生物電與三角波調(diào)制多路信號的單路采集裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物醫(yī)學信號采集領(lǐng)域，尤其涉及一種生物電與三角波調(diào)制多路信號 的單路采集裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電壓信號等載有信息的變化量，在其自然狀態(tài)下是以模擬形式表示的，但是，為了 便于計算機處理，傳輸和儲存，通常要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，因此在生物醫(yī) 學信號處理中，模數(shù)轉(zhuǎn)換是必不可少的。
[0003] 發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的多路生物醫(yī)學信號采集中，通常需采 用多片ADC或多路t旲擬開關(guān)搭配單片ADC的方案，如者具有電路復雜，系統(tǒng)功耗尚及電路尺 寸大的缺點；而后者則會在采集過程中，由于多路開關(guān)的切換，引入開關(guān)噪聲，以及由于多 路開關(guān)存在建立時間，會導致相鄰通道信號之間相互干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種生物電與三角波調(diào)制多路信號的單路采集裝置及方法，本發(fā)明 通過單路模數(shù)轉(zhuǎn)換器對多路生物醫(yī)學信號實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，詳見下文描述：
[0005] -種生物電與三角波調(diào)制多路信號的單路采集裝置，所述單路采集裝置包括：微 處理器，所述微處理器輸出不同頻率且成2倍比率關(guān)系的三角波，三角波驅(qū)動至少2種發(fā)光 二極管，發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)被測手指后被光敏器件接收，所述光敏器件轉(zhuǎn)換成電流信 號，電流信號經(jīng)電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器轉(zhuǎn)換成預設幅值電壓信號；
[0006] 所述單路采集裝置還包括：低頻生物電信號檢測電路、加法運算電路以及單路模 數(shù)轉(zhuǎn)換器；
[0007] 所述低頻生物電信號檢測電路獲取預設幅值生物電信號，所述預設幅值電壓信號 與所述預設幅值生物電信號經(jīng)所述加法運算電路相加后得到混合信號，所述混合信號由所 述單路模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；
[0008] 所述微處理器對數(shù)字信號進行處理，分離出調(diào)制三角波信號與低頻生物電信號， 并從調(diào)制三角波信號中解調(diào)出多路PPG信號。
[0009] 其中，所述低頻生物電信號具體為疋063￡631^366和￡(?中的任意一種。
[0010] 其中，所述加法運算電路包括：第一電阻和第二電阻，所述第一電阻的一端接入第 一信號源，所述第二電阻的一端接入第二信號源，所述第一電阻的另一端和所述第二電阻 的另一端接運算放大器的負極性輸入端；運算放大器的正極性輸入端接第四電阻的一端， 所述第四電阻的另一端接地；所述運算放大器的負極性輸入端還同時接入第三電阻的一 端，所述第三電阻的另一端接運算放大器的輸出端，輸出信號電壓。
[0011] 另一實施例，所述加法運算電路包括：第一電阻和第二電阻，所述第一電阻的一端 接入第一信號源，所述第二電阻的一端接入第二信號源，所述第一電阻的另一端和所述第 二電阻的另一端接運算放大器的正極性輸入端；所述運算放大器的負極性輸入端同時接第 三電阻和第四電阻的一端；所述第四電阻的另一端接地；所述第三電阻的另一端接運算放 大器的輸出端，輸出信號電壓。
[0012] -種用于生物電與三角波調(diào)制多路信號的單路采集裝置的采集方法，所述方法包 括以下步驟：
[0013] 混合信號由單路模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入微處理器；
[0014] 微處理器對數(shù)字信號進行低通濾波處理恢復出低頻生物電信號；微處理器對數(shù)字 信號進行分離處理得到PPG信號和生物電信號，且PPG信號中的背景光干擾被消除；
[0015] 分別計算PPG信號的谷值和峰值；再由PPG信號的谷值和峰值計算各個波長所對 應的吸光度差值AA，可以得到由吸光度差值AA組成的光譜值。
[0016] 其中，所述微處理器對數(shù)字信號進行分離處理得到PPG信號和生物電信號，且PPG 信號中的背景光干擾被消除的步驟具體為：
[0017] 在頻率為If的三角波的一個周期內(nèi)，分別對不同頻率三角波的每個周期內(nèi)的正、 負半個周期內(nèi)的采樣信號進行累加，正半周期累加結(jié)果與負半周期累加結(jié)果進行求差運 算，以分離出各路不同頻率的三角波信號。
[0018] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明通過單路模數(shù)轉(zhuǎn)換器對多路生物醫(yī) 學信號實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，且具有電路簡單，成本低廉以及測量精確的優(yōu)點；并且當加法運算電 路采用本發(fā)明設計的電路時，可以方便的獲取到穩(wěn)定、精度高的混頻信號，容易集成化，且 降低了電路成本，擴大了信號的動態(tài)范圍，滿足了實際應用中的多種需要。
【附圖說明】
[0019]圖1為一種生物電與三角波調(diào)制多路信號的單路采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2為加法運算電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖3為加法運算電路的另一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖4為本發(fā)明提供的分離不同波長PPG信號的示意圖；
[0023] 圖5為一種生物電與三角波調(diào)制多路信號的單路采集方法的流程圖。
[0024] 附圖中，各標號所代表的部件列表如下：
[0025] 1 :微處理器； 2 :發(fā)光二極管；
[0026] 3 :光敏器件； 4:電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器；
[0027] 5 :低頻生物電信號檢測電路； 6:加法運算電路；
[0028] 7 :單路模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
【具體實施方式】
[0029] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本發(fā)明實施方式作進一步 地詳細描述。
[0030] 實施例1
[0031] -種生物電與三角波調(diào)制多路信號的單路采集裝置，參見圖1，該單路采集裝置包 括：微處理器1、至少2種發(fā)光二極管2、光敏器件3、電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器4,低頻生物電 信號檢測電路5、加法運算電路6以及單路模數(shù)轉(zhuǎn)換器7，
[0032] 微處理器1輸出不同頻率且成2倍比率關(guān)系的三角波，三角波驅(qū)動至少2種發(fā)光 二極管2,發(fā)光二極管2發(fā)出的光經(jīng)被測手指后被光敏器件3接收，光敏器件3轉(zhuǎn)換成電流 信號，電流信號經(jīng)電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器4轉(zhuǎn)換成預設幅值電壓信號。
[0033] 低頻生物電信號檢測電路5獲取預設幅值生物電信號，預設幅值電壓信號與預設 幅值生物電信號經(jīng)加法運算電路6相加后得到混合信號，混合信號由單路模數(shù)轉(zhuǎn)換器7轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號，微處理器1對數(shù)字信號進行處理，分離出調(diào)制三角波信號與低頻生物電信 號，并從調(diào)制三角波信號中解調(diào)出多路PPG信號。
[0034] 其中，發(fā)光二極管2的數(shù)量大于等于2。具體實現(xiàn)時，發(fā)光二極管2的數(shù)量根據(jù)實 際應用中的需要進行設定；預設幅值電壓信號與預設幅值生物電信號的幅值根據(jù)實際應用 中的需要進行設定，具體實現(xiàn)時，本發(fā)明實施例對此不做限制。
[0035] 其中，低頻生物電信號包括：￡063￡631^3663(?等生物電信號中的任意一種。 微處理器1可以采用MCU、ARM、DSP或FPGA中的任意一種。加法運算電路6采用市面上常 規(guī)的加法器件。
[0036] 其中，生物電信號檢測電路5的增益及帶寬由所檢測的生物電信號的幅值和頻率 范圍決定。
[0037] 實施例2
[0038] -種生物電與三角波調(diào)制多路信號的單路采集裝置，參見圖1，該單路采集裝置包 括：微處理器1、至少2種發(fā)光二極管2、光敏器件3、電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器4,低頻生物電 信號檢測電路5、加法運算電路6以及單路模數(shù)轉(zhuǎn)換器7。該實施例與實施例1不同的是， 該加法運算電路6采用本發(fā)明實施例設計的加法運算電路6來實現(xiàn)，參見圖2,該加法運算 電路6包括：