CN106598107B - 一种基于反馈系统的可自动调节光电传感器信号电路 - Google Patents

一种基于反馈系统的可自动调节光电传感器信号电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于反馈系统的可自动调节光电传感器信号电路，所述控制器连接有LED驱动电路，所述LED驱动电路驱动光发射器件发光，所述光发射器件的一侧设置有光接收传感器，所述光发射器件和光接收传感器之间设置有挡光装置，所述光接收传感器感应到患处反射的光后，产生信号电流经传感器信号处理电路处理后，由反馈电路反馈信号到控制器，所述控制器根据反馈信号调整LED驱动电路来控制光发射器件的亮度。本发明通过在光接收传感器后接入一个反馈电路，能够根据具体检测时的各种环境温度变化进行实时的调节，从而测量到准确的数据；采用很少的外围器件，却可以大大提高传感器输出有效信号的质量，适应不同环境下测量的需求。

Description

一种基于反馈系统的可自动调节光电传感器信号电路
技术领域
本发明涉及一种基于反馈系统的可自动调节光电传感器信号电路，属于电子电路应用领域。
背景技术
光电传感器用于检测人体体征参数的应用已经越来越普及，随着技术的发展，其应用也越来越广泛，通过发光装置发出一种光波照射到皮肤或其他生物组织表面，根据不同波长的光波可穿透或可吸收的参数的不同，采用光传感器来接收反射后的信号，通过分析信号的强度成分等信息，现在已经可以用来检测心率，参与血压评估，血氧计算，血糖评估等等很多比较实用的生物体征检测应用中。
反射式的光电传感器电路是一种比较普遍的无创检测系统方案，它有着易实现，体积小，无创伤等诸多优点，只需要将传感器贴合在被测对象表面，开启传感器电路，很短时间内即可获取相应的被测参数。
然而，现有的应用没有很好地引入反馈回路来调节传感器的测量信号的电路，导致不能自适应不同环境下测量的需求。比如采用光电传感器测量人体脉搏信号的应用中，如果将传感器贴合在手指部位测量，如果手指指端的温度很低，血流流动很微弱，如果不加改变地仍然输出和手指温和时一样的光强的话，传感器很难检测出有效的脉搏信号，导致测量错误。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为克服上述问题，提供一种简单易实现的基于反馈系统的可自动调节光电传感器信号电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于反馈系统的可自动调节光电传感器信号电路，包括控制器、LED驱动电路、光发射器件、光接收传感器、传感器信号处理电路和反馈电路，所述控制器连接LED驱动电路，所述LED驱动电路驱动光发射器件发光，所述光发射器件的一侧设置光接收传感器，所述光发射器件和光接收传感器之间设置有挡光装置，所述光接收传感器感应到患处反射的光后，产生信号电流经传感器信号处理电路处理后，由反馈电路反馈信号到控制器，所述控制器根据反馈信号调整LED驱动电路来控制光发射器件的亮度。
优选地，所述传感器信号处理电路包括与光接收传感器Q1连接的转换电阻R2，所述光接收传感器Q1还与隔断直流的电容C3的一端连接，所述电容C3的另一端连接直流偏置电路，所述直流偏置电路将经过直流偏置的有效合成信号输出到后端连接的放大电路。
优选地，所述直流偏置电路包括与所述电容C3另一端分别连接的电阻R3、电阻R7和运算放大器U1B，所述运算放大器U1B的输出端与所述放大电路连接。
优选地，所述放大电路包括与直流偏置电路连接的运算放大器U1A，所述运算放大器U1A还连接有电阻R4、电阻R5、电阻R6和电容C1，所述电容C1为滤波电容，和电阻R4起到低通滤波的作用，所述电阻R6为运放的环路补偿电阻，防止运放自激震荡。
优选地，所述电阻R4和电阻R5的比值为49:1，计算出运放的放大倍数为(49+1)/1＝50倍。
优选地，所述光发射器件为LED，所述LED的一端与LED驱动电路Q2连接，其另一端连接限流的电阻R1。
优选地，所述反馈电路包括与所述传感器信号处理电路连接的AD转换电路，所述AD转换电路将信号转换为数字信号回馈给控制器。
优选地，所述控制器中设置有多个等级的阈值，当回馈的数字信号低于某个阈值或高于某个阈值时自动通过控制信号控制光发射器件的发射光的强度，进而调节光接收传感器信号输出的大小。
本发明的有益效果是：本发明通过在光接收传感器后接入一个反馈电路，能够根据具体检测时的各种环境温度变化进行实时的调节，从而测量到准确的数据；本发明采用简单的基于信号反馈的方式，采用很少的外围器件，却可以大大提高传感器输出有效信号的质量，适应不同环境下测量的需求；
并且增加挡光装置，可以有效的遮挡光发射器件直接发出的光被光接收传感器接收，避免影响测量的精准度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明一个实施例的电路框图；
图2是本发明一个实施例的电路图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1所示的本发明所述一种基于反馈系统的可自动调节光电传感器信号电路，包括控制器、LED驱动电路、光发射器件、光接收传感器、传感器信号处理电路和反馈电路，所述控制器优选的采用小型控制芯片，但也根据适用的仪器的大小和功能来选择其他控制器，所述控制器连接有LED驱动电路，所述LED驱动电路驱动光发射器件发光，所述光发射器件的一侧设置有光接收传感器，所述光发射器件和光接收传感器之间设置有挡光装置1，所述光接收传感器感应到患处反射的光后，挡光装置1可以有效的遮挡光发射器件直接发出的光被光接收传感器接收，避免影响测量的精准度，光接收传感器产生信号电流经传感器信号处理电路处理后，由反馈电路反馈信号到控制器，所述控制器根据反馈信号调整LED驱动电路来控制光发射器件的亮度，本发明通过在光接收传感器后接入一个反馈电路，能够根据具体检测时的各种环境温度变化进行实时的调节，例如在检测手指脉搏时，手指温度低血液流速慢时，控制器能够同归反馈电路回馈的信号得知亮度不足，此时检测不准确，进而调节LED驱动电路，使其驱动光发射器件发射光的强度来实现对传感器信号的有效调节，从而测量到准确的数据。本发明采用简单的基于信号反馈的方式，采用很少的外围器件，却可以大大提高传感器输出有效信号的质量，适应不同环境下测量的需求。
实施例2
在实施例1所述的可自动调节光电传感器信号电路的基础上，如图2所示，所述传感器信号处理电路包括与光接收传感器Q1连接的转换电阻R2，所述光接收传感器Q1收到被测对象反射回来的光信号后，会产生光电流，通过转换电阻R2将光电流转换成光感应电压，所述光接收传感器Q1还与隔断直流的电容C3的一端连接，所述电容C3的另一端连接直流偏置电路，以上光感应电压在通过电容C3后，保留了交流分量，滤除了由于不变光产生的直流分量，然后送入直流偏置电路，光感应交流分量通过直流偏置电阻分压产生的直流偏置电压叠加，形成了合成信号，此信号包含VCC/100大小的直流偏置电压和光感应电压的交流分量，总大小在VCC/100的基准电压附近很小的范围有效；该合成信号被送入放大电路中，通过放大倍数设置电阻调节运放放大倍数为50倍，此时的信号被放大到VCC/2附近的范围内有效，放大后的信号由反馈电路转换后反馈给控制器。
在优选的实施方式中，所述直流偏置电路包括与所述电容C3另一端分别连接的电阻R3、电阻R7和运算放大器U1B，电阻R3和电阻R7产生传感器电路输出所需要的1/2倍VCC所需要的直流偏置电压放大前的部分，其比值为100:1，所述运算放大器U1B的输出端与所述放大电路连接，叠加了直流偏置的有效合成信号输出到后级的放大电路中。
在优选的实施方式中，所述放大电路包括与直流偏置电路连接的运算放大器U1A，所述运算放大器U1A还连接有电阻R4、电阻R5、电阻R6和电容C1，所述电容C1为滤波电容，和电阻R4起到低通滤波的作用，其截止频率范围在几赫兹，计算公式为f＝1/2piC1R4，所述电阻R6为运放的环路补偿电阻，防止运放自激震荡。
在优选的实施方式中，所述电阻R4和电阻R5的比值为49:1，计算出运放的放大倍数为(49+1)/1＝50倍，来实现以上将合成信号所述放大50倍。
在优选的实施方式中，所述光发射器件为LED，所述LED的一端与LED驱动电路Q2连接，其另一端连接限流的电阻R1，起到一定的限流保护作用。
在优选的实施方式中，所述反馈电路包括与所述传感器信号处理电路连接的AD转换电路，所述AD转换电路将信号转换为数字信号回馈给控制器。
在优选的实施方式中，所述控制器中设置有多个等级的阈值，具体设置多少阈值，根据实际应用的测量仪器来设置，当回馈的数字信号低于某个阈值或高于某个阈值时自动通过控制信号控制光发射器件的发射光的强度，进而调节光接收传感器信号输出的大小。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种基于反馈系统的可自动调节光电传感器信号电路，包括控制器、LED驱动电路、光发射器件、光接收传感器、传感器信号处理电路和反馈电路，所述控制器连接LED驱动电路，所述LED驱动电路驱动光发射器件发光，所述光发射器件的一侧设置光接收传感器，所述光发射器件和光接收传感器之间设置有挡光装置，所述光接收传感器感应到患处反射的光后，产生信号电流经传感器信号处理电路处理后，由反馈电路反馈信号到控制器，所述控制器根据反馈信号调整LED驱动电路来控制光发射器件的亮度,以适应不同环境下测量的需求，所述控制器中设置有多个等级的阈值，当回馈的数字信号低于某个阈值或高于某个阈值时自动通过控制信号增大或减小光发射器件的发射光的强度，进而调节光接收传感器信号输出的大小。
2.如权利要求1所述的可自动调节光电传感器信号电路，其特征在于，所述传感器信号处理电路包括与光接收传感器Q1连接的转换电阻R2，所述光接收传感器Q1还与隔断直流的电容C3的一端连接，所述电容C3的另一端连接直流偏置电路，所述直流偏置电路将经过直流偏置的有效合成信号输出到后端连接的放大电路。
3.如权利要求2所述的可自动调节光电传感器信号电路，其特征在于，所述直流偏置电路包括与所述电容C3另一端分别连接的电阻R3、电阻R7和运算放大器U1B，所述运算放大器U1B的输出端与所述放大电路连接。
4.如权利要求2所述的可自动调节光电传感器信号电路，其特征在于，所述放大电路包括与直流偏置电路连接的运算放大器U1A，所述运算放大器U1A还连接有电阻R4、电阻R5、电阻R6和电容C1，所述电容C1为滤波电容，和电阻R4起到低通滤波的作用，所述电阻R6为运放的环路补偿电阻，防止运放自激震荡。
5.如权利要求4所述的可自动调节光电传感器信号电路，其特征在于，所述电阻R4和电阻R5的比值为49:1，计算出运放的放大倍数为(49+1)/1＝50倍。
6.如权利要求1-5任一项所述的可自动调节光电传感器信号电路，其特征在于，所述光发射器件为LED，所述LED的一端与LED驱动电路Q2连接，其另一端连接限流的电阻R1。
7.如权利要求6所述的可自动调节光电传感器信号电路，其特征在于，所述反馈电路包括与所述传感器信号处理电路连接的AD转换电路，所述AD转换电路将信号转换为数字信号回馈给控制器。
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