光電檢測電路、血氧探頭及監護儀的製作方法
2023-08-04 02:21:26 2
專利名稱：光電檢測電路、血氧探頭及監護儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及生理信號採集技術領域，尤其涉及一種光電檢測電路、血氧探頭及監護儀。
背景技術：
血氧飽和度，即人體動脈血中氧合血紅蛋白佔血紅蛋白總量的百分比，是反映人體組織氧供應狀況的重要生理參數。在血氧飽和度測量初期通常是採用有創測量方式測量，即採用抽取人體動脈血液，送到血氣分析儀進行電化學分析，測出氧分壓後再計算血氧飽和度。但由於有創測量方法具有增加病人痛苦、創傷及感染機率，很快便被無創血氧飽和度測量技術給替代了。該無創血氧飽和度測量技術是基於含氧血紅蛋白和還原血紅蛋白對紅光和紅外光區有獨特的的吸收光譜來測量人體血氧飽和度的。圖I是現有技術中無創血氧飽和度測量探頭的結構示意圖。該測量探頭包括殼體I』、紅外發光二極體2』、紅光發光二極體3』、發光碟機動電路、光電檢測電路和處理器，該光電檢測電路包括光電傳感器4』、濾波電路、放大電路和模數轉換器。該殼體I』用於固定紅外發光二極體2 』、紅光發光二極體3 』和光電傳感器4 』，同時用於形成一個在手指5 』伸入殼體I』時的密封空間。當然，發光碟機動電路、光電檢測電路以及處理器也可以固定於殼體上。在測量時，紅外發光二極體2』和紅光發光二級管3』在發光碟機動電路的驅動下交替發光，紅光和紅外光分別穿透手指5 』到達光電傳感器4 』，光電傳感器4 』將紅光和紅外光信號分別轉換成電信號並將該電信號依次傳輸給濾波電路、放大電路和模數轉換器，經過濾波、放大、模數轉換等處理後傳輸給處理器，處理器接收到該處理後的電信號進行運算處理，得到血氧飽和度。一般該光電檢測電路會採用雙差分放大電路和雙A/D轉換(模數轉換)其進行處理,這樣處理成本較高。
發明內容本實用新型為了解決現有技術中成本較高的技術問題，提供一種單差分放大電路和單A/D轉換的光電檢測電路，同時還提供一種血氧探頭和監護儀。一種光電檢測電路，包括用於將交替產生的至少兩種光信號轉化為電信號的光電轉化元件，用於接收光電轉化元件產生的電信號並對其進行放大的差分放大電路和將經放大的該電信號進行模數轉換的模數轉換器；該差分放大電路包括第一運算放大器、第二運算放大器、第一開關和第二開關，該第一運算放大器的第一輸入端與該第二運算放大器的第一輸入端是相同輸入端，該第一、第二運算放大器的第一輸入端相互連接，該第一、第二運算放大器的第二輸入端分別與該光電轉換元件的兩端電連接，該第一、第二運算放大器的輸出端分別與該模數轉換器的兩輸入端電連接，該第一開關的兩端分別連接在該第一運算放大器的輸出端和該第一運算放大器的第二輸入端上，該第二開關的兩端分別連接在該第二運算放大器的輸出端和該第二運算放大器的第二輸入端上。進一步，在該光電轉換元件每次接收光信號前，該第一開關和該第二開關分別完成一次閉合和斷開的動作。進一步，該第一開關和/或第二開關是模擬開關。進一步，還包括處理器，該處理器與該第一開關和第二開關連接，該第一開關和第二開關在該處理器的控制下釋放該光電轉化元件剩餘的電荷。進一步，還包括共模電感，該共模電感的輸入端與該光電轉換元件的輸出端相連接，該共模電感的輸出端分別與該第一、第二運算放大器的第二輸入端電連接。進一步，還包括第一電源和第二電源，該第一電源與該第一、第二運算放大器的電源端電連接，該第二電源與該第一、第二運算放大器的第一輸入端電連接。進一步，還包括第一反饋電路和第二反饋電路，該第一反饋電路與該第一開關並聯，該第二反饋電路與該第二開關並聯。 進一步，該第一反饋電路包括第一電阻、第二電阻和第一電容，該第一電阻和第二電阻組成第一串聯電路，該第一串聯電路及該第一電容的兩端分別與該第一開關的兩端連接；該第二反饋電路包括第三電阻、第四電阻和第二電容，該第三電阻和該第四電阻組成第二串聯電路，該第二串聯電路及該第二電容的兩端分別與該第二開關的兩端連接。進一步，還包括第五電阻、第六電阻和第三電容，該第五電阻的一端與該第一運算放大器的輸出端電連接、另一端與該模數轉換器的一輸入端連接，該第六電阻的一端與該第二運算放大器的輸出端連接、另一端與該模數轉換器的另一輸入端連接，該第三電容的兩端分別連接在該第五、第六電阻的另一端上。一種血氧探頭，包括上述光電檢測電路。一種監護儀，包括上述光電檢測電路。有益效果相對於現有技術，本實用新型的光電檢測電路採用單差分放大電路和單A/D轉換器來處理由至少兩個光信號轉化的電信號，節省了成本。同時，該第一開關和該第二開關在光電轉換元件在閉合的情況下可將光電轉換元件剩餘的電荷給釋放掉，可增加檢測的精度。
圖I是現有技術中無創血氧飽和度測量探頭的結構示意圖。圖2是本實用新型實施例一的光電檢測電路結構示意圖。圖3是本實用新型實施例二的光電檢測電路結構示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。本實施例的血氧探頭包括殼體、紅外發光二極體、紅光發光二極體、發光碟機動電路、光電檢測電路和處理器，該光電檢測電路包括光電轉換元件、濾波電路、放大電路和模數轉換器。在測量時，紅外發光二極體和紅光發光二級管在發光碟機動電路的驅動下交替發光，紅光和紅外光分別穿透手指或者經手指反射後到達光電轉換元件，光電轉換元件將紅光和紅外光信號分別轉換成電信號並將該電信號依次傳輸給放大電路和模數轉換器，經過放大、模數轉換等處理後傳輸給處理器，處理器接收到該處理後的電信號進行運算處理，得到血氧飽和度。本實施例的光電檢測電路採用單差分放大電路和單模數轉換器完成對電信號的處理，達到了降低成本的目的，該光電檢測電路詳細描述如下。實施例一。參照圖2，本實施例的光電檢測電路，包括光電轉換元件40、差分放大電路30和A/D轉換器20(模數轉換器20)。該光電轉換元件40用於將交替產生的至少兩種光信號轉化為電信號，一般為光電傳感器或者光電池或者光電二極體等等。該至少兩種光信號是指根據檢測需要而採用多種光進行檢測，在一些生化分析領域，可能會需要三種或者更多的光對樣品進行檢測。在檢測血氧時，需要兩種光信號進行檢測，例如紅光和紅外光，根據含氧血紅蛋白和還原血紅蛋白對紅光和紅外光不同的吸收曲線，檢測血氧飽和度。該差分放大電路30接收光電轉化元件40產生的電信號並對其進行放大。該A/D轉換器20將經放大的該電信號進行模數轉換將其轉換成數位訊號並輸出到處理器(圖中未示出)。該差分放大電路30包括第一運算放大器U20、第二運算放大器U40、第一開關S20和第二開關S40，該第一
運算放大器U20的第一輸入端202與該第二運算放大器U40的第一輸入端402是相同輸入端，該相同輸入端是指同為正向端或者同為負向端。該第一、第二運算放大器(U20、U40)的第一輸入端(202、402)相互連接，該第一、第二運算放大器(U20、U40)的第二輸入端(204、404)分別與該光電轉換元件40的兩端電連接，該第一、第二運算放大器(U20、U40)的輸出端(206、406)分別與該模數轉換器20的兩輸入端電連接，該第一開關S20的兩端分別連接在該第一運算放大器U20的輸出端206和該第一運算放大器U20的第二輸入端204上,該第二開關S40的兩端分別連接在該第二運算放大器U40的輸出端406和所述第二運算放大器U40的第二輸入端404上。該第一開關S20和第二開關S40用於釋放光電轉換元件40上的剩餘電荷，這樣剩餘電荷就會消失，不會汙染下一信號光產生的電荷，提高了檢測精度。一般而言，在差分放大電路高放大倍數及檢測電路高採樣率的情況下該光電轉換元件容易產生剩餘電荷，或者該光電轉換元件經強光照射及檢測電路高採樣率的情況下該光電轉換元件容易產生剩餘電荷，本實施例的光電檢測電路在這幾種情況下，只要在檢測之後的光信號時，閉合及斷開該第一開關S20和第二開關S40，就可以將剩餘電荷釋放掉，就不會汙染該光信號，提高了檢測精度。在其他產生剩餘電荷的情況下，該第一開關S20和第二開關S40照樣可以適用，釋放掉剩餘電荷，提聞檢測精度。本實施例的光電檢測電路優選還包括處理器(未示出)，該第一開關S20和第二開關S40與該處理器連接受該處理器的控制，在處理器檢測到上述情況發生時(即該光電轉換元件上具有剩餘電荷時)，就控制該第一開關S20和第二開關S40完成閉合和斷開的動作，釋放光電轉換元件40上的剩餘電荷，提高檢測精度。在其他情況下(即該光電轉換元件上沒有剩餘電荷時)，該處理器可不對該第一開關S20和第二開關S40進行控制。當然在任何情況下，在該光電轉換元件40每次接收光信號前，該第一開關S20和該第二開關S40分別完成一次閉合和斷開的動作，釋放掉光電轉換元件40上的剩餘電荷，提聞檢測精度。本實施例的光電檢測電路採用單差分放大電路30和單A/D轉換器20來處理由至少兩個光信號轉化的電信號，節省了成本。同時，該第一開關S20和該第二開關S40可在光電轉換元件40每次接收光前都進行一次閉合和斷開，將光電轉換元件40剩餘的電荷給釋放掉，可增加檢測的精度。為了提高採樣精度，一般採用過採樣和高採樣率，然而採樣率越高、放大倍數越大，該光電轉換元件40剩餘上次光信號產生的電荷就越多，這樣高採樣率及大放大倍數反而降低了檢測的精度。因此，採用本實施例的光電檢測電路進行高採樣率及大放大倍數進行採樣時，可每次接收光信號前對光電轉換元件40上的剩餘電荷進行釋放，檢測的精度不會降低而會有所提高。實施例二。參照圖3，本實施例的光電檢測電路包括光電池4、共模電感L2、差分放大電路3、A/D轉換器2、第七電阻R6和第八電 阻R8。該光電池4用於接收交替發光的紅光二極體及紅外光二極體發出的光信號，並將該光信號轉換為相應的電信號。該電信號通過該光電池的兩個輸出端輸出。該光電池4的輸出端分別與該共模電感L2的兩輸入端相連接，該共模電感L2的輸出端分別通過第七電阻R6和第八電阻R8與第一、第二運算放大器(U2、U4)的第二輸入端(24、44)電連接。採用該共模電感L2、第七電阻R6和第八電阻R8的組合，以濾除共模電磁幹擾。該差分放大電路包括第一運算放大器U2、第二運算放大器U4、第一電源、第二電源、第一開關S2、第二開關S4、第一反饋電路32和第二反饋電路34。該第一電源與該第一、第二運算放大器(U2、U4)的電源端電連接，該第二電源與該第一、第二運算放大器(U2、U4)的第一輸入端(22、42)電連接。該第一電源用於給該第一、第二運算放大器(U2、U4)提供能量，該第二電源用於提供共模中心，該第二電源優選為可調節電源，以適用更多應用或者提高該差分放大的效果，保證放大波形不失真。該第一運算放大器U2的第一輸入端22與該第二運算放大器U4的第一輸入端42是相同輸入端，該相同輸入端是指同為正向端或者同為負向端。該第一、第二運算放大器(U2、U4)的第一輸入端(22、42)相互連接，該第一、第二運算放大器(U2、U4)的第二輸入端(24、44)用於接收待差分放大的信號。該第一反饋電路32與該第一開關S2並聯組成第一併聯電路，該第一併聯電路的一端與該第一算法放大器U2的輸出端26連接，另一端與該第一運算放大器U2的第二輸入端24連接。該第二反饋電路34與該第二開關S4並聯組成第二並聯電路，該第二並聯電路的一端與該第二運算放大器U4的輸出端46連接，另一端與該第二運算放大器U4的第二輸入端44連接。該第一反饋電路32包括第一電阻R2、第二電阻R4和第一電容C2,該第一電阻R2和第二電阻R4組成第一串聯電路，該第一串聯電路及第一電容C2的兩端分別與該第一開關S2的兩端連接；該第二反饋電路34包括第三電阻R10、第四電阻R12和第二電容C4，該第三電阻RlO和該第四電阻R12組成第二串聯電路，該第二串聯電路及該第二電容C4的兩端分別與該第二開關S4的兩端連接。該第一反饋電路32和第二反饋電路34實現了 I/V轉換。同時，也可以通過調節該第一反饋電路32和第二反饋電路34中的電阻的大小，來調節放大倍數。該光電檢測電路還包括第五電阻R16、第六電阻R14和第三電容C6，該第五電阻R16的一端與該第一運算放大器U2的輸出端26電連接、另一端與該模數轉換器2的一輸入端連接，所述第六電阻R14的一端與第二運算放大器U4的輸出端46連接、另一端與該模數轉換器2的另一輸入端連接，該第三電容C6的兩端分別連接在所述第五、第六電阻(R16、R14)的另一端上。該第五電阻R16、第六電阻R14和第三電容C6用於進一步濾除幹擾信號，提聞該光電檢測電路的精度。[0033]該第一開關S2和第二開關S4優選多路模擬開關中的兩路開關，或者，該第一開關S2或者第_■開關S4是多路I吳擬開關中的一路開關。這樣方便電路集成，同時也容易在電路上實現被處理器的連接。本實施例優選，該第一開關S2和第二開關S4優選為兩路模擬開關器中的兩路，該兩路模擬開關器與處理器連接，在處理器的控制進行閉合和斷開的操作。當然，該第一開關S2和第二開關S4也可以為機械開關，或者是半導體開關，例如MOS管、三極體等。本實施例的A/D轉換器2為採樣速率大於IOKHz的高速A/D轉換器，優選為20KHz，這樣測量精度會比較高。進一步，優選該高速A/D轉換器的位數為24位，通過24位進行過米樣，可以進一步提聞檢測精度。監護儀是一種以測量和控制病人生理參數，並可與已知設定值進行比較，如果出現超標可發出警報的裝置或系統。通常，監護儀具有心電模塊、血氧模塊、呼吸模塊、脈率模塊、體溫模塊、血壓模塊和處理器。本實施例的監護儀的血氧模塊包括本實施例的光電檢測電路。本實施例的光電檢測電路及監護儀，採用單差分放大電路3和單A/D轉換器2來處理由兩個光信號轉化的電信號，節省了成本，同時，還滿足了高速採樣和高檢測精度的要求。因為，在高速採樣的過程中，光信號交替出現的很快，該光電池4上次產生的電荷還沒有釋放完就有新的電荷產生(即出現新的光信號)，造成了幹擾，影響了檢測精度，在有第一開關S2和第二開關S4的情況下，在光電池4每次接收光前都進行一次閉合和斷開，將光電池4剩餘的電荷給釋放掉，減少了幹擾，增加檢測的精度。因此，採用本實施例的光電檢測電路進行高採樣率進行採樣時，每次接收光信號前都會對光電池4上的剩餘電荷進行釋放，所以保證了檢測的精度，同時還實現了高速採樣。以上對本實用新型所提供的光電檢測電路、血氧探頭和監護儀進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本實用新型的核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本實用新型的思想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。
權利要求1.一種光電檢測電路，其特徵在於，包括用於將交替產生的至少兩種光信號轉化為電信號的光電轉化元件，用於接收光電轉化元件產生的電信號並對其進行放大的差分放大電路和將經放大的所述電信號進行模數轉換的模數轉換器；所述差分放大電路包括第一運算放大器、第二運算放大器、第一開關和第二開關，所述第一運算放大器的第一輸入端與所述第二運算放大器的第一輸入端是相同輸入端，所述第一、第二運算放大器的第一輸入端相互連接，所述第一、第二運算放大器的第二輸入端分別與所述光電轉換元件的兩端電連接，所述第一、第二運算放大器的輸出端分別與所述模數轉換器的兩輸入端電連接，所述第一開關的兩端分別連接在所述第一運算放大器的輸出端和所述第一運算放大器的第二輸入端上，所述第二開關的兩端分別連接在所述第二運算放大器的輸出端和所述第二運算放大器的第二輸入端上。
2.如權利要求I所述的光電檢測電路，其特徵在於，在所述光電轉換元件每次接收光信號前，所述第一開關和所述第二開關分別完成一次閉合和斷開的動作。
3.如權利要求I所述的光電檢測電路，其特徵在於，所述第一開關和/或第二開關是模擬開關。
4.如權利要求I所述的光電檢測電路，其特徵在於，還包括處理器，所述處理器與所述第一開關和第二開關連接，所述第一開關和第二開關在所述處理器的控制下釋放所述光電轉化元件剩餘的電荷。
5.如權利要求I所述的光電檢測電路，其特徵在於，還包括共模電感，所述共模電感的輸入端與所述光電轉換元件的輸出端相連接，所述共模電感的輸出端分別與所述第一、第二運算放大器的第二輸入端電連接。
6.如權利要求I所述的光電檢測電路，其特徵在於，還包括第一電源和第二電源，所述第一電源與所述第一、第二運算放大器的電源端電連接，所述第二電源與所述第一、第二運算放大器的第一輸入端電連接。
7.如權利要求I所述的光電檢測電路，其特徵在於，還包括第一反饋電路和第二反饋電路，所述第一反饋電路與所述第一開關並聯，所述第二反饋電路與所述第二開關並聯。
8.如權利要求7所述光電檢測電路，其特徵在於，所述第一反饋電路包括第一電阻、第二電阻和第一電容，所述第一電阻和第二電阻組成第一串聯電路，所述第一串聯電路及所述第一電容的兩端分別與所述第一開關的兩端連接；所述第二反饋電路包括第三電阻、第四電阻和第二電容，所述第三電阻和所述第四電阻組成第二串聯電路，所述第二串聯電路及所述第二電容的兩端分別與所述第二開關的兩端連接。
9.如權利要求I所述光電檢測電路，其特徵在於，還包括第五電阻、第六電阻和第三電容，所述第五電阻的一端與所述第一運算放大器的輸出端電連接、另一端與所述模數轉換器的一輸入端連接，所述第六電阻的一端與所述第二運算放大器的輸出端連接、另一端與所述模數轉換器的另一輸入端連接，所述第三電容的兩端分別連接在所述第五、第六電阻的另一端上。
10.一種血氧探頭，其特徵在於，包括權利要求I至9任一項所述的光電檢測電路。
11.一種監護儀，其特徵在於，包括權利要求I至9任一項所述的光電檢測電路。
專利摘要本實用新型提供一種光電檢測電路、血氧探頭和監護儀。該光電檢測電路包括用於將光信號轉化為電信號的光電轉化元件，用於接收產生的電信號並對其進行放大的差分放大電路和模數轉換器；該差分放大電路包括第一運算放大器、第二運算放大器、第一開關和第二開關，該第一、第二運算放大器的第一輸入端是相同輸入端且相互連接，該第一、第二運算放大器的第二輸入端分別與該光電轉換元件的兩端連接，該第一、第二運算放大器的輸出端分別與該模數轉換器的兩輸入端連接，該第一開關的兩端分別連接在該第一運算放大器的輸出端和第二輸入端上，該第二開關的兩端分別連接在該第二運算放大器的輸出端和第二輸入端上。
文檔編號A61B5/1455GK202714854SQ201220379440
公開日2013年2月6日 申請日期2012年8月2日 優先權日2012年8月2日
發明者程榮章, 鄒健, 洪潔新 申請人:深圳市邦健電子有限公司