[发明专利]生物电与正交正弦波调制多路信号的单路采集装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学信号采集领域，尤其涉及一种生物电与正交正弦波调制多路信号的单路采集装置及方法。

背景技术

电压信号等载有信息的变化量，在其自然状态下是以模拟形式表示的，但是，为了便于计算机处理，传输和储存，通常要通过模数转换器将其转变为数字信号，因此在生物医学信号处理中，模数转换是必不可少的。

发明人在实现本发明的过程中发现，现有的多路生物医学信号采集中，通常需采用多片ADC或多路模拟开关搭配单片ADC的方案，前者具有电路复杂，系统功耗高及电路尺寸大的缺点；而后者则会在采集过程中，由于多路开关的切换，引入开关噪声，以及由于多路开关存在建立时间，会导致相邻通道信号之间相互干扰。

发明内容

本发明提供了一种生物电与正交正弦波调制多路信号的单路采集装置及方法，本发明通过单路模数转换器对多路生物医学信号实现模数转换，详见下文描述：

一种生物电与正交正弦波调制多路信号的单路采集装置，所述单路采集装置包括：微处理器，所述微处理器输出不同频率且成2倍比率关系的正交正弦波，正交正弦波驱动至少2种发光二极管，发光二极管发出的光经被测手指后被光敏器件接收，所述光敏器件转换成电流信号，电流信号经电流/电压转换放大器转换成预设幅值电压信号；

所述单路采集装置还包括：低频生物电信号检测电路、加法运算电路以及单路模数转换器；

所述低频生物电信号检测电路获取预设幅值生物电信号，所述预设幅值电压信号与所述预设幅值生物电信号经所述加法运算电路相加后得到混合信号，所述混合信号由所述单路模数转换器转换成数字信号；

所述微处理器对数字信号进行处理，分离出调制正交正弦波信号与低频生物电信号，并从调制正交正弦波信号中解调出多路PPG信号。

所述低频生物电信号具体为：ECG、EEG、EMG、EGG和EOG中的任意一种。

其中，所述加法运算电路包括：第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端接入第一信号源，所述第二电阻的一端接入第二信号源，所述第一电阻的另一端和所述第二电阻的另一端接运算放大器的负极性输入端；运算放大器的正极性输入端接第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端接地；所述运算放大器的负极性输入端还同时接入第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端接运算放大器的输出端，输出信号电压。

另一实施例，所述加法运算电路包括：第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端接入第一信号源，所述第二电阻的一端接入第二信号源，所述第一电阻的另一端和所述第二电阻的另一端接运算放大器的正极性输入端；所述运算放大器的负极性输入端同时接第三电阻和第四电阻的一端；所述第四电阻的另一端接地；所述第三电阻的另一端接运算放大器的输出端，输出信号电压。

一种用于生物电与正交正弦波调制多路信号的单路采集装置的采集方法，所述方法包括以下步骤：

混合信号由单路模数转换器转换成数字信号送入微处理器；

微处理器对数字信号进行低通滤波处理恢复出低频生物电信号；微处理器对数字信号进行锁相计算、分离处理得到PPG信号和生物电信号，且PPG信号中的背景光干扰被消除；

分别计算PPG信号的谷值和峰值；再由PPG信号的谷值和峰值计算各个波长所对应的吸光度差值ΔA，可以得到由吸光度差值ΔA组成的光谱值。

所述微处理器对数字信号进行锁相计算、分离处理得到PPG信号和生物电信号，且PPG信号中的背景光干扰被消除的步骤具体为：

1)假设微处理器控制模数转换器以驱动发光二极管的最高频率f_max的4M倍速度对数字信号进行采样，采样频率f_s＝4M×f_max，获取采样信号x(m)，其中M为大于等于1的正整数；

2)所述微处理器将采样频率f_s＝4M×f_max下抽样M倍到4×f_max；

3)根据采样信号x(m)、微处理器产生的正交参考序列y_s(k)和y_c(k)计算两个正交分量R_s和R_C；

Q表示所用采样信号序列的长度；

4)对采样信号x(m)下抽样2倍，重复第3)步，继续计算频率低一半数字信号的两个正交分量R_s和R_C，直到计算、分离完全部频率的PPG信号。