较好；而反射式的安放位置相对随意，但测量中光能的损失相对较大，测量的信号质量不好，准确度不高。因此，从可靠性角度来说，透射式血氧饱和度测量装置有很好的应用价值。

红外光谱技术是通过发光对管产生红光以及红外光两种不同光谱来对人体手指进行照射，由于氧合血红蛋白和还原血红蛋白的吸收光谱特性的差异，便会产生交流、直流两个电流信号。心脏有节律的跳动带动血流量的变化，这种变化会间接影响着吸光量，从而产生了交流分量。非血液组织，如皮肤、肌肉、骨骼等的吸光量是不变的，形成了直流分量。然后依据Lambert-Beer定律，可以用于确定血氧饱和度。

发明内容

为无创、精准、高效率的检测人体血液含氧饱和度，本发明设计了一种无创血氧检测仪。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

无创血氧检测仪由CPU、光源驱动电路、检测放大电路、切换分离电路、滤波电路、显示存储、红外模块组成。

采用LPC1114作为中央处理器，LPC1114具有高处理速度，同时硬件支持复杂的数学运算，在系统中主要完成对外部数据进行采集，计算，控制功能。光源驱动部分负责对红光和红外光调制管的驱动，红外模块完成对红光和红外光的采集，采集的模拟信号经过放大，滤波后再经A/D转换，由LPC1114进行计算，并将结果进行显示和存储。

所述光源驱动电路使用调制光，用单片机输出脉冲信号，交替驱动两只三极管，使两只发光管按一定的规律亮灭。

所述检测放大电路采用线性度良好的电流输出型光电池传感器来接收光信号，由于光电池输出的是电流信号，为了方便处理增加电流-电压变换电路。但由于该电压信号比较微弱，而且又包含红光、红外光和环境光信号，所以需要信号预放大。

所述切换分离电路由一个运放和模拟开关CD4052组成。用于提取所需要的红光信号、红外光信号以及自然光洗好，由单片机控制。

所述滤波电路采用截止频率为50Hz的低通滤波器和截止频率为0.1Hz的二阶高通滤波器。来自两个相位相反的信号经过滤波器的积分作用，红光分量和红外光分量将与环境光互相抵消，消除了环境光和线路噪声的干扰，提高了信噪比。此信号会跟随光强的变化而等比例的变化。混合信号流经低通滤波器后有幅值较大的直流信号和微弱的交流信号，将较弱的交流信号选用合适的放大器再次放大，经精密整流后给单片机采集。另外，红外光电路与红外电路基本完全相同。

本发明的有益效果是：无创血氧检测仪采用低通滤波器来消除容积脉搏波信号的高频信号干扰，最大程度的减少有用信号的衰减，抑制外界EMI的干扰，还有人体衣服摩擦，身体运动带来的误差，提高了数据的可靠性，可精确、无创、高效率的检测人体血液含氧量。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是无创血氧检测仪系统结构图。

图2是光源驱动电路。

图3是检测放大电路。

图4是切换分离电路。

图5是红光40Hz低通滤波电路。

图6是红光0.1Hz二阶高通滤波电路。

具体实施方式

在图1中，无创血氧检测仪由CPU、光源驱动电路、检测放大电路、切换分离电路、滤波电路、显示存储、红外模块组成。采用LPC1114作为中央处理器，LPC1114具有高处理速度，同时硬件支持复杂的数学运算，在系统中主要完成对外部数据进行采集，计算，控制功能。光源驱动部分负责对红光和红外光调制管的驱动，红外模块完成对红光和红外光的采集，采集的模拟信号经过放大，滤波后再经A/D转换，由LPC1114进行计算，并将结果进行显示和存储。

在图2中，所述光源驱动电路使用调制光，用单片机输出脉冲信号，交替驱动两只三极管，使两只发光管按一定的规律亮灭。由单片机产生两路PWM脉冲信号，驱动两个发光二极管分别产生波长为660nm红光以及940nm的红外光。由单片机产生序列脉冲，驱动两个波长分别为660nm和940nm的发光二极管(LED)。发光二极管的发光频率选工频的整数倍(这里为2KHz)以降低工频干扰。单片机产生频率为2KHz的PWM信号，通过控制两个发光二极管的导通时间，可以形成红光、红外光以及环境光三个时间区域，当红光、红外光产生时采集电流。在环境光时间段内，两发光管均无电流通过。

在图3中，所述检测放大电路采用线性度良好的电流输出型光电池传感器来接收光信号。

在图4中，所述切换分离电路由一个运放和模拟开关CD4052组成。用于提取所需要的红光信号、红外光信号以及自然光洗好，由单片机控制CD4052的A，B端，同时选通X和Y某一通道输出。当选择Y0或Y3输出时，运放作为反向放大器工作，增益为1，输入信号和输出信号反向.经过分离切换电路后的环境光信号极性相反，再以含有有用信号的红光信号和红外光信号进行后续电路的运算从而消除有用信号中环境光的干扰作用。当Y1或Y2输出时，运放的同相输入端为高阻抗输入，输入信号未经衰减而输入，使其反相输入端电位为正电位，输入和输出电位相同，相当于一个同相缓冲器；X0、X1、X2、X3与Y对应序号同时被选通，这样将经反向后的自然光输出，并分离红光和红外光，使红光和红外光分别在各自的信号通道内进行处理。

在图5和图6中，所述滤波电路采用截止频率为50Hz的低通滤波器和截止频率为0.1Hz的二阶高通滤波器。来自两个相位相反的信号经过滤波器的积分作用，红光分量和红外光分量将与环境光互相抵消，消除了环境光和线路噪声的干扰，提高了信噪比。此信号会跟随光强的变化而等比例的变化。混合信号流经低通滤波器后有幅值较大的直流信号和微弱的交流信号，将较弱的交流信号选用合适的放大器再次放大，经精密整流后给单片机采集。另外，红外光电路与红外电路基本完全相同。