脉搏血氧饱和度.doc

脉搏血氧饱和度的测量一、测量值:脉搏血氧饱和度、脉率二、测量原理:以两路光线(红光vs,红外光ir)高频交替照射被测部位,两路透射光经光电转换得到两路变化的光电流信号,两路光电流信号经过放大、去直流、去工频干扰得到两路信号的交流部分,交流部分的平均功率之比即为动脉血的含氧量,通过线性拟合得到脉搏血氧饱和度;其中任何一路信号交流部分即为脉搏波,测得其周期可计算出脉率。三、测量电路及其参数。电路包括三部分:探头驱动电路、光电流放大和去直流电路、计算电路。探头驱动电路实现两路光线由对称的两组三极管构成,与计算电路的两个IO端口和两个DA端口相连,分别控制两路光线的交替开关和幅值。光电流放大和去直流电路由两级运放构成,一级运放将光电流信号放大为电压信号,这个电压信号包含交流分量和较大的直流分量(分别对应着测量部位的动脉血和其他成分),因此需要二级运放去直流处理。计算电路接受两个运放的输出,作为反馈为探头驱动电路和去直流电路提供参考电压幅值。探头接口说明:1为地线,6、7分别为外屏蔽和内屏蔽线,2为红外光输入正极,红光输入负极,3为红光输入正极,红外光输入负极,9为光电管输出正极,5为光电管输出负极。四、测量流程基本测量流程如下图。200Hz定时器中断,两路LED交替通断,即1秒内两路光各有100次采样。以红外光这一路为例:每次开启红外光LED,根据OA0输出改变LED的幅度ir_LED_level(Q3的基极),根据OA1输出改变去直流电路的直流参考电压ir_dc_offset(OA1的正向输入端),得到的OA1的输出作为计算电路的输入,关灯,原始信号去工频处理后得到ir_heart_signal,数字去直流后得到ir_heart_signal_ac,该信号进入脉搏波周期判断的队列group_caculate[64],同时计算ir_heart_signal_ac信号的平方和,并且采样计数,同时进行脉搏周期的判断。数字信号直流跟随可表达为:跟随系数×(输入信号-直流分量)+直流分量=更新的直流分量。脉搏周期的判断过程:队列相当于在脉搏波信号上一个滑动的窗口,窗口应有一定宽度,大于噪声时间,但需小于脉搏周期。判断过程如下:当最小值位置处于窗口中部位置时则判定为一个波谷,检测到波谷以后窗口继续滑过10个采样点,但不再检查最小值,确保上一个波谷已经离开窗口中心,然后继续检查最小值位置确定下一个波谷。可以分为三种状态分别称之为确定波谷、离开波谷、寻找波谷。如下图。利用局部特征实时判断脉搏周期的三个阶段:1)确定波谷,确定周期,计算血氧饱和度和脉率,清空计数;2)离开波谷,开始计数,计算信号平方和;3)寻找波谷,保持计数,计算平方和,确定窗口中最小值位置五、测量程序实现()1、变量设置1)全局参量根据运放一的输出经AD转化后判断LED是否过亮过暗,2500到3000之间为合适亮度,否则进行调节,快速调节步长为2,细调步长为1,可根据实际电路修改。//反馈控制LED驱动幅度时的上下界和调节步长#defineFIRST_STAGE_TARGET_HIGH     3000#defineFIRST_STAGE_TARGET_LOW      2500#defineFIRST_STAGE_TARGET_HIGH_FINE   3500#de