生物电与抬高电平正交三角波调制多路信号单路采集装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种生物电与抬高电平正交三角波调制多路信号单路采集装置，微处理器输出不同频率且成2倍比率关系的抬高预设电平的正交三角波，光敏器件转换成电流信号，电流信号转换成预设幅值电压信号；在光敏器件采集光电信号的过程中，噪声水平没有发生变化，但作为驱动的正交三角波信号由于抬高了预设电平，在正交三角波信号的低电平部分，正交三角波信号相较于噪声改善明显，从而提高了在正交三角波信号低电平段，光敏器件获取到光电信号的信噪比，进而提高了输入到微处理器中的数字信号的精度；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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物医学信号采集领域，尤其涉及一种生物电与抬高电平正交三角波调制多路信号单路采集装置。
技术介绍
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。现有的多路生物医学信号采集系统中，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。为了提高信号的采集质量，现有技术中的公告号为CN104883131A，公告日为2015年9月2日的专利申请利用正交三角波作为激励信号来提高信号采集的质量。专利技术人在实现本专利技术的过程中，发现上述现有技术中至少存在以下缺点和不足：由于现有的采集装置无一例外地均采用模数转换器，模数转换器在靠近输入极限(最大或最小幅值)时存在显著的非线性，特别是输入模数转换器的模拟信号电平越低，得到的数字转换结果的不确定度越大。因此，采用纯净正交三角波作为激励信号时，在正交三角波的低电平部分得到的数字信号的信噪比就很低，从而影响了信号的采集精度。
技术实现思路
为了改进现有技术中的不足，本专利技术提供了一种生物电与抬高电平正交三角波调制多路信号单路采集装置，本专利技术通过将正交三角波调整为抬高预设电平的正交三角波，提高了生物医学信号的采集精度，详见下文描述：一种生物电与抬高电平正交三角波调制多路信号单路采集装置，所述单路采集装置包括：微处理器和至少2种发光二极管，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；所述微处理器输出不同频率且成2倍比率关系的抬高预设电平的正交三角波，抬高预设电平的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；在光敏器件采集光电信号的过程中，噪声水平没有发生变化，但作为驱动的正交三角波信号由于抬高了预设电平，在正交三角波信号的低电平部分，正交三角波信号相较于噪声改善明显，从而提高了在正交三角波信号低电平段，光敏器件获取到光电信号的信噪比，进而提高了输入到微处理器中的数字信号的精度；所述低频生物电信号检测电路获取生物电信号，所述预设幅值电压信号与所述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，作为驱动的正交三角波信号由于抬高了预设电平，在正交三角波信号的高电平部分，提高了光敏器件获取到光电信号的信噪比。其中，预设电平的取值为光敏器件采集的光电信号动态范围一半以上最佳。其中，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。其中，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的抬高预设电平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。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：本专利技术采用抬高预设电平的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，进而通过电流/电压转换放大器转换成预设幅值电压信号；微处理器对由预设幅值电压信号和生物电信号组成的数字信号进行处理，分离出调制的正交三角波信号与低频生物电信号，并从调制的正交三角波信号中解调出多路PPG信号。相较于
技术介绍
中的公告号为CN104883131A，公告日为2015年9月2日的专利申请，本专利技术显著地提高了在正交三角波信号低电平段的光电信号的信噪比，改善了预设幅值电压信号；进而提高了输入到微处理器中的数字信号的精度，微处理器对数字信号进行解调分离可以得到多路PPG信号。本专利技术提高了在低电平部分得到的信噪比，从而提高了信号采集的精度；并且当加法运算电路采用本专利技术设计的电路时，可以方便的获取到稳定、精度高的混频信号，容易集成化，且降低了电路成本，扩大了信号的动态范围，满足了实际应用中的多种需要。附图说明图1为本专利技术提供的一种生物电与抬高电平正交三角波调制多路信号单路采集装置的结构示意图；图2为本专利技术提供的加法运算电路的结构示意图；图3为本专利技术提供的加法运算电路的另一结构示意图；图4为本专利技术提供的分离不同波长PPG信号的示意图；图5为本专利技术提供的一种生物电与抬高电平正交三角波调制多路信号单路采集装置的软件流程图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1：微处理器；2：发光二极管；3：光敏器件；4：电流/电压转换放大器；5：低频生物电信号检测电路；6：加法运算电路；7：单路模数转换器。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例1一种生物电与抬高电平正交三角波调制多路信号单路采集装置，参见图1，该单路采集装置包括：微处理器1、至少2种发光二极管2、光敏器件3、电流/电压转换放大器4，低频生物电信号检测电路5、加法运算电路6以及单路模数转换器7，微处理器1输出不同频率的抬高预设电平的正交三角波，抬高预设电平的正交三角波驱动至少2种发光二极管2，发光二极管2发出的光经被测手指后被光敏器件3接收，光敏器件3转换成电流信号，电流信号经电流/电压转换放大器4转换成预设幅值电压信号。本专利技术实施例抬高预设电平后，在光敏器件3采集光电信号的过程中，噪声水平没有发生变化，但作为驱动的正交三角波信号由于抬高了预设电平，在正交三角波信号的低电平部分，正交三角波信号相较于噪声改善明本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物电与抬高电平正交三角波调制多路信号单路采集装置，所述单路采集装置包括：微处理器和至少2种发光二极管，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；其特征在于，所述微处理器输出不同频率且成2倍比率关系的抬高预设电平的正交三角波，抬高预设电平的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；在光敏器件采集光电信号的过程中，噪声水平没有发生变化，但作为驱动的正交三角波信号由于抬高了预设电平，在正交三角波信号的低电平部分，正交三角波信号相较于噪声改善明显，从而提高了在正交三角波信号低电平段，光敏器件获取到光电信号的信噪比，进而提高了输入到微处理器中的数字信号的精度；所述低频生物电信号检测电路获取生物电信号，所述预设幅值电压信号与所述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。...

【技术特征摘要】
1.一种生物电与抬高电平正交三角波调制多路信号单路采集装置，所述单路采集装置包括：微处理器和至少2种发光二极管，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；其特征在于，所述微处理器输出不同频率且成2倍比率关系的抬高预设电平的正交三角波，抬高预设电平的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；在光敏器件采集光电信号的过程中，噪声水平没有发生变化，但作为驱动的正交三角波信号由于抬高了预设电平，在正交三角波信号的低电平部分，正交三角波信号相较于噪声改善明显，从而提高了在正交三角波信号低电平段，光敏器件获取到光电信号的信噪比，进而提高了输入到微处理器中的数字信号的精度；所述低频生物电信号检测电路获取生物电信号，所述预设幅值电压信号与所述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。2.根据权利要求1所述的一种生物电与抬高电平正交三角波调制多路信号单路采集装置，其特征在于，作为驱动的正交三角波信号由于抬高了预设电平，在正交三角波信号的高电平部分，提高了光敏器件获取到光电信号的信噪比。3.根据权利要求1所述的一种生物电与抬高电平正交三角波调制多路信号单路采集装置，其特征在于，预设电平的取值为光敏器件采集的光电信号动态范围一半以上最佳。4.根据权利要求1所述的一种生物电与抬高电平正交三角波调制多路信号单路采集装置，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。5.根据权利要求1所述的一种生物电与抬高电平正交三角波调制多路信号单路采集装置，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，宋韶秀，林凌，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12