CN109645972A - 一种用于测量心率和血氧的阵列排布电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于测量心率和血氧的阵列排布电路，包括发射组、接收组和传感器，所述发射组、接收组和传感器设置在检测设备与手腕的接触面；所述发射组包括四个发射不同色光信号的发射件，四个发射件呈矩形阵列排布；所述接收组包括六个接收不同色光信号的接收件，六个接收件呈环形阵列排布。本发明能够通过多种不同波长的色光信号，针对不同测量情况来进行心率和血氧的测量，使得整个测量的准确度更高、稳定性更好。
Description
技术领域
本发明涉及心率及血氧测量技术领域，具体为一种用于测量心率和血氧的阵列排布电路。
背景技术
随着现在工作和生活节奏的加快，心率和血氧是衡量人体健康的重要生理指标，因此对心率和血氧等健康数据的实时监测对生活在快节奏的人们愈发显得重要，目前市面上用于监测心率和血氧的各类产品品种很多，但是很多都存在检测不准确的现象：基于绿光采集腕部光电容积脉搏波信号的PPG的心率算法，单通道信号的采集方法在不同肤色以及人体流汗的情况下，因为反射度的不同测量不精确；独立成分分析方法(ICA)、自适应滤波去噪方法(ANC)和经典模式分解方法(EMD)等测量方法，在噪音的影响下会出现测量不精确。
例如，2016年02月03日公告的CN105286845A的中国发明专利就公开了一种适用于可穿戴式心率测量设备的运动噪声消除方法，可穿戴式的心率测量设备采集用户在同时间段内的多个光电容积脉搏波信号及运动加速度信号；多个光电容积脉搏波信号频谱中运动噪声的谱峰位置与运动加速度信号频谱的谱峰位置相对齐，可通过谱减法得到去除运动噪声的多个光电容积脉搏波信号频谱；最后，根据谱峰跟踪机制精确地定位心率频率点位置。本发明有效地消除了心率中的运动噪声，解决了经谱减法后多个光电容积脉搏波信号频谱中出现的无峰、多峰以及目标谱峰被跟丢情况，实现了基于可穿戴设备的实时心率的准确测量。
上述发明专利中虽然采用了双通道信号的去噪算法，但是两个通道均为单光源的绿光信号，参考信号变量不足，并且绿光容易被浅层较黑肤色和纹身吸收，难以反应出皮肤深层血管中血液容积的变化，测量所得的数据不精确，会存在较大的误差。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种用于测量心率和血氧的阵列排布电路，能够通过多种不同波长的色光信号，针对不同测量情况来进行心率和血氧的测量，使得整个测量的准确度更高、稳定性更好。
为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种用于测量心率和血氧的阵列排布电路，包括发射组、接收组和传感器，所述发射组、接收组和传感器设置在检测设备与手腕的接触面；所述发射组包括四个发射不同色光信号的发射件，四个发射件呈矩形阵列排布；所述接收组包括六个接收不同色光信号的接收件，六个接收件呈环形阵列排布。
将发射组、接收组和传感器设置在检测设备与手腕的接触面；发射组包括四个发射不同色光信号的发射件，四个发射件呈矩形阵列排布；所述接收组包括六个接收不同色光信号的接收件，六个接收件呈环形阵列排布。
优选的，所述发射件包括红光发射件、红外发射件和绿光发射件。
优选的，所述接收件包括红光接收件、红外接收件和绿光接收件。
优选的，所述红光发射件设有一个，所述红外发射件设有一个，所述绿光发射件设有两个。
优选的，所述红光接收件设有一个，所述红外接收件设有一个，所述绿光接收件设有四个。
优选的，所述发射组中的四个发射件紧密并列排布，所述发射组位于接收组形成的环形阵列中。
优选的，所述红光接收件设置在靠近红光发射件的一侧，所述红外接收件设置于红外发射件的一侧，所述绿光接收件排列在环形阵列中的另外四个位置。
优选的，所述传感器位于环形阵列的背面中心点，所述传感器为六轴传感器。
优选的，所述发射件和接收件均采用二极管，二极管的单向导通性好。
与现有技术相比，采用了上述技术方案的用于测量心率和血氧的阵列排布电路，具有如下有益效果：采用本发明的用于测量心率和血氧的阵列排布电路，通过发射不同波长光源的发射件和接收不同波长信号的接收件，能够得到足够的去噪信号和参考信号，保证去噪效果；且能够排除人体肤色和流汗等因素的影响，保证心率和血氧的测量准确。
附图说明
图1为本发明用于测量心率和血氧的阵列排布电路实施例的电路图；
图2为本实施例中发射组和接收组的结构示意图。
附图标记：1、发射组；11、发射件；111、红光发射件；112、红外发射件；113、绿光发射件；2、接收组；21、接收件；211、红光接收件；212、红外接收件；213、绿光接收件；3、传感器；4、表盘。
具体实施方式
下面参考附图来更加详细地描述本发明的实施方式。
如图1为用于测量心率和血氧的阵列排布电路的电路图，包括发射组1、接收组2和传感器3，发射组1、接收组2和传感器3设置在检测设备与手腕的接触面；发射组1包括发射不同色光信号的发射件11，发射件11包括红光发射件111、红外发射件112和绿光发射件113。在本实施例中，传感器3采用六轴传感器，所采用的六轴传感器集三轴加速度传感器和三轴陀螺仪，能够更好的掌握使用者的使用状态包括使用者的使用仪态等；发射件11和接收件21均采用二极管，发射件11采用发光二极管，所采用的发光二极管单向导通性好，耗电量低，并且安全性好；接收件21也采用单向导通性好的光敏二极管。
在本实施例中，发射组1包括四个发射件11，其中，红光发射件111设有一个，红外发射件112设有一个，绿光发射件113设有两个。接收组2包括接收不同色光信号的接收件21，接收件21包括红光接收件211、红外接收件212和绿光接收件213。在本实施例中，接收组2包括六个接收件21，其中，红光接收件211设有一个，红外接收件212设有一个，绿光接收件213设有四个。这样，可更方便地通过程序控制红光、红外光和绿光同步或异步发光，满足算法要求，并且，使得所发射的信号能够在多角度和多通道被光敏二极管接收，从而有利于提高信噪比和采集多维信息。
如图2为发射组1和接收组2的结构示意图，智能手表的表盘4中，四个发射件11呈矩形阵列排布；六个接收件21呈环形阵列排布，发射组1中的四个发射件11紧密并列排布，发射组1位于接收组2形成的环形阵列中。红光接收件211设置在靠近红光发射件111的一侧，红外接收件212设置于红外发射件112的一侧，绿光接收件213排列在环形阵列中的另外四个位置。紧密并列阵列的发射组1，将发射信号更好的发射向手腕，反射的信号被包裹发射组1环形阵列的接收组2更好的接收，且红光发射件111与红光接收件211相邻设置，红外发射件112和红外接收件212相邻设置，减少了红光信号和红外信号在传输过程中的受到环境光、运动和佩戴姿势灯噪声干扰。
采用绿光（550纳米）、红光（630纳米）和红外（880纳米）不同波长的色光信号进行测量，再以一定的采样频率同时采集三种波长的反射光。因为黑色皮肤和腕部纹身中的黑色素更容易吸收波长较短的波，导致绿光难以穿透表层皮肤到达毛细血管，所以绿光一般采用通常情况下的光电信号；而波长更长的红外光则可以更容易地穿过皮肤中的黑色素反映血管容积的变化，可以将红外作为较深肤色情况下的信号方案；以红光作为参考信号，血液之所以呈现红色，是因为其中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白对于红光波段的吸收远少于其它波段的色光，红光信号基本不受血液容积变化的影响的前提下，噪声干扰的影响与其他色光一样，所以将红光信号作为反映血液容积干扰的参考信号，用于主信号中的干扰去除。
通过智能手表佩戴在手腕上，使用者运动通过手腕将位置感应输出给六轴传感器，六轴传感器安装在控制板的背面与控制板平行，智能手表紧贴手腕的表面上，通过表内的处理器控制发光二极管发射信号到手腕上，进入手腕中得到要测量的数据，信号再反射出，由光敏二极管接收信号，再将信号输出给处理器，处理器根据绿光、红光和红外三种波长的信号及相关算法，计算得到测量准确的心率和血氧数据。
以上是本发明的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于测量心率和血氧的阵列排布电路，其特征在于：包括发射组（1）、接收组（2）和传感器（3），所述发射组（1）、接收组（2）和传感器（3）设置在检测设备与手腕的接触面；所述发射组（1）包括四个发射不同色光信号的发射件（11），四个发射件（11）呈矩形阵列排布；所述接收组（2）包括六个接收不同色光信号的接收件（21），六个接收件（21）呈环形阵列排布。
2.根据权利要求1所述的用于测量心率和血氧的阵列排布电路，其特征在于：所述发射件（11）包括红光发射件（111）、红外发射件（112）和绿光发射件（113）。
3.根据权利要求2所述的用于测量心率和血氧的阵列排布电路，其特征在于：所述接收件（21）包括红光接收件（211）、红外接收件（212）和绿光接收件（213）。
4.根据权利要求3所述的用于测量心率和血氧的阵列排布电路，其特征在于：所述红光发射件（111）设有一个，所述红外发射件（112）设有一个，所述绿光发射件（113）设有两个。
5.根据权利要求4所述的用于测量心率和血氧的阵列排布电路，其特征在于：所述红光接收件（211）设有一个，所述红外接收件（212）设有一个，所述绿光接收件（213）设有四个。
6.根据权利要求5所述的用于测量心率和血氧的阵列排布电路，其特征在于：所述发射组（1）中的四个发射件（11）紧密并列排布，所述发射组（1）位于接收组（2）形成的环形阵列中。
7.根据权利要求6所述的用于测量心率和血氧的阵列排布电路，其特征在于：所述红光接收件（211）设置在靠近红光发射件（111）的一侧，所述红外接收件（212）设置于红外发射件（112）的一侧，所述绿光接收件（213）排列在环形阵列中的另外四个位置。
8.根据权利要求6所述的用于测量心率和血氧的阵列排布电路，其特征在于：所述传感器（3）位于环形阵列的背面中心点，所述传感器（3）为六轴传感器。
9.根据权利要求1所述的用于测量心率和血氧的阵列排布电路，其特征在于：所述发射件（11）和接收件（21）均采用二极管。
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