原创 生物医学技术之血氧测量技术（4）-血氧饱和度测量电路原理

通过对脉搏血氧测量原理的研究，人们已经发现只要测量出两种波长的透射光在一个完整的脉搏波中光强度的变化量就可以计算出血氧饱和度。现代的光电和微电子技术为这种测量原理的实现提供了可能。根据脉搏血氧测量原理可以设计出各种各样的血氧测量计，基本结构框架如下：

血氧测量计的基本结构包括两部分：血氧传感器器和血氧电路。从理论上来看，血氧传感器的由简单的两部分组成：光发射和光接受部分组成。但是在临床上使用的血氧传感器除了包括这两个核心的器件外，还包括相应的机械部件、信号传输电缆、探头识别接口等。这些因素直接影响探头的可靠性、舒适性。探头能否在实际临床上被可靠的稳定的使用很大程度上取决于这些外围的部件。因此，在工程设计是，除了对传感器工作原理的分析外，对传感器其他部件的分析，寻求一个合适的解决方案是一项技术能否实现产品化的关键。

   信号处理电路对来自传感器的信号进行处理，信号经过放大、滤波，得到一定幅度的信号。这个信号送入到A/D转化电路，实现模拟到数字量的转化，被数字化之后的信号经过单片机按照血氧算法计算后得到血氧饱和度。

   在血氧测量原理我们提到，用两种特定的波长就可以实现脉搏血氧饱和度的测量。这两种光的波长是660nm和940nm。通过对人体生理波形的分析可以知道，人体的脉搏次数在30~250次/分钟，对应的频率是0.5~4.1HZ，。采样定理指出：对于一个具有有限频谱的连续信号进行采样，当采样频率大于信号频率的两倍是，有采样后得到的输出函数能无失真的恢复到原来的信号。在实际上，我们取采样频率为120HZ，可以保证信号的无失真。即使是120HZ，对单片机控制电路来讲，频率也是比较低的，因此对与红光和红外光的采样采用分时采样的方法，即对红光和红外光的采样在不同时刻，但是这两个信号的采样时刻非常的接近。此外，考虑到减少传感器电缆线的芯线数量，降低成本和增强电缆的可靠性，因此在设计红光和红外光的连接方式式采用的红光和红外光反向并联的方式。连接方式如下图：

传感器采用发光二极管LED作为光源,以光电二极管作为光检测器件。在前面的讨论中我们提到采用660nm和940nm波长的ＬＥＤ时可以减少测量误差。因此最终确定选用660nm和940nm波长的ＬＥＤ作为光源。

    光源采用脉冲驱动。采用脉冲驱动的好处是两路光源可以交替发亮，检测电路可以采用对两路光响应电平一致的光敏元件接收。