本发明专利技术公开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，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信号的高频正交正弦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。本发明专利技术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。
【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正交正弦波调制多路 信号的单路采集装置及方法。
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。 专利技术人在实现本专利技术的过程中发现，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t旲拟开关搭配单片ADC的方案，如者具有电路复杂，系统功耗尚及电路尺 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。
技术实现思路
本专利技术提供了一种，本 专利技术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。 -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ΔΑ，可以得到由吸光度差值ΛΑ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fmax的4M倍速度 对数字信号进行采样，采样频率f s= 4MX f _，获取采样信号X (m)，其中M为大于等于1的 正整数；【主权项】1. 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；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W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。2. 根据权利要求1所述的一种生物电与正交正弦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出〔6、666、616、666和606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正弦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=电阻的一端，所述第=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正弦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=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 S电阻的另一端接运算放大器的输出端，输出信号电压。5. -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正弦波调制多路信号 的单路采集装置的采集方法，其特征在于，所述方法包括W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AA，可W得到由吸光度差值AA组成的光谱值。6. 根据权利要求5所述的采集方法，其特征在于，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W驱动发光二极管的最高频率fma，的4M倍速度对数 字信号进行采样，采样频率f,= 4MXfm"，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,= 4MXf下抽样M倍到4Xfm"; 3) 根据采样信号x(m)、微处理器产生的正交参考序列y,(k)和yt(k)计算两个正交分 量Rs和RC;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Rs和R。，直到计算、分离完全部频率的PPG信号。【专利摘要】本专利技术公开了一种，该采集装置将N路生物医学信号经由一路本文档来自技高网...
【技术保护点】
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；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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，杨悦，易小清，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
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