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1、生物医学电子学双波长时分方式血氧饱和度信号检测电路学院：精密仪器与光电子工程学院专业： 生物医学工程 班级： 2008 级一班 学号： 3008202301 姓名： 李宜洁 第一章1.1 血氧饱和度的概念和生理意义血氧饱和度(SO2)是血液中被氧结合的氧合血红蛋白(HbO2) 容量占全部可结合的血红蛋白（Hb）容量的百分比，即血液中血氧的浓度，它是呼吸循环的重要生理参数。许多呼吸系统的疾病会引起人体血氧饱和度的减少，另外由麻醉引起的机体的自动调节功能失常、大手术创伤、以及有些医疗检查引起的损伤等，都可能导致病人的氧供给发生问题而降低了人体的血氧饱和度；致使病人出现头晕、无力、呕吐等症状，重者则
2、会危及生命。因此及时了解病人的血氧饱和度情况有助于医生及时发生问题，在临床医疗领域中有着十分重要的意义。 1.2 设计目的随着人们生活水平的提高，户外越来越成为许多青年人的选择。在户外运动中，最受欢迎的便是登山运动。登山运动较一般运动危险，发生事故的主要原因有三：滑坠，雪崩，高山病。其中高山病的主要原因是缺氧。大脑缺氧早期，在轻度情况下，人处于兴奋状态。登山时经常可以看到，有些平常较为腼腆谦虚地人在山上变得很张扬亢奋。这是由于大脑皮层处于兴奋状态，如果缺氧进一步加重，大脑皮层受到抑制，这时人又会变得比较郁闷，还会出现幻听、幻视。本设计通过使用电池供电，实现一个低功耗，结构简单，轻巧便捷的脉搏波
3、血氧饱和度检测仪，主要是用于户外运动。第二章 电路设计2.1 总体结构本系统首先由晶振产生方波，驱动两二极管按红光无光红外光无光的时序发光。经光敏二极管接收，再由光电转换电路，将光信号转换成电信号。得到的电信号经差动放大，低通滤波，高通滤波，放大电路，即可得到脉搏波信号。2.2 电路设计2.2.1 发光二极管驱动电路在光源发射电路中,采用矩形波对光源进行调制, 同时也通过矩形波控制两个激光器的发检出信号电源电路发光二极管驱动光电转换信号分离差动电路低通滤波器高通滤波器放大电路光时序,使系统按照一定的频率产生红光无光红外光无光四种时序状态.在电路实现方面,首先利用 1Mhz 晶振和 CD4060
4、 作为方波发生器产生 488Hz 和 976Hz,的方波. 然后利用与门和非门等产生时序控制信号:S1(红光控制信号 ),S2(红外光控制信号) 以及后面信号分离电路中要用到的分离信号 a,b,c.如下图所示.这样在一个完整的周期内,T1 时间内发射红光,T2 时间内无光,T3 时间内发射红外光,T4 时间内无光.F2F1逻辑运算：G1=F1 与 F2G2=/F1 与/F22.2.2 光电转换1MHz30pF 30pFF2Q12 VDDQ13 Q10Q14 Q8Q6 Q9Q5 RESETQ7 CLK1Q4 CLK0VSS CLK0CD406010M+5v方波产生电路F1红外光Vcc红光G1 G
5、2 当经过手指的血液流量发生变化时，透过手指的光强也发生变化。这种变化被两路光信号调制后由光敏二极管接收并转化为电压信号，送入后一级的信号处理模块。如下图所示，光敏二极管受光照产生的光生电流 I 与普通二极管的电流方向相反，I与受光光强的变化成正比，光敏管工作在零偏状态。运算放大器与电阻 R1 形成电路电压转换电路。电容 C1 的作用是改变相移，防止自激，同时 R1 和 C1 又形成低通滤波器，抑制高频干扰。由于系统对发光管的驱动频率为 488Hz 和 976Hz，那么为了保证 R1，C1 组成的滤波电路不会造成光敏管电流信号的失真，其截止频率应远高于 976Hz。这里取 R1=3 兆欧，C1
6、=20pf，运放采用 OP07。2.2.3 信号分离此部分电路采用 CD4051 单八路模拟开关控制信号采集。下图中， a=/F2，b=/F1，c接地。由此，可将 Signal 分为四路信号 Y1，Y2 ，Y3，Y4。在一个完整周期中，T1 时间内得到 Y1 信号，为红光透射光+ 背景和干扰； T2 时间内得到 Y2 信号，为背景和干扰；T3 时间内得到 Y3 信号，为红外透射光+背景和干扰；T4 时间内的得到 Y4 信号，为背景和干扰。2.2.4 差动放大电路由上级电路中得到的信号 Y1 与 Y2 做差动，Y3 与 Y4 做差动，即可红光透射信号 S1SignalcY1 Y3VssY216
7、15 14 13 12 11 10 9CD40511 2 3 4 5 6 7 8baVccSignalY4C1R1R2C2和红外光透射信号 S2.为增大电路的供模抑制比，电路中使用一个 2k 的电位器（R5） 。图中R1=1k，R2=10k，R3=1k，R4=9.1k。运放采用 OP07。2.2.5 低通滤波器由于脉搏波的频率在 0.4Hz5Hz 之间，则在设计滤波器时要求低通滤波器的截止频率为 10Hz。具体电路如下图所示，由两个二阶低通滤波器串联构成四阶低通滤波器，前后两个二阶低通滤波器的参数选择一致。C1=C2=0.1uF，R2=R3=160k，R1=50k ，R=1k。运放采用 LM3
8、24。2.2.6 高通滤波器高通滤波器的截止频率为 0.4Hz。具体电路图下图所示，由两个二阶高通滤波器串联构成四阶低通滤波器，前后两个二阶高通滤波器的参数选择一致。R1=R2=1.8M，C2=C3=0.22uF,C1=1uF,R=1k.运放采用 LM324。R3R2R1R4R5R1R3 C C2R2C1RC1C3 R2C2RR12.2.7 放大电路为使最后的输出信号达到 2.5v5v 的区间内，需接一个电压转换电路，其实质是用来放大信号。现令 V1=-5v, V2 为所需放大的信号。则 Vo=-（V1/R1+V2/R2）*R3=（5R3/R1-R3/R2）V2各电阻的阻值根据 V2 的幅值确定。2.2.8 电源电路本次实验才用电池供电。由四节电池提供 6v 电压，经两个 IN4007 降到 5v，再由 TL7660 将+5v转换为-5v。电路如下图所示。第三章 总结在以上思路形成的过程中，碰到了许多问题，绕了许多弯路，但也因此学会了新的解决问题的方法，感受到了关于电路的学习，实践才能出真知。-5v+5v+6v8 17 26 35 4TL7660R+- 10uF+- 10uFR3R1R2R4V1V2 Vo
