光电脉搏血氧心率仪电路设计

　　随着生活节奏的加快,生活水平的提高,人们对人体健康意识也随之提高,希望能随时的对自身某些参数进行健康监护并能在危时得到及时诊治[1]。研究设计出一种具有性能可靠,成本低廉,抗干扰能力强,体积小,重量轻,携带方便等特点的血氧心率测量仪将有很好的发展前景。本文以脉搏血氧测量原理的理论为指导,采用现代微处理器、集成电路技术,研制了脉搏波信号的检测与采集系统,采用数字信号处理技术,对采集数据进行处理,进而实现脉搏血氧心率仪的研制。

　　1　血氧心率信号采集及预处理电路

　　对有血氧探头检测的信号,先经过脉冲控制电路电路将其分成两路信号,然后经过放大电路,将微弱的血氧信号高保真放大,最后经过A/D转换后进行后期的处理。

　　1. 1　脉冲控制电路

　　脉冲控制电路的基本设计思路是在一个心动周期时间内,控制660 nm的红光和940 nm的红外两种波长光周期性发光[2-3]。具体电路由一个时基电路555定时器构成的多谐振荡器,由74LS04反向器构成下降沿触发器,;由高电平触发的电子开关4066做为控制部分。时基电路555定时器构成的多谐振荡器, 555定时的振荡频率

　　T为555定时的振荡周期,TPH为充电时间,TPL为放电时间。根据这个公式算得脉冲控制电路的振荡频率为0.01 s,模拟开关4066将由血氧探头测得的两路光(红光和红外),分成两路,分别进入放大电路。

　　血氧探头内部电路图如图2所示:

　　1. 2　放大电路设计

　　放大电路由输入跟随,OP07放大器构成,在血氧信号的采集和处理过程中,放大电路设计是个电路设计最关键的部位,因为它不仅可以提取有用的信号,还同时可以将干扰信号降低到最低水平[4-6]。由血氧探头测得的血氧信号极其微弱,所以,考虑将放大电路放在探头输出端与4066控制器之间。输入跟随电路,就是输出电压等于输入电压,就是说,压跟随器的电压放大倍数恒小于且接近1。OP07是一种低噪声,非斩波稳零的双极性运算

　　放大器,它具有非常低的输入失调电压,,所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施,OP07同时输入偏置电流低和开环增益高的特点,这是OP07十分适合于高增益和放大传感器的微弱信号等方面,这满足血氧心率检测放大电路的要求,如图为OP07构成的同向放大电路,电路连接很简单,放大倍数有1脚和6脚之间的电阻决定。公式为:

G=AU (1)

　　AU为电压放大倍数,因此放大电路采用OP07放大电路作为血氧测量放大电路。电阻R9用来调节放大倍数,为了防止失真,取放大倍数为10倍左右,电阻R9阻值约为10 kΩ。电源输入端接0. 01μF接地,用于屏蔽来自电源的干扰。前级用高精度运算放大器OPA4277作为输入跟随,用于提高输入阻抗、获取更多的心电信号。