血氧饱和度测量仪的设计要点
反射式血氧饱和度测试仪的设计
科技信息1、前言无创伤血氧饱和度检测已经广泛应用于临床患者的监护和手术中的麻醉监护。
随着人们健康意识的不断提高，日常的健康监护、康复监护甚至有些运动员的体征检测和在高危环境下作业人员的体征检测都需要用到血氧饱和度数据。
所以血氧饱和度的研究具有广泛的研究价值和应运前景。
目前在临床上我们广泛使用的血氧饱和度检测工具基本上都是生命参数测试仪，这类仪器体积庞大携带不方便而且需要固定电源，虽然这些年也出现了大量便携式的透射光法血氧计，并且技术已经相对成熟，国内外很多研究机构都对其软件和硬件做了充分的探讨，并且已经出现大量成熟的产品，但由于透射式血氧饱和度测试仪一般只能夹在手指上，测试位置比较单一，不能测试人体多个位置的血氧饱和度甚至很多时候都会影响到被测试者的日常活动，很不方便。
根据这些局限我们设计出了一种基于Zigbee的反射式血氧饱和度测试仪，并对以往的透射式的血氧饱和度测试仪电路进行了改进，使电路更简单，功耗更小，并通过Zigbee网络使血氧饱和度数据能够实现无线数据传输和远程监护的目的。
2、反射式血氧饱和度的检测原理透射式血氧饱和度检测中，光检测器与发光二极管分别置于被检测部位的两侧，通过发光二极管发出的光透过人体组织然后被光检测器接收，通过接收到的光强度来计算血氧饱和度值。
而反射式血氧饱和度检测仪的光检测器和发光二极管是在同一侧的，光波在通过人体组织时除了一部分被人体组织吸收以外，还会有另外一部分散射出来。
根据光的传播理论，光子的传播可用组织光学特性参数来描述，这些特性参数定量的描述了组织光学效应。
反射式血氧饱和度检测仪就是通过这部分散射光对血氧饱和度进行计算的，反射式血氧饱和度检测原理如图1所示：图1反射式血氧饱和度检测原理由于透射式和反射式都是利用人体对于光的吸收和未吸收量的比例来计算人体血氧饱和度值的，所以本质上没有太大差别，根据Lan-bert—Beer定律我们得到的透射式血氧饱和度计算公式在原理上与反射式的推导公式是相同的。
反射式血氧饱和度测试仪的设计
１ ＋Ｙｚ ＋， … ， — 一１
———■＝ 『—一 。 当Ｙ 值 大 于 Ａ时判 断 Ｙ … 是否 大于 Ａ， 若 大于则 … 为 误差 采 样， 若小 于则 ｚ 为误差采样 。此时我们 将剔除误 差值 ， 然 后我们利 用 中值滤波算法将 剩余 的采样值 按大小顺序 排列 ， 取得 这列数组 的中间 值即为发光管发光一次所获得 的光强度值 。若数组长度 为偶 数则取 中 间两个数 的平均值作 为最终的结果 。图６ 为我们利用一段 已知信 号来 检测限幅中值滤波算法的滤波效果 图。
图 ４多 模 式 工 作 流 程 图 当血 氧饱和度检测 仪启动 以后 首先进人正 常工作模式 ， 正常工作 模式 的运行 时问为２ 分钟 ， 然后判断 ２ 分钟 内的血氧值是否 出现过异常 情况 ， 如果正 常则进 入检测模式 ， 如果不正常则循环正常工作模式 。在 检测工作模式下计 算一次血氧值 ， 然后判断血氧值是否正常 ， 如果正常 则看检测工作模式 循环次数是否溢出 。在这里我们设定检测工作模式 的循 环次数是 ６ ０ 次， 即使血氧饱 和度值一 直处于 正常状态 ， 过一段 时 间后 也要跳 出检测 工作模式进 入正常工作模 式 ， 这样进一 步提高 了血 氧饱 和度测试 仪 的可 靠性 。如果循环次 数达到 ６ Ｏ 次则进入 正常工作 模式 ， 没有达到 ６ ０ 次则继 续进入检测工作模式 。如果在检测工作模式 下测得血氧值不正 常则 马上进入正常工作模式 。 下 面为我们对血 氧饱和度 测试仪 的功耗进 行 的测试 ， 采用 同样 的 硬件设备 ， 利用容量为 ３ ５ ０ ｍ Ａ ｈ 的锂离子 电池 ， 其初始电压为 ４ ． ５ ｖ ， 其中 块 血氧饱和度 测试仪一直 工作在正常模 式下 ， 即实 时的对血氧饱 和 度进 行采集 。另 一块工作在 多模式状态下 ， 在两种工作 状态下分别测 试其 在不 同时间 电压 的变化情 况 ， 如图５ 所示 为不同工作 状态下 的血 氧饱 和度测试仪 的电池 电压变化情况 与工作 时间的关 系。
血氧仪 方案
血氧仪方案1. 引言血氧仪（Pulse Oximeter）是一种用于测量血液中氧气饱和度的医疗设备。
现代血氧仪通常基于红外线技术，结合光电传感器和计算算法，通过反射和吸收血液中的红外光和红光来测量血氧饱和度和脉率等生理参数。
本文将介绍一种基于光电传感器和微控制器的血氧仪方案。
2. 设备组成2.1 光电传感器光电传感器是血氧仪的核心组件之一，用于接收红外光和红光，并转换为电信号供后续处理。
现代光电传感器通常采用LED和光敏二极管（Photodiode）组成，其中LED发出的红外光和红光通过血液吸收后，光敏二极管测量其相对强度变化。
2.2 微控制器微控制器是血氧仪实现血氧饱和度和脉率计算的核心部件。
它接收光电传感器产生的电信号，并进行放大、滤波和信号处理。
常用的微控制器包括STM32系列和Arduino。
2.3 显示屏和操作界面为了方便用户观察和操作，血氧仪通常配备显示屏和操作界面。
显示屏可用于显示血氧饱和度、脉率等参数，并提供菜单和设置选项。
2.4 电源管理模块为了保证血氧仪的正常运行，可靠的电源管理模块是必需的。
电源管理模块可包括电池、充电电路和电源管理芯片，用于提供稳定的电源和管理电池的充电和放电。
3. 方案实现步骤3.1 选型和采购材料根据血氧仪的功能需求和成本考虑，选择合适的光电传感器、微控制器、显示屏和电源管理模块，并进行采购。
3.2 硬件设计和电路连接根据光电传感器和微控制器的规格书和引脚定义，进行硬件设计和电路连接。
保证光电传感器与微控制器之间的信号连接正确和可靠，同时连接显示屏和电源管理模块。
3.3 软件开发根据血氧饱和度和脉率的计算算法，编写微控制器的软件程序。
软件程序包括信号处理、数据计算和显示控制等功能。
在编写过程中，可以参考厂商提供的示例代码和开发工具。
3.4 系统调试和测试完成软件开发后，对血氧仪进行系统调试和测试。
通过模拟各种场景和测试数据，验证血氧仪的性能和准确度。
如有必要，可以进行修正和优化。
脉搏血氧仪解决方案
脉搏血氧仪解决方案引言概述：脉搏血氧仪是一种用于测量人体脉搏和血氧饱和度的医疗设备，广泛应用于医疗行业和家庭健康监测领域。
本文将介绍脉搏血氧仪的解决方案，包括硬件设计、软件开辟、数据分析和用户界面设计。
一、硬件设计1.1 传感器选择：脉搏血氧仪的核心是光传感器，用于测量血氧饱和度和脉搏波形。
常见的传感器有红外光传感器和红外光二极管。
选择合适的传感器能够提高测量的准确性和稳定性。
1.2 电路设计：脉搏血氧仪的电路设计包括传感器电路、放大器电路和滤波器电路。
传感器电路负责将光信号转化为电信号，放大器电路将电信号放大，滤波器电路用于去除噪音和干扰信号。
1.3 电源设计：脉搏血氧仪需要可靠的电源供应，普通采用锂电池或者可充电电池。
电源设计要考虑电池寿命、充电电路和电池保护电路。
二、软件开辟2.1 数据采集：脉搏血氧仪需要采集传感器的数据，并进行处理和分析。
软件开辟要设计合适的算法，提取脉搏波形和血氧饱和度等数据。
2.2 数据处理：采集到的数据需要进行滤波、去噪和校准等处理，以提高测量的准确性。
同时，还需要设计实时监测和报警机制，确保用户能及时获得准确的数据。
2.3 数据存储和传输：脉搏血氧仪可以将采集到的数据存储在设备内部或者通过无线传输到其他设备。
软件开辟要设计合适的数据存储和传输方式，以满足用户的需求。
三、数据分析3.1 数据分析算法：脉搏血氧仪采集到的数据可以通过数据分析算法进行进一步处理，得出更详细的生理参数。
常见的数据分析算法包括心率计算、呼吸率计算和睡眠监测等。
3.2 数据可视化：数据分析结果可以通过图表、曲线等方式进行可视化展示，方便用户理解和分析。
数据可视化设计要考虑用户界面友好性和信息清晰度。
3.3 数据报告生成：脉搏血氧仪可以生成用户的健康报告，包括血氧饱和度、心率和睡眠质量等指标。
数据报告生成要考虑报告的格式和内容，以满足用户的需求。
四、用户界面设计4.1 显示屏设计：脉搏血氧仪的显示屏要设计合适的尺寸和分辨率，以显示测量结果和用户界面。
实验一与实验二_血氧饱和度检测仪设计实验
YJ-02型医学电子教学仪器综合试验箱第一部分综合实验箱简介 (2)第二部分实验项目 (4)实验一温度测试 ............................................................. 错误!未定义书签。
实验二心血管参数测试........................................... 错误!未定义书签。
实验三肺功能参数测试 ........................................... 错误!未定义书签。
实验四握力测试 .............................................................. 错误!未定义书签。
实验五血压测试 ............................................................. 错误!未定义书签。
实验六心电测试 ............................................................. 错误!未定义书签。
实验七血氧饱和度测试 (4)实验八脉搏波波速测试 (12)第三部分附录 .....................................错误!未定义书签。
一、心血管参数测试.......................................................... 错误!未定义书签。
二、肺功能参数测试.......................................................... 错误!未定义书签。
三、血压测量 ............................................................................ 错误!未定义书签。
脉搏血氧仪解决方案
脉搏血氧仪解决方案一、引言脉搏血氧仪是一种用于测量人体脉搏和血氧饱和度的医疗设备。
它通过非侵入性的方式，通过光电探头将红外光和红光传感器放置在人体皮肤上，实时监测脉搏和血氧饱和度的变化。
本文将介绍基于脉搏血氧仪的解决方案，包括硬件设计、软件开辟和数据分析等方面。
二、硬件设计1. 传感器选择：脉搏血氧仪的核心是光电传感器，我们选择高品质的红外光和红光传感器，以确保准确度和稳定性。
2. 电路设计：设计一个稳定的电路板，用于接收和放大传感器的信号，并将其转换为数字信号。
同时，还需要设计电源管理电路，以确保设备的稳定供电。
3. 外壳设计：外壳应具有舒适的人体工程学设计，便于患者佩戴。
同时，外壳还应具有防水、耐用等特性，以适应各种使用环境。
三、软件开辟1. 嵌入式软件：脉搏血氧仪需要一套嵌入式软件来控制传感器的工作，并将采集到的数据进行处理和显示。
软件应具有友好的用户界面，方便患者操作和观察。
2. 数据传输：设计一套可靠的数据传输方案，将采集到的数据传输到外部设备，如手机或者电脑。
可以选择蓝牙、Wi-Fi等无线通信技术，也可以选择USB等有线通信技术。
3. 数据存储和分析：在外部设备上开辟相应的软件，用于存储和分析采集到的数据。
可以采用数据库等方式进行数据存储，并开辟相应的算法对数据进行分析，以提供更多的健康指标和建议。
四、数据分析1. 血氧饱和度分析：根据采集到的数据，进行血氧饱和度的分析。
可以根据不同的年龄段和健康状况，设定相应的标准范围，并根据实际数据进行判断和警示。
2. 脉搏分析：通过分析脉搏的变化，可以了解患者的心率和心律。
可以设定相应的标准范围，并根据实际数据进行判断和警示。
3. 健康建议：根据血氧饱和度和脉搏的分析结果，提供相应的健康建议。
可以根据数据的趋势和变化，提醒患者及时就医或者调整生活方式等。
五、总结基于脉搏血氧仪的解决方案涵盖了硬件设计、软件开辟和数据分析等方面。
通过合理的设计和开辟，可以实现对脉搏和血氧饱和度的准确监测和分析，为患者提供健康指标和建议，匡助他们更好地管理和改善健康状况。
无创血氧饱和度检测仪设计报告doc江苏科技大学
江苏省首届大学生电子竞赛基于MSP430的无创血氧饱和度检测仪学校江苏科技大学学院电子信息学院小组成员徐宏彬（0540302127）沈向辉（0540304121）指导教师陈迅王长宝二零零八年九月摘要本血氧仪以MSP430F247为控制器，使用两个16位定时器和一个自带的12位AD，测量数据经过处理后，通过LCD液晶屏显示，打印机打印数据或者发送到上位机进行必要的分析。
本设计的目的是做一种适用于家庭社区的便携式无创脉搏血氧饱和度测量仪。
其依据的基本原理都是Lambert一Beer定律和组织中各成分对应不同波长光的吸收系数的差异。
在对检测到的完全反应血液中氧合血红蛋白和还原血红蛋白含量变化的脉动分量的处理上，采用透射检测的处理方法来检测血氧饱和度和脉搏速率。
关键词：MSP430F247 血氧饱和度脉搏速率脉搏波AbstractThe Oximetry from MSP430F247 for controller, the use of two 16-bit timer and a built-in 12-bit AD, after the measurement data is processed,it will be showed through the LCD screen, print Data by the printer or sent the data to the PC for necessary Analysis. The purpose of this design is to apply to a family community without a pulse of the portable oxygen saturation measuring instrument.It is based on the basic principles are Lambert and Beer's Law in various components to different wavelengths of light absorption differences. In the detection of the complete response to the oxygenated hemoglobin in the blood and deoxy hemoglobin content in the handling of fluctuating weight, the handling by transmission detection method to detect blood oxygen saturation and pulse rate.Keyword: MSP430F247 Oxygen saturation pulse rate pulse wave目录一、基本原理 (4)二、方案论证与比较 (5)三、系统设计 (5)3.1系统框图 (6)3.2单元电路设计 (6)3.2.1前端信号处理电路 (6)3.2.2血氧探头驱动电路 (6)3.2.3电源管理模块 (6)3.2.4串口通讯模块 (7)3.2.5打印机模块 (8)3.3 硬件电路设计小结 (8)四、软件设计 (8)4.1红光及红外光驱动程序设计 (8)4.2AD采样的软件设计 (9)4.3采样数据处理程序设计 (9)4.4界面设计 (9)4.4.1 LCD显示界面设计 (9)4.4.2 打印机输出界面设计 (9)4.5软件设计流程图 (10)五、系统测试 (11)六、总结 (12)参考文献： (13)附录： (13)附1 ：主要元器件 (13)附2 ：电路原理图 (14)一、基本原理血红蛋白是一种结合蛋白质。
血氧饱和度监护仪产品技术要求深圳迈瑞
血氧饱和度监护仪产品技术要求深圳迈瑞1.准确性：血氧饱和度监护仪应当能够准确测量患者的血氧饱和度和心率。
该设备应具备高精度的传感器和算法，能够在不同的血液氧合水平下进行准确的血氧饱和度测量。
2.快速响应：血氧饱和度监护仪应具备快速响应的能力，能够实时监测患者的血氧饱和度和心率变化，并能够迅速发出预警信号以及提供及时的报警。
3.稳定性：血氧饱和度监护仪应具备良好的稳定性，能够在长时间的持续监测中保持准确和稳定的测量结果。
4.抗干扰能力：血氧饱和度监护仪应具备较强的抗干扰能力，能够在不同的环境条件下稳定工作，并排除外界的电磁干扰。
5.高分辨率显示：血氧饱和度监护仪应配备高分辨率的显示屏，能够清晰地显示血氧饱和度、脉搏波形和心率等参数，以方便医务人员对患者的监测和诊断。
6.数据存储和传输：血氧饱和度监护仪应具备数据存储和传输的功能，能够将监测数据保存到内部存储器，并支持通过蓝牙或USB等方式将数据传输到计算机或其他设备进行分析和记录。
7.多功能：血氧饱和度监护仪应能够提供多种监测模式和功能，如可调节的报警参数、呼吸率监测、血气参数测量等。
8.便携性：血氧饱和度监护仪应具备便携性，体积小巧，重量轻，方便携带和使用。
9.电池寿命：血氧饱和度监护仪应具备较长的电池寿命，以确保该设备在长时间监测中不会因电池耗尽而停止工作。
10.易用性：血氧饱和度监护仪应具备简单易用的操作界面，方便医务人员进行操作和设置。
总之，深圳迈瑞公司的血氧饱和度监护仪需要具备准确性、快速响应、稳定性、抗干扰能力、高分辨率显示、数据存储和传输、多功能、便携性、电池寿命和易用性等方面的技术要求，以满足临床使用的需求，并提升患者的医疗体验。
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血氧饱和度测量仪的设计目录摘要 (3)第一章绪论 (4)1.1血氧饱和度的基本概念 (4)1.2血氧饱和度测量仪课程设计的意义 (3)1.3血氧饱和度测量仪课程设计的技术要求 (4)1.4基本步骤 (5)1.4.1 理论依据 (5)1.4.2 硬件电路的设计 (6)1.4.3 软件设计 (6)1.4.4 仿真及数值定标 (6)第二章实验方案设计及论证 (6)2.1 设计理论依据 (6)2.2. 双波长法的概念 (6)2.3 光电脉搏传感器 (7)2.4 传感器可能受到的干扰 (9)2.5实验方案设计 (10)第三章硬件电路的设计 (10)3.1硬件原理框图 (10)3.2各部分电路的设计 (11)第四章软件模块设计 (13)4.1主程序流程图 (14)4.2子程序流程图 (14)4.3硬件调试 (16)第五章设计收获及心得体会 (17)第六章参考文献 (19)附录程序清单 (20)摘要氧是维持人体组织细胞正常功能，生命活动的基础。
人体的绝大多数组织细胞的能量装换均需要氧的参加。
所以，实时监护人体组织中氧的代谢具有重要的意义。
人体的新陈代谢过程是生物氧化过程。
氧通过呼吸系统进入人体血液，与血液红细胞中的血红蛋白(Hb)结合成氧合血红蛋白(2HbO )，再输送到人体各部分组织细胞中去。
在全部血液中，被氧结合的2HbO 容量占全部可结合容量的百分比称为血氧饱和度2O Sa 。
许多临床疾病会造成氧供给的缺乏，这将直接影响细胞的正常新陈代谢，严重的还会威胁人的生命，所以动脉血氧浓度即2O Sa 。
的实时监测在临床救护中非常重要。
在本次关于血氧饱和度测量仪的设计中，是基于MCS —51单片机的设计，需要选测合适的光电脉搏传感器采集数据，并利用4为LED 数码显示测量值，利用键盘切换显示脉搏跳动的频率。
关键词：51单片机 血氧饱和度 比尔—朗伯定理第一章绪论1.1血氧饱和度的基本概念血氧饱和度(SO2)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。
正常人体动脉血的血氧饱和度为98% ，静脉血为75%。
（Hb为血红蛋白，hemoglobin，简写Hb）1.2血氧饱和度测量仪课程设计的意义人体的新陈代谢过程是生物氧化过程，而新陈代谢过程中所需要的氧，是通过呼吸系统进入人体血液，与血液红细胞中的血红蛋白(Hb)，结合成氧合血红蛋白(HbO2)，再输送到人体各部分组织细胞中去通过连续或间断地监测血氧饱和度可以对人体携带氧的能力进行估计, 同时,其又是判断人体呼吸系统、循环系统是否出现障碍或者周围环境是否缺氧的重要指标, 在手术麻醉、监护室急救病房、病人运动和睡眠研究、以及慢性呼吸循环系统疾病患者的监上都有着重要的作用。
传统的血氧饱和度测量方法是先进行人体采血，再利用血气分析仪进行电化学分析，测出血氧分压PO：，计算SaO2：。
这种方法比较麻烦，且不能进行连续的监测。
因此，一种采用无损光谱学连续检测人体的血氧含量的方法应运而生。
其基本原理是根据组织对光的固有特性，利用光在组织中传播的效应来获取和研究生物组织生理的、代谢的有用信息，安全、可靠、对肌体无损，具有广泛的研究应用前景和重要的实用价值。
1.3血氧饱和度测量仪课程设计的技术要求通过MCS—51单片机（或其他单片机）制作一台数字显示的血氧饱和度测量仪。
要求如下：1.了解什么事血氧饱和度，掌握无创测量血氧饱和度的方法；2.选择光电脉搏传感器，设计血氧饱和度检测电路；3.利用4为LED数码显示测量值并可以切换显示脉搏跳动的频率；4.选测单片机构建信号采集系统；5.需将完成的检测调理电路，通过软件仿真验证。
1.4基本步骤1.4.1理论依据无创血氧饱和度的检测原理是根据Beer-Lambert 定律，引出分光光度法进行物质定性分析和定量分析。
根据这个理论基础，由氧合血红蛋白与还原血红蛋白对不同波长色光的吸光度不同和血氧饱和度的定义，推导出动脉血管中的血氧饱和度计算公式。
根据朗伯-比尔定律可以得出单色光透过某均匀溶液后透射光强I 与溶液诸参数的关系是：ECD e I I -⨯=0式中：E 表示该溶液对某特定单色光的吸光系数；C 表示该溶液的浓度；D 表示光透过溶液所经光程长度。
若定义吸光度A 为：A=ln(I0／I)=ECD假如均匀组织为血管，当动脉血脉动时，D 将有一个△D 的改变，此时透射光I 也将有一个△I 的改变，此时吸光度A 的改变△A 为：△A=ln[I ／(I-△I)]=EC ×△D根据医学定义，由于含氧血红蛋白和还原血红蛋白处于同一血液溶液中，他们的含量之比即为浓度之比，这样血氧饱和度为：)1ln(ln 1][][][21222II I I I W w C C C Hb HbO HbO SpO ∆-=∆-=∆∆+=+=如下：现定义 式中：△W 即为该色光光电信号的交直流成份之比，由以上表达式再根据数学变换，当有两路光源透射过手指后最终可以推出血氧饱和度的计算表达式为：)()(1212222E E W W E E E W W E SpO -'-∆'∆-'-∆'∆= 式中：Ei 表示不同物质的吸光系数，对于一定波长和一定组织成分而言，Ei 是确定的常量。
将上式写为如下形式，并展开成二阶泰勒级数为：22Cx Bx A d W W c b W W aSpO ++=+∆'∆+∆'∆= 只要测量出色光光电信号的交直流成份之比△W ’／△W 与标准血氧计测量的血氧饱和度，利用最小二乘法二次曲线拟合技术，确定常数A ，B ，C 就可以得到血氧饱和度经验公式。
1.4.2硬件电路的设计根据脉搏血氧饱和度的测量仪的测量原理，设计了以MCS —51单片机为核心的脉搏血氧饱和度仪的硬件电路，包括方波脉冲发生电路，光电驱动电路，滤波电路，放大电路，数码显示电路，解调电路，电源等。
1.4.3软件设计编程产生时序，控制光源驱动电路，ADC0809，数码显示，实现检测结果数字显示及控制整个硬件系统，编程实现信号的增益调节等。
1.4.4仿真及数值定标在完成血氧饱和度测量仪硬件系统金额信号处理之后，对脉搏血氧饱和度测量仪进行实验以验证测量的精度。
为了能在实际应用中得到可信的结果，应对测量仪进行数值的定标，以取得最准确的定标参数。
第二章 实验方案设计及论证2.1设计理论依据血氧饱和度测量仪的设计主要依据是比尔—朗伯定律，和双波长法以及光电脉搏传感器，采用无创血氧饱和度测量仪的设计理念。
2.2双波长法的概念在单位时间内有两条波长不同的光束λ1和λ2交替照射同一个溶液，由检测器测出的吸收度是这两个波长下吸收度的差值△A 。
△A 与被测定物质的浓度成正比，这个方法称双波长分光光度法。
双波长分光光度法的关键是正确选择两波长λ1、λ2，要求被测组分D 在两波长处的△A 足够大，而干扰组分G 和背景在两波长应有相同的吸光度(△A=0)。
为满足上述要求，一般是将λ2选在待测组分的最大吸收波长，λ1是选在干扰组分等吸收波长。
可测定浑浊样品，也可测定吸收光谱相互重叠的混合物样品，也是当杂质使主峰产生肩峰时测定主峰物质的较好定量方法。
2.3光电脉搏传感器a.光电式脉搏传感器的原理根据朗伯比尔(Lamber Beer) 定律, 物质在一定波长处的吸光度和他的浓度成正比。
当恒定波长的光照射到人体组织上时, 通过人体组织吸收、反射衰减后测量到的光强将在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征。
脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生的, 在人体指尖, 组织中的动脉成分含量高, 而且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄, 透过手指后检测到的光强相对较大,因此光电式脉搏传感器的测量部位通常在人体指尖。
b.光电脉搏传感器的结构从光源发出的光除被手指组织吸收以外, 一部分由血液漫反射返回。
其余部分透射出来。
光电式脉搏传感器按照光的接收方式可分为透射式和反射式2 种, 其中透射式的发射光源与光敏接收器件的距离相等并且对称布置,接收的是透射光, 这种方法可较好地反映出心律的时间关系, 但不能精确测量出血液容积量的变化; 反射式的发射光源和光敏器件位于同一侧, 接收的是血液漫反射回来的光, 此信号可以精确地测得血管内容积变化。
本文讨论的是透射式脉搏传感器, 侧重于脉搏信号的测量。
c. 光敏原件光电式脉搏传感器由于采用不同的光敏元件有着多种实现方法, 其中光敏元件主要有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管和硅光电池。
在传统的光电式脉搏传感器设计中, 通常采用的是独立光敏元件, 利用半导体的光电效应改变输出的电流, 通常光敏元器件输出的电流极低, 容易受到外界干扰, 而且对后续的放大器的要求比较严格, 需要放大器空载时的电流输出较小, 避免放大器空载输出电流对脉搏信号测量的干扰, 这样对于普通的放大器就不能直接应用在光敏元件的后端。
在本设计中，采用一种光敏元件OPT101 , 该元件将感光部件和放大器集成在同一个芯片内部, 这种集成化的设计方式有效地克服了后端运算放大器空载电流输出对光敏部件输出电流的影响, 而且芯片输出的电压信号可以通过外部的精密电阻进行调节, 有利于芯片适应整体的电路设计, 同时芯片的集成化设计也能够减小系统的功耗。
d.发射光源光电式脉搏传感器主要由光源、光敏器件, 以及相应的信号调理控制电路构成。
为了充分利用器件的效果, 光源和光敏元件的选择是综合考虑的, 光源的波长应该落在光敏元件检测灵敏度较高的波段内, 图4 为OPT101 的光波长响应曲线。
脉搏信号主要由动脉血的充盈引起, 而血液中还原血红蛋白( Hb) 和氧合血红蛋白( HbO2 ) 含量变化将造成透光率的变化, 当氧合血红蛋白和还原血红蛋白对光的吸收量相等时, 透射光的强度将主要由动脉血管的收缩和舒张引起, 此时能够比较准确地反映出脉搏信号。
图5 为血红蛋白的光吸收曲线, 从图中可以看出, 血液中HbO2 和Hb 对于不同波长光的吸收系数的差异明显, 而且 2 条曲线好几个不同的交点, 考虑到在805nm波长处, 血红蛋白的光吸收率比较低, 那么透射过手指的光强较大, 有利于光敏器件的接收, 因此发射光源的波长选择为805nm。
2.4传感器可能收到的干扰在测量过程中, 前端测量到的脉搏信号十分微弱, 容易受到外界环境干扰, 因此需要对脉搏传感器的干扰噪声进行分析, 从光电式脉搏传感器设计的技术角度减少干扰, 使之能够准确测量到脉搏信号。