[发明专利]生物电与正交三角波调制多路信号的单路采集装置及方法

摘要

本发明公开了一种生物电与正交三角波调制多路信号的单路采集装置及方法，该采集装置将N路生物医学信号经由一路模数转换器采集，包括加载有PPG信号的高频正交三角波和低频生物电信号。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，由生物电信号检测电路获得预设幅值生物电信号，预设幅值电压信号与预设幅值生物电信号经加法运算电路相加后得到混合信号，混合信号由单路模数转换器转换成数字信号，微处理器对数字信号进行处理，分离出调制正交三角波信号与低频生物电信号，并从调制正交三角波信号中解调出多路PPG信号。本发明实现了经由单路模数转换器对多路生物医学信号进行同步采集，且具有电路简单，成本低廉以及测量精确的特点。 1

主权项

1.一种生物电与正交三角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倍比率关系的正交三角波，正交三角波驱动至少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；其特征在于，

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，分离出调制正交三角波信号与低频生物电信号，并从调制正交三角波信号中解调出多路PPG信号；

其中，所述微处理器对数字信号进行处理，分离出调制正交三角波信号与低频生物电信号的步骤具体为：

在频率为1f的正交三角波的一个周期内，分别对不同频率正交三角波的每个周期内的正、负半个周期内的采样信号进行累加，正半周期累加结果与负半周期累加结果进行求差运算，以分离出各路不同频率的正交三角波信号；

λ1、λ2波长的发光二极管的驱动正交三角波频率同为2f但相位相差90°，λ3和λ4波长的发光二极管驱动正交三角波频率为1f但相位相差90°；

单路模数 转换器的采样频率为f_S，以驱动信号的最高频率f_max的4倍速度对光电信号进行采样，即f_s＝8f。

2.根据权利要求1所述的一种生物电与正交三角波调制多路信号的单路采集装置，其特征在于，所述低频生物电信号具体为：ECG、EEG、EMG、EGG和EOG中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种生物电与正交三角波调制多路信号的单路采集装置，其特征在于，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。

4.根据权利要求1所述的一种生物电与正交三角波调制多路信号的单路采集装置，其特征在于，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。

5.一种用于权利要求1‑4中任一权利要求所述的生物电与正交三角波调制多路信号的单路采集装置的采集方法，其特征在于，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；

其中，所述微处理器对数字信号进行分离处理得到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：

在频率为1f的正交三角波的一个周期内，分别对不同频率正交三角波的每个周期内的正、负半个周期内的采样信号进行累加，正半周期累加结果与负半周期累加结果进行求差运算，以分离出各路不同频率的正交三角波信号；

λ1、λ2波长的发光二极管的驱动正交三角波频率同为2f但相位相差90°，λ3和λ4波长的发光二极管驱动正交三角波频率为1f但相位相差90°；

单路模数 转换器的采样频率为f_S，以驱动信号的最高频率f_max的4倍速度对光电信号进行采样，即f_s＝8f。