用于可穿戴监测器的简易脉搏血氧计

　　持续监测心脏活动可以测量心率变异性(HRV)，该参数可以了解到心脏健康状况和其他疾病。

　　本设计实例是一款全新的脉搏血氧计设计，使用起来非常简单，并且功能强。借助优异的性能，它甚至可以作为单独设备使用，以监测心率及血氧饱和度。

　　该系统的核心部件包括超亮红光LED (KA - 3528SURC)、红外线LED(VSMB3940X01-GS08)、对两种光的波长同样敏感的光电二极管(VBP104SR)。

　　运算放大器LT6003为整个系统的基本构件，在电路的几个放大级均有使用。在图1中，IC1充当跨阻抗放大器使用，将光电二极管产生的电流转换为电压。这一级提供高增益，从而使几乎人体的每个部位都能使用传感器。运算放大器IC2充当30倍增益的反相放大器。

　　图1:脉搏血氧计。

　　比较器IC4负极输入使用峰值检测器电路连接至修正信号。IC3 、D1 、C6 等元器件用于检测并保持输入信号的最大电压。R7和R10用来对C6电容器放电。该电路用作基准电压，即使是传感器在人体上位置的突然变化，其所产生的微弱脉搏也都被检测到。

　　该电路配备了一个高通滤波器和两个低通滤波器，用于滤除外部光线变化或交流闪光灯闪烁产生的不期望的干扰信号。高通滤波器和第一个低通滤波器的频率设置为0.86Hz和159Hz。高通滤波器和低通滤波器的其他端子并未接地，而是接到1V基准电压，以增加对检测信号的偏置，以便后续处理。基准电压由LM4040和分压器(R15、R16)产生。经过IC2后，频率设为5.9Hz的第二个低通滤波器对信号进行处理，进一步滤除其他不期望的干扰信号(见图2、图3)。

　　图2:COMP节点(CH1)和脉搏节点(CH2)随时间变化的电压输出。

　　图3:输出节点上的信号。

　　本文并未对脉搏读取过程展开论述，其可以通过带ADC的MCU来完成。MCU用于控制LED，检测信号，并将信号转换为血样饱和度。即使采用窄带带通滤波器也可以对血氧饱和度进行计算。当红光LED点亮后，ADC即开始检测信号。在两个或三个脉搏之后，红外线LED可以与红光LED同时点亮。MCU利用S=VR/VIR公式进行计算，其中电压为峰峰值读数，而S则代表组织血氧饱和度(StO2)校准表格中的数值。