CN115844390A - 一种近红外光采集电路、方法、系统及装置 - Google Patents

一种近红外光采集电路、方法、系统及装置 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种近红外光采集电路、方法、系统及装置，涉及近红外光采集的技术领域，其包括多个采集模块、多个跨阻放大模块、多个滤波模块、若干个切换模块和若干个控制模块；所述跨阻放大模块的输入端一一对应连接于所述采集模块的输出端，所述跨阻放大模块的输出端一一对应连接于所述滤波模块的输入端，所述滤波模块的输出端连接于所述切换模块的输入端，所述切换模块的控制端连接于所述控制模块的逻辑输出端，所述切换模块的输出端连接于所述控制模块的输入端，所述控制模块的输出端连接于上位机。本申请具有能够同时对多个脑区进行监测，提高监测效率的效果。

Description

一种近红外光采集电路、方法、系统及装置
技术领域
本申请涉及近红外光采集的技术领域，尤其是涉及一种近红外光采集电路、方法、系统及装置。
背景技术
FNIRS是一种光学的、非侵入性的神经成像技术，可以测量神经元后大脑组织中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度变化，即通过近红外光照射至头部，根据不同生物组织的相对透明度反映氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的情况，从而对脑组织进行监控。
在对脑组织进行监控时，通常采用单通道设备对大脑皮层组织进行监测，但是对于大脑不同区域的皮层组织，需要多个单通道设备对不同区域采集，或采用一个单通道设备多次对不同区域进行采集，不仅过程繁琐，而且效率低下。
发明内容
为了能够同时对多个脑区进行监测，提高监测效率，本申请提供了一种近红外光采集电路、方法、系统及装置。
第一方面，本申请提供一种近红外光采集电路，采用如下的技术方案：
一种近红外光采集电路，包括多个采集模块、多个跨阻放大模块、多个滤波模块、若干个切换模块和若干个控制模块；所述跨阻放大模块的输入端一一对应连接于所述采集模块的输出端，所述跨阻放大模块的输出端一一对应连接于所述滤波模块的输入端，所述滤波模块的输出端连接于所述切换模块的输入端，所述切换模块的控制端连接于所述控制模块的逻辑输出端，所述切换模块的输出端连接于所述控制模块的输入端，所述控制模块的输出端连接于上位机；
所述采集模块用于采集近红外光信号和红光信号，并将所述近红外光信号和所述红光信号转换为第一光电信号传输至所述跨阻放大模块；
所述跨阻放大模块用于接收所述第一光电信号并进行放大，得到第二光电信号，并将所述第二光电信号传输至所述滤波模块；
所述滤波模块用于接收所述第二光电信号，并对所述第二光电信号进行滤波处理，得到第三光电信号，并将所述第三光电信号传输至所述切换模块；
所述切换模块用于根据所述控制模块输出的切换指令切换接收多个所述第三光电信号，并将所述接收的单个第三光电信号传输至所述控制模块；
所述控制模块用于接收所述第三光电信号并传输至所述上位机。
通过采用上述技术方案，当需要对不同脑区的状态进行采集时，采集模块对红光和近红外光进行采集，并转换为第一光电信号，然后经过跨阻放大模块、滤波模块处理，得到第三光电信号，并将第三光电信号传输至切换模块，控制模块根据逻辑命令控制想要得到的第三光电信号对应的滤波模块与切换模块导通，使控制模块得到对应的第三光电信号，并通过控制模块传输至上位机，以使检测人员能够得到多个脑区的状态，更加方便。
可选的，所述跨阻放大模块包括电阻器R3、电容器C2、电容器C6和放大器U2A；所述放大器U2A的负极输入端连接于所述采集模块的输出端，所述放大器U2A的正极输入端连接于第一参考电源输入端，所述放大器U2A的第一电源端连接于接地端AGND，所述放大器U2A的第二电源端分别连接于模拟电源输入端AVCC和电容器C6的一端，电容器C6的另一端连接于接地端AGND，所述放大器U2A的输出端分别连接于滤波模块的输入端、电阻器R3的一端和电容器C2的一端，电阻器R3的另一端和电容器C2的另一端均连接于放大器U2A的负极输入端，所述放大器U2A的输出端连接于所述跨阻放大模块的输出端。
通过采用上述技术方案，放大器U2A将第一光电信号转换为第二光电信号，使得到的第二光电信号更利于处理和识别。
可选的，所述滤波模块包括电阻器R5、电阻器R6、电容器C4、电容器C8和放大器U2B；所述电阻器R5的一端连接于所述跨阻放大模块的输出端，所述电阻器R5的另一端连接于所述电阻器R6的一端，所述电阻器R6的另一端连接于所述放大器U2B的正极输入端，所述电容器C8的一端连接于所述放大器U2B的正极输入端，所述电容器C8的另一端连接于接地端AGND，所述放大器U2B的负极输入端连接于所述放大器U2B的输出端，所述电容器C4的一端连接于所述电阻器R5与所述电阻器R6的连接点，所述电容器C4的另一端连接于所述放大器U2B的输出端与所述放大器U2B的负极输入端的连接点，所述放大器U2B的输出端连接于所述滤波模块的输出端。
通过采用上述技术方案，滤波模块对第二光电信号进行滤波处理，以使控制模块得到更加纯净的第三光电信号，从而使控制模块得到的第三光电信号减少干扰，更加贴近实际情况。
可选的，所述切换模块包括第一控制芯片U1和电容器C1；所述第一控制芯片U1的逻辑输入端连接于所述控制模块的逻辑输出端，所述第一控制芯片U1的信号输入端连接于所述滤波模块的输出端，所述第一控制芯片U1的电源输入端分别连接于模拟电源输入端AVCC和所述电容器C1的一端，所述电容器C1的另一端连接于接地端AGND，所述第一控制芯片U1的输出端连接于所述控制模块的信号输入端；
所述第一控制芯片U1用于根据所述控制模块输出的切换指令切换接收多个所述第三光电信号，并将所述接收的单个第三光电信号传输至所述控制模块。
通过采用上述技术方案，由于采用多通道对红光信号和近红外信号进行采集，在对第三光电信号进行传输时，需要通过切换模块进行切换，以便检测人员能够更加精准的确定脑区状态。
可选的，在所述切换模块和所述控制模块之间连接有ADC模块，所述ADC模块的输入端连接于所述切换模块的输出端，所述ADC模块的输出端连接于所述控制模块的输入端；
所述ADC模块用于接收所述第三光电信号，将所述第三光电信号进行模数转换，得到第四光电信号，并将所述第四光电信号传输至所述控制模块，其中，所述第四光电信号为数字电信号。
可选的，所述控制模块包括第二控制芯片U2、第三控制芯片U3和晶振子模块，所述第二控制芯片U2的射频输出端连接于所述第三控制芯片U3的输入端，所述第三控制芯片U3的输出端连接于射频天线，所述第二控制芯片U2的晶振输入端连接于所述晶振子模块的输出端；
所述第二控制芯片U2用于接收所述第三光电信号，并将所述第三光电信号传输至所述第三控制芯片U3；
所述第三控制芯片用于通过所述射频天线将所述第三光电信号传输至所述上位机。
可选的，还包括电源模块，所述电源模块分别为所述跨阻放大模块、切换模块和控制模块提供电源；
所述电源模块包括电源转换子模块和第一供电子模块，所述电源转换子模块的输入端连接于外部供电端，所述电源转换子模块的输出端连接于第一供电子模块；
所述电源转换子模块用于为近红外采集电路提供电源；
所述第一供电子模块用于为所述跨阻放大模块提供参考电压。
第二方面，本申请提供一种近红外光采集方法，采用如下的技术方案：
一种近红外光采集方法，所述方法包括：
采集模块采集近红外光信号和红光信号，并将所述近红外光信号和所述红光信号转换为第一光电信号传输至跨阻放大模块；
所述跨阻放大模块接收所述第一光电信号并进行放大，得到第二光电信号，并将所述第二光电信号传输至滤波模块；
所述滤波模块接收所述第二光电信号，并对所述第二光电信号进行滤波处理，得到第三光电信号，并将所述第三光电信号传输至切换模块；
所述切换模块根据控制模块输出的切换指令切换接收多个所述第三光电信号，并将所述接收的单个第三光电信号传输至所述控制模块；
所述控制模块接收所述第三光电信号并传输至上位机。
通过采用上述技术方案，当需要对不同脑区的状态进行采集时，采集模块对红光和近红外光进行采集，并转换为第一光电信号，然后经过跨阻放大模块、滤波模块处理，得到第三光电信号，并将第三光电信号传输至切换模块，控制模块根据逻辑命令控制想要得到的第三光电信号对应的滤波模块与切换模块导通，使控制模块得到对应的第三光电信号，并通过控制模块传输至上位机，以使检测人员能够得到多个脑区的状态，更加方便。
第三方面，本申请提供一种Fnirs传感器，采用如下的技术方案：
一种Fnirs传感器，包括光源发射器和如第一方面所述的近红外光采集电路，所述光源发射器的数量为多个，每个所述光源发射器均连接于多个所述采集模块；
所述光源发射器用于发射红光和近红外光。
通过采用上述技术方案，当需要对不同脑区的状态进行采集时，光源发射器向多个不同脑区发射红光和近红外光，采集模块对红光和近红外光进行采集，并转换为第一光电信号，然后经过跨阻放大模块、滤波模块处理，得到第三光电信号，并将第三光电信号传输至切换模块，控制模块根据逻辑命令控制想要得到的第三光电信号对应的滤波模块与切换模块导通，使控制模块得到对应的第三光电信号，并通过控制模块传输至上位机，以使检测人员能够得到多个脑区的状态，更加方便。
第四方面，本申请提供一种近红外光采集系统，采用如下的技术方案：
一种近红外光采集系统，包括上位机和如第三方面所述的一种Fnirs传感器。
通过采用上述技术方案，当需要对不同脑区的状态进行采集时，采集模块对红光和近红外光进行采集，并转换为第一光电信号，然后经过跨阻放大模块、滤波模块处理，得到第三光电信号，并将第三光电信号传输至切换模块，控制模块根据逻辑命令控制想要得到的第三光电信号对应的滤波模块与切换模块导通，使控制模块得到对应的第三光电信号，并通过控制模块传输至上位机，以使检测人员能够得到多个脑区的状态，更加方便。
附图说明
图1是本申请实施例近红外光采集电路的结构框图。
图2是本申请实施例用于展示跨阻放大模块与滤波模块连接关系的电路原理图。
图3是本申请实施例用于展示切换模块的电路原理图。
图4是本申请实施例展示ADC模块的电路原理图。
图5是本申请实施例用于展示控制模块的电路原理图。
图6是本申请实施例用于展示过压保护子模块的电路原理图。
图7是本申请实施例用于展示电源转换子模块的电路原理图。
图8是本申请实施例用于展示第一供电子模块的电路原理图。
图9是本申请实施例用于展示一种Fnirs传感器的结构框图。
图10是本申请实施例用于展示近红外光采集系统的结构框图。
附图标记说明：1、采集模块；2、跨阻放大模块；3、滤波模块；4、切换模块；5、控制模块；51、晶振子模块；6、ADC模块；7、电源模块；8、光源发射器；9、上位机。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-10及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请实施例公开一种近红外光采集电路。参照图1，近红外光采集电路包括多个采集模块1、多个跨阻放大模块2、多个滤波模块3、若干个切换模块4和若干个控制模块5；采集模块1的输出端一一对应连接于跨阻放大模块2的输入端，跨阻放大模块2的输出端一一对应连接于滤波模块3的输入端，多个滤波模块3的输出端均连接于切换模块4的输入端，切换模块4的输出端连接于控制模块5的输入端，控制模块5的输出端连接于上位机9。
当需要对近红外光和红光进行采集时，采集模块1采集到近红外光信号和红光信号，并将近红外光信号和红光信号转换为第一光电信号，然后输入至跨阻放大模块2内，跨阻放大模块2对第一光电信号进行放大，得到第二光电信号，并将第二光电信号输入至滤波模块3，滤波模块3对第二光电信号进行滤波处理，得到第三光电信号，并将第三光电信号传输至切换模块4内，切换模块4接收多个第三光电信号，当需要某个第三光电信号时，控制模块5控制切换模块4发送对应的第三光电信号，当控制模块5接收到第三光电信号时，控制模块5将第三光电信号发送至上位机9上，以便检测人员能够了解被测人员脑区的状态。
在本实施例中，跨阻放大模块2的数量为10个；采集模块1的数量为10个；滤波模块3的数量为10个；切换模块4的数量为1个；控制模块5的数量为1个。
作为本实施例一种可选实施方式，采集模块1包括PD管，PD管用于接收近红外光信号和红光信号，并将近红外光信号和红光信号转换为第一光电信号，其中，第一光电信号为光电流信号。
在本实施例中，PD管为光电二极管。
参照图1 和图2，作为本实施例的一种可选实施方式，跨阻放大模块2包括电阻器R3、电容器C2、电容器C6和放大器U2A；放大器U2A的正极输入端连接于第一参考电源输入端REF_0.15V，放大器U2A的腹肌输入端连接于PD管的输出端，放大器U2A的第一电源端连接于接地端AGND，放大器U2A的第二电源端分别连接于模拟电源输入端AVCC和电容器C6的一端，电容器C6的另一端连接于接地端AGND，放大器U2A的输出端分别连接于电阻器R3的一端和电容器C3的一端，电阻器R3的另一端和电容器C3的另一端均连接于放大器U2A的负极输入端。
在PD管将近红外光信号和红光信号转换为第一光电信号之后，由于PD管转换的第一光电信号为电流信号，为了便于采集和检测，经过跨阻放大模块2放大转换后为第二光电信号，其中，第二光电信号为模拟电压信号。
在放大器U2A对第一光电信号进行放大时，通过设置不同阻值的电阻器R3，可以得到不同增益的第二光电信号，为了使跨阻放大模块2在整个带宽内进行工作，所需带宽的电容器C2的电容值的计算公式为：
C2≤1/2π×R3×fp
其中，R3为电阻器R3的阻值，fp为必要的带宽频率。
在本实施例中，电容器C6为去耦电容。
作为本实施例的一种可选实施方式，滤波模块3可以采用一阶低通滤波电路、二阶低通滤波电路和三阶低通滤波电路等等，本实施例不做限定，下面以滤波模块3采用二阶低通滤波电路为例进行举例说明。
滤波模块3包括电阻器R5、电阻器R6、电容器C4、电容器C8和放大器U2B；电阻器R5的一端连接于放大器U2A的输出端，电阻器R5的另一端连接于电阻器R6的一端，电阻器R6的另一端连接于放大器U2B的正极输入端，放大器U2B的正极输入端还连接于电容器C8的一端，电容器C8的另一端连接于接地端GND，放大器U2B的负极输入端连接于放大器U2B的输出端，电容器C4的一端连接于电阻器R5与电阻器R6的连接点，电容器C4的另一端连接于放大器U2B的输出端，放大器U2B的输出端连接于滤波模块3的输出端。
在本实施例中，通过对电阻器R5和电阻器R6阻值的设置，可以实现不同的滤波效果，方便滤除不同频段的噪声信号，以使得到的第三光电信号更加纯净，即采集到的近红外光信号和红光信号更加符合实际，其中，第三光电信号为模拟电压信号。
参照图1和图3，作为本实施例的一种可选实施方式，切换模块4包括第一控制芯片U1和电容器C1，第一控制芯片U1的逻辑输入端连接于控制模块5的逻辑输出端，第一控制芯片U1的信号输入端连接于滤波模块3的输出端，第一控制芯片U1的输出端连接于控制模块5的信号输入端，第一控制芯片的电源端分别连接于模拟电源输入端AVCC和电容器C1的一端，电容器C1的另一端连接于接地端GND。
在本实施例中，电容器C1为去耦电容，第一控制芯片U1可以为MUX型号的芯片，具体为能够实现16选1功能的芯片即可，在此不做限定。
第一控制芯片U1的逻辑输入端包括MUX506IPW_EN、MUX506IPW_A0、MUX506IPW_A1、MUX506IPW_A2和MUX506IPW_A3，第一控制芯片U1的信号输入端包括PD_SIG_OUT1、PD_SIG_OUT2、PD_SIG_OUT3、PD_SIG_OUT4、PD_SIG_OUT5、PD_SIG_OUT6、PD_SIG_OUT7、PD_SIG_OUT8、PD_SIG_OUT9和PD_SIG_OUT10。
由于滤波模块3的数量为10个，在对第三光电信号进行采集时，需要根据控制模块5的逻辑控制命令，使切换模块4将不同的滤波模块3输出的第三光电信号输入至控制模块5内，以得到不同采集模块1采集到的不同的近红外光信号和红光信号。
参照图1和图4，作为本实施例的一种可选实施方式，为了减小第三光电信号在传输过程中发生缺失的可能性，还包括ADC模块6，ADC模块6的输入端连接于切换模块4的输出端，ADC模块6的输出端连接于控制模块5的输入端。
在本实施例中，ADC模块6包括第四控制芯片U4，第四控制芯片U4的通讯协议引脚连接于控制模块5的通讯协议引脚，第四控制芯片U4的数字电源端连接于数字电源输入端，第四控制芯片U4的模拟电源端连接于模拟电源输入端AVCC，第四控制芯片U4的参考电源输入端连接于第二参考电源输入端REF_1.5V，第四控制芯片U4的输入端连接于第一控制芯片U1的输出端PD_SIG_OUT。
模拟电源输入端AVCC为第四控制芯片U4的工作提供模拟电源，数字电源输入端DVCC为第四控制芯片U4的工作提供数字电源，第二参考电源输入端REF_1.5V为第四控制芯片U4的工作提供参考电源。
在本实施例中可以通过SPI数据协议进行数据传输，其中，第四控制芯片U4的通讯协议端口包括SP11_CS_P0.05、SP11_SCLK_P0.06、SP11_MOSI_P0.08和SP11_MISO_P0.07，第四控制芯片U4的其他外围电路此处不再赘述，见附图4。
当ADC模块6接收到第三光电信号之后，第四控制芯片U4将第三光电信号转换为第四光电信号，并通过SPI协议传输至控制模块5，以使控制模块5将第四光电信号传输至上位机9，方便检测人员观察被测人员的脑区的状态。其中，第四光电信号为数字电压信号。
参照图1和图5，作为本实施例的一种可选实施方式，控制模块5包括第二控制芯片U2、第三控制芯片U3和晶振子模块51，第二控制芯片U2的射频信号输出端连接于所述第三控制芯片U3的输入端，第三控制芯片U3的输出端连接于射频天线，第二控制芯片U2的晶振输入端连接于晶振子模块51。
第二控制芯片U2的第42引脚连接有指示灯检测模块（图中未示出），当近红外光采集电路工作时，第二控制芯片U2控制指示灯亮起。
第二控制芯片U2的第40引脚连接有电池电量检测模块（图中未示出），当近红外光采集电路采用电池供电时，电池电量检测模块将电池电量传输至第二控制芯片，并通过第二控制芯片传输至上位机9，以方便检测人员对电池的电量进行了解。
第二控制芯片U2的第38引脚连接有充电检测模块（图中未示出），当电池电量不足时，需要对电池进行充电，充电检测模块可以检测到充电状态，并反馈给第二控制芯片U2，方便检测人员得知充电情况。
在本实施例中，第二控制芯片U2的型号为能够接收SPI协议并能够通过蓝牙信号传输至上位机9的芯片即可，在此不做限定；第三控制芯片U3为射频匹配芯片，能够将第二控制芯片U2发送的射频信号通过射频天线进行传输；射频天线为陶瓷天线ANT1。
当ADC模块6将第四光电信号传输至第二控制芯片U2时，第二控制芯片U2通过射频信号输出端将第四光电信号传输至第三控制芯片U3，第三控制芯片U3通过陶瓷天线传输至上位机9。
在本实施例中，第二控制芯片U2的外围电路的具体连接方式在此不再多做赘述，见附图5。
参照图1，为了保证各个模块的供电稳定，近红外光采集电路还包括电源模块7，电源模块7为跨阻放大模块2、切换模块4和控制模块5提供电源。
作为本实施例的一种可选实施方式，电源模块7包括电源转换子模块、第一供电子模块和第二供电子模块；电源转换子模块的输入端连接于电源输入端VBUS，电源转换子模块的输出端分别连接于第一供电子模块和第二供电子模块。
在本实施例中，电源模块7还包括过压保护子模块，过压保护子模块的输入端连接于外部供电端VBUS_IN，过压保护子模块的输出端连接于电源转换模块的输入端，过压保护子模块用于对电源转换子模块进行保护。
参照图6，过压保护子模块包括第五控制芯片U5、电容器C74、电容器C75、电阻器R69和电阻器R70；第五控制芯片U5的1引脚分别连接于外部供电端VBUS_IN和电容器C74的一端，电容器C74的另一端连接于接地端AGND，第五控制芯片U5的电池引脚连接于电阻器R70的一端，电阻器R70的另一端连接于电池供电端VDD_BAT，第五控制芯片U5的输出端分别连接于电阻器R69的一端和电容器C75的一端，电容器C75的另一端连接于接地端AGND，电阻器R68的另一端连接于电源供电端VBUS。
其中，电容器C74为去耦电容，第五控制芯片U5为过压保护芯片。
参照图7，电源转换子模块包括第六控制芯片U6、电阻器R51、电阻器R59、电阻器R62、电阻器R60、电阻器R61、电阻器R64、电阻器R66、电阻器R68、电容器C62、电容器C66、电容器C67、电容器C68、电容器C70、电容器C71、电容器C72、电容器C73和电感器L3；第六控制芯片U6的第20引脚分别连接于电源供电端VBUS和电容器C62的一端，电容器C62的另一端连接于接地端AGND，第六控制芯片U6的第7引脚连接于第二控制芯片U2的LD0_ON_P0.25引脚，第六控制芯片U6的第6引脚分别连接于第二控制芯片U2的BUCK_ON_P0.26引脚和电阻器R60的一端，电阻器R60的另一端连接于电阻器R59的一端，电阻器R59的另一端连接于电源供电端VBUS，电阻器R60和电阻器R59的连接点连接于电阻器R62的一端，电阻器R62的另一端连接于接地端AGND；第六控制芯片U6的第10引脚分别连接于电阻器R61的一端和模拟电源输入端AVCC，电阻器R61的另一端连接于电阻器R64的一端，电阻器R64的另一端连接于接地端AGND，电容器C66的一端连接于第六控制芯片U6的第10引脚，电容器C66的另一端连接于第六控制芯片U6的第9引脚，电容器C67的一端连接于第六控制芯片U6的第10引脚，电容器C67的另一端连接于接地端AGND，电容器C68的一端连接于第六控制芯片U6的第10引脚，电容器C68的另一端连接于接地端AGND；第六控制芯片U6的第13引脚连接于电感器L3的一端，电感器L3的另一端分别连接于电容器C70的一端、电容器C71的一端、电容器C72的一端、电阻器R66的一端、电容器C73的一端和数字电源输入端DVCC，电容器C70的另一端和电容器C71的另一端均连接于接地端DGND，电容器C72的另一端连接于第六控制芯片U6的第8引脚，电阻器R66的另一端连接于电阻器R68的另一端连接于接地端DGND，电容器C73的另一端连接于接地端DGND，第六控制芯片U6的第8引脚还连接于电阻器R66和电阻器R68的连接点。
通过第六控制芯片U6将电源供电端VBUS提供的电源信号转换为模拟电源3V和数字电源3V。
第六控制芯片的具体连接方式在此不再赘述，见附图7。
在本实施例中，数字电源输入端DVCC连接于第二供电子模块，模拟电源输入端AVDD连接于第一供电子模块。
参照图8，第一供电子模块包括放大器U3、电阻器R54、电阻器R57和电容器C61；电阻器R54的一端连接于模拟电源输入端AVCC，电阻器R54的另一端连接于电阻器R57的一端，电阻器R57的另一端连接于接地端AGND，放大器U3的正极输入端连接于电阻器R54的与电阻器R57的连接点，放大器U3的第一电源端连接于接地端AGND，放大器U3的第二电源端分别连接于模拟电源输入端AVCC和电容器C61的一端，电容器C61的另一端连接于接地端AGND，放大器U3的输出端连接于第一参考电源输入端REF_0.15V。
第二供电子模块与第一供电子模块的连接方式不同，只是采用的放大器型号不一致，第一供电子模块的输出端连接于第一参考电源输入端REF_0.15V，第二供电子模块的输出端连接于第二参考电源输入端REF_1.5V。
本申请实施例一种近红外光采集电路的实施原理为：当需要对被测人员的脑区进行状态检测时，采集模块1采集经过被测人员脑区发射的近红外光信号和红光信号，并将近红外光信号和红光信号转换为第一光电信号，然后将第一光电信号经过跨阻放大模块2进行转换放大处理，得到第二光电信号，然后经过滤波模块3进行滤波处理得到第三光电信号，并将第三光电信号传输至ADC模块6，经过ADC模块6的转换，得到第四光电信号，并将第四光电信号传输至控制模块5内，控制模块5将第四光电信号通过蓝牙传输至上位机9，以使检测人员能够接收到第四光电信号，以此判断被测人员脑区的状态。
本申请还提供一种近红外光采集方法，包括：
采集模块1采集近红外光信号和红光信号，并将近红外光信号和红光信号转换为第一光电信号传输至跨阻放大模块2；
跨阻放大模块2接收第一光电信号并进行放大，得到第二光电信号，并将第二光电信号传输至滤波模块3；
滤波模块3接收第二光电信号，并对第二光电信号进行滤波处理，得到第三光电信号，并将第三光电信号传输至切换模块4；
切换模块4根据控制模块5输出的切换指令切换接收多个第三光电信号，并将接收的单个第三光电信号传输至控制模块5；
控制模块5接收第三光电信号并传输至上位机9。
参照图9，本申请还提供一种Fnirs传感器，包括光源发射器8和上述的近红外光采集电路，光源发射器8用于发射红光和近红外光。
为了实现16路采集近红外光信号和红光信号，光源发射器8的数量为四个，每个光源发射器8对应着四个采集模块1，其中相邻两个光源发射器8共用两个采集模块1，最终实现16路采集。
参照图10，本申请还提供一种近红外光采集系统，包括上位机9和上述的Fnirs传感器。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (10)

1.一种近红外光采集电路，其特征在于，包括多个采集模块（1）、多个跨阻放大模块（2）、多个滤波模块（3）、若干个切换模块（4）和若干个控制模块（5）；所述跨阻放大模块（2）的输入端一一对应连接于所述采集模块（1）的输出端，所述跨阻放大模块（2）的输出端一一对应连接于所述滤波模块（3）的输入端，所述滤波模块（3）的输出端连接于所述切换模块（4）的输入端，所述切换模块（4）的控制端连接于所述控制模块（5）的逻辑输出端，所述切换模块（4）的输出端连接于所述控制模块（5）的输入端，所述控制模块（5）的输出端连接于上位机（9）；
所述采集模块（1）用于采集近红外光信号和红光信号，并将所述近红外光信号和所述红光信号转换为第一光电信号传输至所述跨阻放大模块（2）；
所述跨阻放大模块（2）用于接收所述第一光电信号并进行放大，得到第二光电信号，并将所述第二光电信号传输至所述滤波模块（3）；
所述滤波模块（3）用于接收所述第二光电信号，并对所述第二光电信号进行滤波处理，得到第三光电信号，并将所述第三光电信号传输至所述切换模块（4）；
所述切换模块（4）用于根据所述控制模块（5）输出的切换指令切换接收多个所述第三光电信号，并将所述接收的单个第三光电信号传输至所述控制模块（5）；
所述控制模块（5）用于接收所述第三光电信号并传输至所述上位机（9）。
2.根据权利要求1所述的一种近红外光采集电路，其特征在于，所述跨阻放大模块（2）包括电阻器R3、电容器C2、电容器C6和放大器U2A；所述放大器U2A的负极输入端连接于所述采集模块（1）的输出端，所述放大器U2A的正极输入端连接于第一参考电源输入端，所述放大器U2A的第一电源端连接于接地端AGND，所述放大器U2A的第二电源端分别连接于模拟电源输入端AVCC和电容器C6的一端，电容器C6的另一端连接于接地端AGND，所述放大器U2A的输出端分别连接于滤波模块（3）的输入端、电阻器R3的一端和电容器C2的一端，电阻器R3的另一端和电容器C2的另一端均连接于放大器U2A的负极输入端，所述放大器U2A的输出端连接于所述跨阻放大模块（2）的输出端。
3.根据权利要求1所述的一种近红外光采集电路，其特征在于，所述滤波模块（3）包括电阻器R5、电阻器R6、电容器C4、电容器C8和放大器U2B；所述电阻器R5的一端连接于所述跨阻放大模块（2）的输出端，所述电阻器R5的另一端连接于所述电阻器R6的一端，所述电阻器R6的另一端连接于所述放大器U2B的正极输入端，所述电容器C8的一端连接于所述放大器U2B的正极输入端，所述电容器C8的另一端连接于接地端AGND，所述放大器U2B的负极输入端连接于所述放大器U2B的输出端，所述电容器C4的一端连接于所述电阻器R5与所述电阻器R6的连接点，所述电容器C4的另一端连接于所述放大器U2B的输出端与所述放大器U2B的负极输入端的连接点，所述放大器U2B的输出端连接于所述滤波模块（3）的输出端。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种近红外光采集电路，其特征在于，所述切换模块（4）包括第一控制芯片U1和电容器C1；所述第一控制芯片U1的逻辑输入端连接于所述控制模块（5）的逻辑输出端，所述第一控制芯片U1的信号输入端连接于所述滤波模块（3）的输出端，所述第一控制芯片U1的电源输入端分别连接于模拟电源输入端AVCC和所述电容器C1的一端，所述电容器C1的另一端连接于接地端AGND，所述第一控制芯片U1的输出端连接于所述控制模块（5）的信号输入端；
所述第一控制芯片U1用于根据所述控制模块（5）输出的切换指令切换接收多个所述第三光电信号，并将所述接收的单个第三光电信号传输至所述控制模块（5）。
5.根据权利要求4所述的一种近红外光采集电路，其特征在于，在所述切换模块（4）和所述控制模块（5）之间连接有ADC模块（6），所述ADC模块（6）的输入端连接于所述切换模块（4）的输出端，所述ADC模块（6）的输出端连接于所述控制模块（5）的输入端；
所述ADC模块（6）用于接收所述第三光电信号，将所述第三光电信号进行模数转换，得到第四光电信号，并将所述第四光电信号传输至所述控制模块（5），其中，所述第四光电信号为数字电信号。
6.根据权利要求1所述的一种近红外光采集电路，其特征在于，所述控制模块（5）包括第二控制芯片U2、第三控制芯片U3和晶振子模块（51），所述第二控制芯片U2的射频输出端连接于所述第三控制芯片U3的输入端，所述第三控制芯片U3的输出端连接于射频天线，所述第二控制芯片U2的晶振输入端连接于所述晶振子模块（51）的输出端；
所述第二控制芯片U2用于接收所述第三光电信号，并将所述第三光电信号传输至所述第三控制芯片U3；
所述第三控制芯片用于通过所述射频天线将所述第三光电信号传输至所述上位机（9）。
7.根据权利要求1所述的一种近红外光采集电路，其特征在于，还包括电源模块（7），所述电源模块（7）分别为所述跨阻放大模块（2）、切换模块（4）和控制模块（5）提供电源；
所述电源模块（7）包括电源转换子模块（71）和第一供电子模块（72），所述电源转换子模块（71）的输入端连接于外部供电端，所述电源转换子模块（71）的输出端连接于第一供电子模块（72）；
所述电源转换子模块（71）用于为近红外采集电路提供电源；
所述第一供电子模块（72）用于为所述跨阻放大模块（2）提供参考电压。
8.一种近红外光采集方法，其特征在于，所述方法包括：
采集模块采集近红外光信号和红光信号，并将所述近红外光信号和所述红光信号转换为第一光电信号传输至跨阻放大模块；
所述跨阻放大模块接收所述第一光电信号并进行放大，得到第二光电信号，并将所述第二光电信号传输至滤波模块；
所述滤波模块接收所述第二光电信号，并对所述第二光电信号进行滤波处理，得到第三光电信号，并将所述第三光电信号传输至切换模块；
所述切换模块根据控制模块输出的切换指令切换接收多个所述第三光电信号，并将所述接收的单个第三光电信号传输至所述控制模块；
所述控制模块接收所述第三光电信号并传输至上位机。
9.一种Fnirs传感器，其特征在于，包括光源发射器（8）和如权利要求1-7任一项所述的近红外光采集电路，所述光源发射器（8）的数量为多个，每个所述光源发射器（8）均连接于多个所述采集模块（1）；
所述光源发射器（8）用于发射红光和近红外光。
10.一种近红外光采集系统，其特征在于，包括上位机（9）和如权利要求9所述的一种Fnirs传感器。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109846492A (zh) * 2017-11-30 2019-06-07 深圳先进技术研究院 采集电路、血氧饱和度采集芯片及装置
CN110755067A (zh) * 2019-10-31 2020-02-07 中国科学院深圳先进技术研究院 心电、脉搏波联合采集的前端模拟电路及前端模拟芯片
CN213072679U (zh) * 2020-10-19 2021-04-27 广州市满航通信科技有限公司 一种波分半有源切换保护装置的多路光信号探测电路
CN113852420A (zh) * 2021-11-29 2021-12-28 之江实验室 一种自适应滤波的光功率检测电路及方法
CN114362754A (zh) * 2022-03-21 2022-04-15 成都凯天电子股份有限公司 一种多通道模拟量信号采集处理系统
CN114551426A (zh) * 2022-02-10 2022-05-27 成都明夷电子科技有限公司 一种带WiFi干扰信号能力的跨阻放大器芯片及其封装方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2795045C (en) * 2010-03-30 2022-07-05 Julia Cole Finkel Apparatus and method for human algometry
US10627349B2 (en) * 2018-02-21 2020-04-21 Olive Healthcare Inc. Signal processing device of analyzing bio-signal and bio-signal analyzing apparatus using the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109846492A (zh) * 2017-11-30 2019-06-07 深圳先进技术研究院 采集电路、血氧饱和度采集芯片及装置
CN110755067A (zh) * 2019-10-31 2020-02-07 中国科学院深圳先进技术研究院 心电、脉搏波联合采集的前端模拟电路及前端模拟芯片
CN213072679U (zh) * 2020-10-19 2021-04-27 广州市满航通信科技有限公司 一种波分半有源切换保护装置的多路光信号探测电路
CN113852420A (zh) * 2021-11-29 2021-12-28 之江实验室 一种自适应滤波的光功率检测电路及方法
CN114551426A (zh) * 2022-02-10 2022-05-27 成都明夷电子科技有限公司 一种带WiFi干扰信号能力的跨阻放大器芯片及其封装方法
CN114362754A (zh) * 2022-03-21 2022-04-15 成都凯天电子股份有限公司 一种多通道模拟量信号采集处理系统

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