用于可穿戴監(jiān)測器的簡易脈搏血氧計(jì)

　　持續(xù)監(jiān)測心臟活動可以測量心率變異性(HRV)，該參數(shù)可以了解到心臟健康狀況和其他疾病。

　　本設(shè)計(jì)實(shí)例是一款全新的脈搏血氧計(jì)設(shè)計(jì)，使用起來非常簡單，并且功能強(qiáng)。借助優(yōu)異的性能，它甚至可以作為單獨(dú)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(yùn)算放大器LT6003為整個(gè)系統(tǒng)的基本構(gòu)件，在電路的幾個(gè)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(gè)部位都能使用傳感器。運(yùn)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(jì)。

　　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(gè)高通濾波器和兩個(gè)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(gè)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?；鶞?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(gè)低通濾波器對信號進(jìn)行處理，進(jìn)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(diǎn)(CH1)和脈搏節(jié)點(diǎn)(CH2)隨時(shí)間變化的電壓輸出。

　　圖3:輸出節(jié)點(diǎn)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(jìn)行計(jì)算。當(dāng)紅光LED點(diǎn)亮后，ADC即開始檢測信號。在兩個(gè)或三個(gè)脈搏之后，紅外線LED可以與紅光LED同時(shí)點(diǎn)亮。MCU利用S=VR/VIR公式進(jìn)行計(jì)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。