指夹式血氧仪的测量原理是什么

指夹式血氧仪是用来监测血氧饱和度的一种小型仪器,体积小、功耗低、使用方便、便于携带。测量时只需将手指插入指夹式光电传感器中,即可测量血氧饱和度值和脉率。
血氧饱和度指的是血液中被氧结合的氧合血红蛋白的容量,占全部可结合的血红蛋白容量的百分比。它是反应人体是否缺氧的一个重要的指标,是体现呼吸循环的重要生理参数。血氧饱和度正常值应该在95%-100%,如果低于94%,就需要引起警惕,尽快到医院检查缺氧的原因。
随着我国人口老龄化速度不断加快,人们对慢病预防和健康管理的需求呈上涨趋势。例如,患有心脑血管疾病的病人会因血液黏稠、冠状动脉硬化、血管腔狭窄从而导致供氧困难。
由于病毒感染等原因造成的呼吸系统疾病,患者也会因为呼吸困难导致吸入氧气量不足。如果患者重度缺氧,得不到及时供氧抢救,很可能有生命危险。因此,这类人群需要长期监测血氧含量,预防危险发生。指夹式血氧仪正是一款具备“预防”属性的家用健康设备。
指夹式血氧仪的测量原理是根据还原血红蛋白(hb)和氧合血红蛋白(hbo2)对红光和红外光的吸收能力不同,用两束不用波长的光(红光和红外光)照射人体指端而由光敏组件获取测量信号,所获取信息经过处理后分析出血氧饱和度值。
图1 指夹式血氧仪原理框图
图1为指夹式血氧仪原理框图,图中,模拟开关用于切换红光led和红外光led灯,led灯发射电流可达到几十ma,因此要求模拟开关具有低导通电阻特性。红光和红外光led由通用运放和三极管构成的恒流电路驱动,具有较高的电流精度和较低的温度漂移。
在光敏接收管侧,运放用于实现光电转换,一般选用低噪声运放,能够更好地提高系统的分辨率。在电源拓扑上,一种是采用两节干电池(3v)供电,通过dc-dc升压到3.6v,再通过ldo降压给系统各电路使用,另一种采用锂电池供电,可以循环充电使用。
1
模拟开关
belling
超低导通电阻模拟开关bl1555:
宽工作电压范围:1.65~5.5v
超低导通电阻:0.3ω
-3db 带宽:33mhz
静态电流:小于 1ua
高隔离度:-66db
工作温度范围:-40~+125℃
msop10,qfn1.8x1.4-10l 封装可选
表1  模拟开关选型表
2
运算放大器
belling
低噪声运放bl3782/84:
宽工作电压范围:2.1v~5.5v
低失调电压:最大值 3.5mv
低温度漂移:典型值 2.4uv/℃
低输入偏置电流:1pa
增益带宽积(gbw):6mhz
静态电流:470ua 每通道
噪声系数:13nv/√hz
通用运放bl321l:
宽工作电压范围:2.1v~5.5v
低失调电压:最大值 3.5mv
低温度漂移:典型值 2.7uv/℃
低输入偏置电流:1pa
增益带宽积(gbw):1mhz
静态电流:40ua 每通道
噪声系数:27nv/√hz
表2 运算放大器选型表
3
ldo
belling
低噪声高电源抑制比ldo bl9161g, bl9162:
宽工作电压范围
良好的电源抑制比指标
低关断电流
低dropout电压
内置过热保护功能
快放电功能
dfn1x1-4l,sot23-5,sot23-3,sc70-5封装
表3 ldo选型表
4
锂电池充电芯片
belling
线性充电管理芯片bl4054b,bl4056c:
锂电池正负极反接保护(部分型号)
vcc 输入端反接保护(部分型号)
可编程充电电流
恒定电流/恒定电压
温度自适应可实现充电速率最大化
精度达到±1%的预设充电电压
自动再充电
c/10 充电终止
2.9v涓流充电
软启动限制浪涌电流
表4 锂电池充电芯片选型表
5
dc-dc升压电路
belling
bl8536和me2188是pfm高效同步升压电路,静态电流低,外围电路简单,非常适合干电池供电的电子产品应用。
效率达93%以上
0.9v低启动电压
同步整流,不需外围肖特基二极管
表5  dc-dc升压芯片选型表
6
低压mosfet
belling
blm2301和blm2305为采用沟槽技术的p沟道低压mosfet, 具有极低的导通电阻,低至0.7v的栅极开启电压非常适合采用电池供电的便携电子产品。
表6  低压p沟道mosfet选型表


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