用于可穿戴監(jiān)測器的簡易脈搏血氧計

本設(shè)計實例是一款全新的脈搏血氧計設(shè)計，使用起來非常簡單，并且功能強。借助優(yōu)異的性能，它甚至可以作為單獨設(shè)備使用，以監(jiān)測心率及血氧飽和度。

該系統(tǒng)的核心部件包括超亮紅光LED (KA - 3528SURC) 、紅外線LED(VSMB3940X01-GS08)、對兩種光的波長同樣敏感的光電二極管(VBP104SR)。

運算放大器LT6003為整個系統(tǒng)的基本構(gòu)件，在電路的幾個放大級均有使用。在圖1中，IC1充當(dāng)跨阻抗放大器使用，將光電二極管產(chǎn)生的電流轉(zhuǎn)換為電壓。這一級提供高增益，從而使幾乎人體的每個部位都能使用傳感器。運算放大器IC2充當(dāng)30倍增益的反相放大器。

圖1：脈搏血氧計。

比較器IC4負(fù)極輸入使用峰值檢測器電路連接至修正信號。IC3 、D1 、C6 等元器件用于檢測并保持輸入信號的最大電壓。R7和R10用來對C6電容器放電。該電路用作基準(zhǔn)電壓，即使是傳感器在人體上位置的突然變化，其所產(chǎn)生的微弱脈搏也都被檢測到。

該電路配備了一個高通濾波器和兩個低通濾波器， 用于濾除外部光線變化或交流閃光燈閃爍產(chǎn)生的不期望的干擾信號。高通濾波器和第一個低通濾波器的頻率設(shè)置為0.86Hz和159Hz。高通濾波器和低通濾 波器的其他端子并未接地，而是接到1V基準(zhǔn)電壓，以增加對檢測信號的偏置，以便后續(xù)處理。基準(zhǔn)電壓由LM4040和分壓器(R15、R16)產(chǎn)生。經(jīng)過 IC2后，頻率設(shè)為5.9Hz的第二個低通濾波器對信號進行處理，進一步濾除其他不期望的干擾信號(見圖2、圖3)。

圖2：COMP節(jié)點(CH1)和脈搏節(jié)點(CH2)隨時間變化的電壓輸出。

圖3：輸出節(jié)點上的信號。

本 文并未對脈搏讀取過程展開論述，其可以通過帶ADC的MCU來完成。MCU用于控制LED，檢測信號，并將信號轉(zhuǎn)換為血樣飽和度。即使采用窄帶帶通濾波器 也可以對血氧飽和度進行計算。當(dāng)紅光LED點亮后，ADC即開始檢測信號。在兩個或三個脈搏之后，紅外線LED可以與紅光LED同時點亮。MCU利用 S=VR/VIR公式進行計算，其中電壓為峰峰值讀數(shù)，而S則代表組織血氧飽和度(StO2)校準(zhǔn)表格中的數(shù)值。