血氧饱和度信号采集功能论文

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1、 年级、 专年级、 专 业、班业、班 学号学号 姓姓 名名 成成 绩绩 实 验 项实 验 项 目名称目名称 血氧饱和度信号采集功能血氧饱和度信号采集功能 指导教师指导教师 杨嘉林杨嘉林 教教 师师 评评 语语 教师签名：教师签名： 年年 月月 日日 一、实验原理一、实验原理 （一）实验原理 1、血氧测量原理 氧是维系人类生命的基础，心脏的收缩和舒张使得人体的血液脉动地流过肺 部，一定量的还原血红蛋白(HbR)与肺部中摄取的氧气结合成氧和血红蛋白 (HbO2)，另有约 2的氧溶解在血浆里。这些血液通过动脉一直输送到毛细血管， 然后在毛细血管中将氧释放，以维持组织细胞的新陈代谢。血氧饱和度 (SO

2、2)是 血液中被氧结合的氧合血红蛋白(HbO2)的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。而功能性氧饱 和度为 HbO2 浓度与 HbO2 Hb 浓度之比，有别于氧合血红蛋白所占百分数。因此， 监测动脉血氧饱和度(SaO2)可以对肺的氧合和血红蛋白携氧能力进行估计。 血氧饱和度是衡量人体血液携带氧的能力的重要参数。血氧饱和度的测量目 前广泛应用有透射法（或反射法） 、双波长（红光 R：660nm 和红外光 IR：940nm） 光电检测技术，检测红光和红外光通过动脉血的光吸收引起的交变成分之比 IIR/IR 和非脉动组织（表皮、肌肉、静脉

3、血等）引起光吸收的稳定分量（直流） 值，通过计算可得到血氧饱和度值 SPO2，这里采用透射法双波长光电检测技术。 由于光电信号的脉动规律与心脏搏动的规律一致，所以根据检出信号的周期可同 时确定脉率，因而亦称该方法为脉搏血氧饱和度测量。这种测量方法用指套式血 氧饱和度传感器测量红光（660nm）和红外光（940nm）波长光强度经过手指后的 变化，计算其中的脉动量与直流量后，查表可以计算出血氧饱和度值。 2、光源切换 实验采用双波长透射光电检测方法来测量血氧饱和度，所以必须使无光、 660nm 的红光和 940nm 的红外光交替产生并采集得到各不同光时段的信号，通过 减去无光时光电信号可以去除环境

4、光的影响，并得到红光与红外光去除环境光影 响后通过动脉血的光吸收引起的交变成分之比。这里各种光的交替切换通过对单 片机的 PF0，PF1 端口编程得到。 3、电流电压转换 血氧传感器输出信号为微弱电流信号，输出电流在1uA左右，经过I-V转换电 路后为电压信号。其中AD795具有很好的直流特性，它的输入偏置电流只有1pA， 是精准的电流电压转换放大芯片，满足电流放大要求。C1与R3并联，起低通滤波 作用并防止振荡；后接C6，R7进行高通滤波，滤除直流分量；再接二阶低通滤波 以滤除杂波，此时660nm和940nm的光信号已经转为滤波后的电压信号。 4、电压放大 经过电流电压转换和高通低通滤波后所

5、得的电压信号由AD620R采集并进行 放大。放大倍数为：G=49.4/2+1=25.7 5、调零及滤波 因光电的直流分量较大，高通滤波截止频率过低会影响正确信号的波形，这 里由加法电路的原理设计了调零电路来去除部分直流分量， 并进行低通滤波和放 大来改善波形。 6、电压跟随器的应用 经过有源二阶低通滤波后所得的信号可能不是很稳定，在这里我们应用了电 压跟随器，它的作用是限制最大输出电压、加大电流输出和减小输出阻抗等。 7、50HZ工频滤波 本功能模块电路的输出信号同样需要经过50HZ工频滤波，电路的输出信号送 至模数转换器，经模数转换后送至单片微处理器进行处理，最后送至LCD显示。 二、实验内

6、容及步骤二、实验内容及步骤 1. 功能板安装。先关电，把血氧功能板通过上下两个板间插件固定在主 电路板上； 2. 血氧功能板固定在主板上后，此处电源线和信号输出线都通过上下两 个板间插件和主板连接在一起了，打开电源； 3. 在不接传感器的情况下，把示波器的探头一端与 P6 相连，另一端接 GND。 观察示波器显示的信号。 如信号不在 “0V”时， 通过调节旋转电位器 RP1， 同时观察示波器显示的信号的变化，直至示波器的信号在“0V”时，停止调节 电位器 RP1，之后，关电取下示波器的探头； 4. 以上二步完成后把血氧传感器接到主板的输入端 J15 上，手指插入血 氧传感器的指套中， 开通电源。 血氧传感器所测的波形就可以在 LCD 上显示了； 5. 可以用示波器依次测试 P1、P2、P3、P4、P5、P6，根据所测的的情况 很容易得到各功能块的作用； 6. 在显示界面上选择“血氧信号采集”项，按“采样”键，进入血氧信 号显示界面。 7. 记录血氧信号波形及数据。 三、电路原理图三、电路原理图 1、电流电压转换及滤波电路 图 4-1 2、放大及调