本发明专利技术涉及光电容积脉搏波传感器装置（200,300）、光电容积脉搏波传感器方法（400）以及光电容积脉搏波传感器计算机程序产品。提出在没有环境光干扰的情况下测量光电容积脉搏波信号。通过在互阻抗放大器（240,340）的输入处的补偿电流的减去来抵制环境光信号。经由闭合回路来控制补偿电流，而不干扰光电容积脉搏波LED（210,310）的低占空比操作。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术设及光电容积脉搏波传感器装置、光电容积脉搏波传感器方法W及光电容 积脉搏波传感器计算机程序。
技术介绍
光电容积脉搏波(PPG)是指通过光学构件获得体积器官测量。常常采用脉搏血氧 计，其检测人类皮肤的光吸收性质的改变。典型地，透射或反射血液PPG传感器通过特定波 长处的吸收测量来监视血液向皮肤的真皮和皮下组织的灌注。除了源自血液的光之外，检 测到的光有远远更大一部分源自组织和环境光。 光电容积脉搏波信号包括非常大的（不想要的)DC偏移信号上的非常小的AC信号 (实际体积描记图）dDC偏移信号包括源自皮肤和组织W及源自环境光的相当大部分的信 号。不幸的是，所检测到的环境光的量不是恒定的，而是由于改变的环境光条件和由于运动 伪像(例如由光电容积脉搏波传感器与皮肤之间的禪合导致)而变化。所检测到的环境光的 时间改变速率包括感兴趣的光电容积脉搏波频带中的频率。运阻碍简单频域滤波，因为滤 出运些频率(希望抑制所检测到的环境光)还将对感兴趣的光电容积脉搏波频带的频率进 行滤波(或者明显抑制）。 用于环境光抵制的当前已知机制包括例如DC恢复电路，其在临时关断光电容积脉 搏波激励灯(诸如例如发光二极管LED)时对环境光进行周期性采样。在不同的时隙（例如当 接通L邸时)取得包含环境和光电容积脉搏波信号二者的样本。通过从在接通光电容积脉搏 波激励灯的情况下的信号减去在关断光电容积脉搏波激励灯的情况下的信号，获得"经偏 移校正"的光电容积脉搏波信号，其不展现出来自环境光的干扰。典型地，该采样在互阻抗 放大器(TIA)已经将检测器所生成的光电流转换成电压并且放大之后进行。可替换地和/或 此外，该采样在信号已经由模拟到数字转换器(ADC)处理之后完全在数字域中进行。[000引在常规光电容积脉搏波传感器中存在数个问题和缺点。首先，所检测到的环境光 的量可W相当大。运意味着当设计放大器时，必须保留某个量的可用动态范围W用于适当 地检测环境光，从而造成欠佳的放大器设计。 此外，如果环境光的减法在数字域中进行（即在模拟到数字转换之后），则必须保 留数个ADC位W用于环境光。然而保留用于环境光的ADC位限制可用于光电容积脉搏波信号 的分辨率。 然而，如果减法直接在通过TIA的处理之后进行，需要采样和保持电路来保持环境 值(即对应于环境光的测量值)直到光电容积脉搏波信号的下一采样周期。该采样和保持信 号的增益精度确定补偿效力。 解决常规光电容积脉搏波传感器的问题的一个选项是采用采样和保持元件的工 厂校准步骤。然而，运样的附加工厂校准步骤添加制造成本并且因而不太优选。 US 7740591公开了一种光电容积脉搏波传感器。该传感器包括接收互阻抗差分放 大器的输出的环境光消除电路。环境光消除电路操作如下：当时序控制电路使红色和IR L抓二者关断时，环境光是传感器所具有的用于输出的仅有光。对环境光进行采样，并且将 信号值保持在使用FET连结到地的电容器中。当FET关断时，存储在电容器中的值使用在红 色和IR信号串的路径中。电容器中的该存储值移除环境光的误差。 US6381479B1公开了一种用于提供光电容积脉搏波测量仪器中的改进的DC和低频 信号抵制的系统。该系统用在测量仪器中，所述测量仪器包括用于通过测试对象的组织传 输至少两个波长处的光信号的至少两个信号源和用于将通过组织传输的光信号转换成检 测器输出信号的检测器。该系统包括DC恢复，其在检测器输出信号放大之前从检测器输出 信号移除DC和低频信号分量W便避免利用低频信号分量使经放大的输出信号饱和。DC恢复 配置成在信号源被去激活时的黑暗间隔期间W及在光源之一被激活时的明亮间隔期间从 检测器信号连续移除低频信号分量。在一个实施例中，DC恢复WDC恢复电路的形式被体现， 所述DC恢复电路包括接收检测器输出信号并且产生放大器输出信号的互阻抗放大器和接 收经放大的输出信号并且产生偏置电流的积分器反馈回路，其中偏置电流用于在通过放大 器对检测器信号的放大之前从检测器输出信号减去DC和低频信号分量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种改进的光电容积脉搏波传感器装置、改进的光电容积脉 搏波传感器方法和改进的光电容积脉搏波传感器计算机程序，其克服与现有技术PPG传感 器相关联的问题。 在本专利技术的第一方面中，提供了一种光电容积脉搏波传感器装置，包括配置成生 成第一光信号的光源单元；W及配置成观测第二光信号的光电检测器单元，其中所述第二 光信号指示所述第一光信号在目标中的吸收，其中所述光电检测器单元还配置成响应于观 测到所述第二光信号而输出光电检测器输出信号。装置还包括环境光补偿反馈回路，其包 括配置成接收光电检测器输出信号的追踪和保持单元。装置配置成比较所述追踪和保持单 元的输出信号与参考信号并且环境光补偿反馈回路包括配置成基于所述比较而向追踪和 保持单元提供补偿电流的第一放大单元。 本专利技术提出在没有环境光干扰的情况下测量光电容积脉搏波信号。通过直接或经 由例如互阻抗放大器在追踪和保持单元的输入处提供补偿电流来抵制环境光信号。补偿电 流优选地经由闭合回路来控制，而不干扰光源单元(诸如例如光电容积脉搏波激励LED)的 低占空比操作。换言之，本专利技术提出通过直接在放大器的输入处减去补偿电流来克服W上 指出的问题。该电流经由反馈回路来控制，其确保没有环境光电流将进入TIA。运消除了前 述问题。所述追踪和保持单元优选地包括追踪和保持电路。通过采用追踪和保持单元，即优 选地追踪和保持电路，本专利技术良好地适合于"AC种类"的环境光，诸如例如人造光和日光，如 例如出现在跑步期间的那样。如本文所使用的术语"AC种类的环境光"意指例如在跑步期 间，环境光强度变化(例如因为跑步者在跑步的同时周期性地挥动他/她的手臂）从而导致 由光电检测器观测到交流电。交流电可W是周期性的，但是情况不必然是运样。可能例如由 用户的跳动导致的步进式改变也被涵盖。追踪和保持电路因而优选为例如积分和保持电 路，其中W尽可能低的占空比对发光二极管施加脉冲。相应地，环境光在所选周期期间积分 W便将该历史用于短测量周期期间的补偿。要指出的是，积分和保持电路不必在长周期内 积分。积分时间可W选择成所期望的那样短。然而，积分部分暗示低通滤波器动作，并且因 而不太适合于"AC种类"的环境光。负反馈回路中的积分动作的使用暗示确保零DC误差，因 为任何非零DC信号将通过积分而增加误差信号。运不能利用追踪和保持拓扑实现，因为在 那里误差仅能够在无穷放大处变为零。然而，在本情况中不必具有零DC误差。而是，使环境 光尽可能多地衰减W腾出动态范围。另外，通过提供(优选地总是，即永久地)闭合的环境光 校正反馈回路，所追踪的信号部分在回路内总是微不足道地小。由于PPG信号小(尤其在反 射模式PPG传感器中），环境光水平可W相对高。如果不连续地减去电流的环境部分，从所述 光电检测器单元接收光的放大器(诸如例如互阻抗放大器)将必须在每一个校正循环期间 专注于大环境光步骤(step)。在本配置中，情况不是运样。本实施例由此允许放松对PPG传 感器装置的动态要求。PPG传当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光电容积脉搏波传感器装置（200,300），包括‑ 配置成生成第一光信号（210a，310a）的光源单元（210,310）；‑ 配置成观测第二光信号（220a，320a）的光电检测器单元（230,330），其中所述第二光信号（220a，320a）指示所述第一光信号（210a，310a）在目标（220,320）中的吸收，其中所述光电检测器单元（230,330）还配置成响应于观测到所述第二光信号（220a，320a）而输出光电检测器输出信号；以及‑ 环境光补偿反馈回路（201,301），其包括配置成接收光电检测器输出信号的追踪和保持单元（260,360）；其中所述光电容积脉搏波传感器装置（200,300）配置成比较所述追踪和保持单元（260,360）的输出信号与参考信号（VR），并且其中所述环境光补偿反馈回路（201,301）包括配置成基于所述比较而向追踪和保持单元（260,360）提供补偿电流的第一放大单元（250,350）。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：OTJA维穆伦，K吉恩，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL
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