CN202714854U - 光电检测电路、血氧探头及监护仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光电检测电路、血氧探头和监护仪。该光电检测电路包括用于将光信号转化为电信号的光电转化元件，用于接收产生的电信号并对其进行放大的差分放大电路和模数转换器；该差分放大电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一开关和第二开关，该第一、第二运算放大器的第一输入端是相同输入端且相互连接，该第一、第二运算放大器的第二输入端分别与该光电转换元件的两端连接，该第一、第二运算放大器的输出端分别与该模数转换器的两输入端连接，该第一开关的两端分别连接在该第一运算放大器的输出端和第二输入端上，该第二开关的两端分别连接在该第二运算放大器的输出端和第二输入端上。

Description

光电检测电路、血氧探头及监护仪

技术领域

本实用新型涉及生理信号采集技术领域，尤其涉及一种光电检测电路、血氧探头及监护仪。

背景技术

血氧饱和度，即人体动脉血中氧合血红蛋白占血红蛋白总量的百分比，是反映人体组织氧供应状况的重要生理参数。在血氧饱和度测量初期通常是采用有创测量方式测量，即采用抽取人体动脉血液，送到血气分析仪进行电化学分析，测出氧分压后再计算血氧饱和度。但由于有创测量方法具有增加病人痛苦、创伤及感染几率，很快便被无创血氧饱和度测量技术给替代了。该无创血氧饱和度测量技术是基于含氧血红蛋白和还原血红蛋白对红光和红外光区有独特的的吸收光谱来测量人体血氧饱和度的。

 图1是现有技术中无创血氧饱和度测量探头的结构示意图。该测量探头包括壳体1’、红外发光二极管2’、红光发光二极管3’、发光驱动电路、光电检测电路和处理器，该光电检测电路包括光电传感器4’、滤波电路、放大电路和模数转换器。该壳体1’用于固定红外发光二极管2’、红光发光二极管3’和光电传感器4’，同时用于形成一个在手指5’伸入壳体1’时的密封空间。当然，发光驱动电路、光电检测电路以及处理器也可以固定于壳体上。在测量时，红外发光二极管2’和红光发光二级管3’在发光驱动电路的驱动下交替发光，红光和红外光分别穿透手指5’到达光电传感器4’，光电传感器4’将红光和红外光信号分别转换成电信号并将该电信号依次传输给滤波电路、放大电路和模数转换器，经过滤波、放大、模数转换等处理后传输给处理器，处理器接收到该处理后的电信号进行运算处理，得到血氧饱和度。一般该光电检测电路会采用双差分放大电路和双A/D转换（模数转换）其进行处理，这样处理成本较高。

发明内容

本实用新型为了解决现有技术中成本较高的技术问题，提供一种单差分放大电路和单A/D转换的光电检测电路，同时还提供一种血氧探头和监护仪。

一种光电检测电路，包括用于将交替产生的至少两种光信号转化为电信号的光电转化元件，用于接收光电转化元件产生的电信号并对其进行放大的差分放大电路和将经放大的该电信号进行模数转换的模数转换器；该差分放大电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一开关和第二开关，该第一运算放大器的第一输入端与该第二运算放大器的第一输入端是相同输入端，该第一、第二运算放大器的第一输入端相互连接，该第一、第二运算放大器的第二输入端分别与该光电转换元件的两端电连接，该第一、第二运算放大器的输出端分别与该模数转换器的两输入端电连接，该第一开关的两端分别连接在该第一运算放大器的输出端和该第一运算放大器的第二输入端上，该第二开关的两端分别连接在该第二运算放大器的输出端和该第二运算放大器的第二输入端上。

进一步，在该光电转换元件每次接收光信号前，该第一开关和该第二开关分别完成一次闭合和断开的动作。

进一步，该第一开关和/或第二开关是模拟开关。

进一步，还包括处理器，该处理器与该第一开关和第二开关连接，该第一开关和第二开关在该处理器的控制下释放该光电转化元件剩余的电荷。

进一步，还包括共模电感，该共模电感的输入端与该光电转换元件的输出端相连接，该共模电感的输出端分别与该第一、第二运算放大器的第二输入端电连接。

进一步，还包括第一电源和第二电源，该第一电源与该第一、第二运算放大器的电源端电连接，该第二电源与该第一、第二运算放大器的第一输入端电连接。

进一步，还包括第一反馈电路和第二反馈电路，该第一反馈电路与该第一开关并联，该第二反馈电路与该第二开关并联。

进一步，该第一反馈电路包括第一电阻、第二电阻和第一电容，该第一电阻和第二电阻组成第一串联电路，该第一串联电路及该第一电容的两端分别与该第一开关的两端连接；该第二反馈电路包括第三电阻、第四电阻和第二电容，该第三电阻和该第四电阻组成第二串联电路，该第二串联电路及该第二电容的两端分别与该第二开关的两端连接。

进一步，还包括第五电阻、第六电阻和第三电容，该第五电阻的一端与该第一运算放大器的输出端电连接、另一端与该模数转换器的一输入端连接，该第六电阻的一端与该第二运算放大器的输出端连接、另一端与该模数转换器的另一输入端连接，该第三电容的两端分别连接在该第五、第六电阻的另一端上。

一种血氧探头，包括上述光电检测电路。

一种监护仪，包括上述光电检测电路。

有益效果：相对于现有技术，本实用新型的光电检测电路采用单差分放大电路和单A/D转换器来处理由至少两个光信号转化的电信号，节省了成本。同时，该第一开关和该第二开关在光电转换元件在闭合的情况下可将光电转换元件剩余的电荷给释放掉，可增加检测的精度。

附图说明

图1是现有技术中无创血氧饱和度测量探头的结构示意图。

图2是本实用新型实施例一的光电检测电路结构示意图。

图3是本实用新型实施例二的光电检测电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实施例的血氧探头包括壳体、红外发光二极管、红光发光二极管、发光驱动电路、光电检测电路和处理器，该光电检测电路包括光电转换元件、滤波电路、放大电路和模数转换器。在测量时，红外发光二极管和红光发光二级管在发光驱动电路的驱动下交替发光，红光和红外光分别穿透手指或者经手指反射后到达光电转换元件，光电转换元件将红光和红外光信号分别转换成电信号并将该电信号依次传输给放大电路和模数转换器，经过放大、模数转换等处理后传输给处理器，处理器接收到该处理后的电信号进行运算处理，得到血氧饱和度。本实施例的光电检测电路采用单差分放大电路和单模数转换器完成对电信号的处理，达到了降低成本的目的，该光电检测电路详细描述如下。

实施例一。

参照图2，本实施例的光电检测电路，包括光电转换元件40、差分放大电路30和A/D转换器20（模数转换器20）。该光电转换元件40用于将交替产生的至少两种光信号转化为电信号，一般为光电传感器或者光电池或者光电二极管等等。该至少两种光信号是指根据检测需要而采用多种光进行检测，在一些生化分析领域，可能会需要三种或者更多的光对样品进行检测。在检测血氧时，需要两种光信号进行检测，例如红光和红外光，根据含氧血红蛋白和还原血红蛋白对红光和红外光不同的吸收曲线，检测血氧饱和度。该差分放大电路30接收光电转化元件40产生的电信号并对其进行放大。该A/D转换器20将经放大的该电信号进行模数转换将其转换成数字信号并输出到处理器（图中未示出）。该差分放大电路30包括第一运算放大器U20、第二运算放大器U40、第一开关S20和第二开关S40，该第一运算放大器U20的第一输入端202与该第二运算放大器U40的第一输入端402是相同输入端，该相同输入端是指同为正向端或者同为负向端。该第一、第二运算放大器（U20、U40）的第一输入端（202、402）相互连接，该第一、第二运算放大器（U20、U40）的第二输入端（204、404）分别与该光电转换元件40的两端电连接，该第一、第二运算放大器（U20、U40）的输出端（206、406）分别与该模数转换器20的两输入端电连接，该第一开关S20的两端分别连接在该第一运算放大器U20的输出端206和该第一运算放大器U20的第二输入端204上，该第二开关S40的两端分别连接在该第二运算放大器U40的输出端406和所述第二运算放大器U40的第二输入端404上。

该第一开关S20和第二开关S40用于释放光电转换元件40上的剩余电荷，这样剩余电荷就会消失，不会污染下一信号光产生的电荷，提高了检测精度。一般而言，在差分放大电路高放大倍数及检测电路高采样率的情况下该光电转换元件容易产生剩余电荷，或者该光电转换元件经强光照射及检测电路高采样率的情况下该光电转换元件容易产生剩余电荷，本实施例的光电检测电路在这几种情况下，只要在检测之后的光信号时，闭合及断开该第一开关S20和第二开关S40，就可以将剩余电荷释放掉，就不会污染该光信号，提高了检测精度。在其他产生剩余电荷的情况下，该第一开关S20和第二开关S40照样可以适用，释放掉剩余电荷，提高检测精度。

本实施例的光电检测电路优选还包括处理器（未示出），该第一开关S20和第二开关S40与该处理器连接受该处理器的控制，在处理器检测到上述情况发生时（即该光电转换元件上具有剩余电荷时），就控制该第一开关S20和第二开关S40完成闭合和断开的动作，释放光电转换元件40上的剩余电荷，提高检测精度。在其他情况下（即该光电转换元件上没有剩余电荷时），该处理器可不对该第一开关S20和第二开关S40进行控制。

当然在任何情况下，在该光电转换元件40每次接收光信号前，该第一开关S20和该第二开关S40分别完成一次闭合和断开的动作，释放掉光电转换元件40上的剩余电荷，提高检测精度。

本实施例的光电检测电路采用单差分放大电路30和单A/D转换器20来处理由至少两个光信号转化的电信号，节省了成本。同时，该第一开关S20和该第二开关S40可在光电转换元件40每次接收光前都进行一次闭合和断开，将光电转换元件40剩余的电荷给释放掉，可增加检测的精度。为了提高采样精度，一般采用过采样和高采样率，然而采样率越高、放大倍数越大，该光电转换元件40剩余上次光信号产生的电荷就越多，这样高采样率及大放大倍数反而降低了检测的精度。因此，采用本实施例的光电检测电路进行高采样率及大放大倍数进行采样时，可每次接收光信号前对光电转换元件40上的剩余电荷进行释放，检测的精度不会降低而会有所提高。

实施例二。

参照图3，本实施例的光电检测电路包括光电池4、共模电感L2、差分放大电路3、A/D转换器2、第七电阻R6和第八电阻R8。

该光电池4用于接收交替发光的红光二极管及红外光二极管发出的光信号，并将该光信号转换为相应的电信号。该电信号通过该光电池的两个输出端输出。该光电池4的输出端分别与该共模电感L2的两输入端相连接，该共模电感L2的输出端分别通过第七电阻R6和第八电阻R8与第一、第二运算放大器（U2、U4）的第二输入端（24、44）电连接。采用该共模电感L2、第七电阻R6和第八电阻R8的组合，以滤除共模电磁干扰。

该差分放大电路包括第一运算放大器U2、第二运算放大器U4、第一电源、第二电源、第一开关S2、第二开关S4、第一反馈电路32和第二反馈电路34。该第一电源与该第一、第二运算放大器（U2、U4）的电源端电连接，该第二电源与该第一、第二运算放大器（U2、U4）的第一输入端（22、42）电连接。该第一电源用于给该第一、第二运算放大器（U2、U4）提供能量，该第二电源用于提供共模中心，该第二电源优选为可调节电源，以适用更多应用或者提高该差分放大的效果，保证放大波形不失真。该第一运算放大器U2的第一输入端22与该第二运算放大器U4的第一输入端42是相同输入端，该相同输入端是指同为正向端或者同为负向端。该第一、第二运算放大器（U2、U4）的第一输入端（22、42）相互连接，该第一、第二运算放大器（U2、U4）的第二输入端（24、44）用于接收待差分放大的信号。该第一反馈电路32与该第一开关S2并联组成第一并联电路，该第一并联电路的一端与该第一算法放大器U2的输出端26连接，另一端与该第一运算放大器U2的第二输入端24连接。该第二反馈电路34与该第二开关S4并联组成第二并联电路，该第二并联电路的一端与该第二运算放大器U4的输出端46连接，另一端与该第二运算放大器U4的第二输入端44连接。该第一反馈电路32包括第一电阻R2、第二电阻R4和第一电容C2，该第一电阻R2和第二电阻R4组成第一串联电路，该第一串联电路及第一电容C2的两端分别与该第一开关S2的两端连接；该第二反馈电路34包括第三电阻R10、第四电阻R12和第二电容C4，该第三电阻R10和该第四电阻R12组成第二串联电路，该第二串联电路及该第二电容C4的两端分别与该第二开关S4的两端连接。该第一反馈电路32和第二反馈电路34实现了I/V转换。同时，也可以通过调节该第一反馈电路32和第二反馈电路34中的电阻的大小，来调节放大倍数。

该光电检测电路还包括第五电阻R16、第六电阻R14和第三电容C6，该第五电阻R16的一端与该第一运算放大器U2的输出端26电连接、另一端与该模数转换器2的一输入端连接，所述第六电阻R14的一端与第二运算放大器U4的输出端46连接、另一端与该模数转换器2的另一输入端连接，该第三电容C6的两端分别连接在所述第五、第六电阻（R16、R14）的另一端上。该第五电阻R16、第六电阻R14和第三电容C6用于进一步滤除干扰信号，提高该光电检测电路的精度。

该第一开关S2和第二开关S4优选多路模拟开关中的两路开关，或者，该第一开关S2或者第二开关S4是多路模拟开关中的一路开关。这样方便电路集成，同时也容易在电路上实现被处理器的连接。本实施例优选，该第一开关S2和第二开关S4优选为两路模拟开关器中的两路，该两路模拟开关器与处理器连接，在处理器的控制进行闭合和断开的操作。当然，该第一开关S2和第二开关S4也可以为机械开关，或者是半导体开关，例如MOS管、三极管等。

本实施例的A/D转换器2为采样速率大于10KHz的高速A/D转换器，优选为20KHz，这样测量精度会比较高。进一步，优选该高速A/D转换器的位数为24位，通过24位进行过采样，可以进一步提高检测精度。

监护仪是一种以测量和控制病人生理参数，并可与已知设定值进行比较，如果出现超标可发出警报的装置或系统。通常，监护仪具有心电模块、血氧模块、呼吸模块、脉率模块、体温模块、血压模块和处理器。本实施例的监护仪的血氧模块包括本实施例的光电检测电路。

本实施例的光电检测电路及监护仪，采用单差分放大电路3和单A/D转换器2来处理由两个光信号转化的电信号，节省了成本，同时，还满足了高速采样和高检测精度的要求。因为，在高速采样的过程中，光信号交替出现的很快，该光电池4上次产生的电荷还没有释放完就有新的电荷产生（即出现新的光信号），造成了干扰，影响了检测精度，在有第一开关S2和第二开关S4的情况下，在光电池4每次接收光前都进行一次闭合和断开，将光电池4剩余的电荷给释放掉，减少了干扰，增加检测的精度。因此，采用本实施例的光电检测电路进行高采样率进行采样时，每次接收光信号前都会对光电池4上的剩余电荷进行释放，所以保证了检测的精度，同时还实现了高速采样。

以上对本实用新型所提供的光电检测电路、血氧探头和监护仪进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (11)

1.一种光电检测电路，其特征在于，包括用于将交替产生的至少两种光信号转化为电信号的光电转化元件，用于接收光电转化元件产生的电信号并对其进行放大的差分放大电路和将经放大的所述电信号进行模数转换的模数转换器；所述差分放大电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一开关和第二开关，所述第一运算放大器的第一输入端与所述第二运算放大器的第一输入端是相同输入端，所述第一、第二运算放大器的第一输入端相互连接，所述第一、第二运算放大器的第二输入端分别与所述光电转换元件的两端电连接，所述第一、第二运算放大器的输出端分别与所述模数转换器的两输入端电连接，所述第一开关的两端分别连接在所述第一运算放大器的输出端和所述第一运算放大器的第二输入端上，所述第二开关的两端分别连接在所述第二运算放大器的输出端和所述第二运算放大器的第二输入端上。

2.如权利要求1所述的光电检测电路，其特征在于，在所述光电转换元件每次接收光信号前，所述第一开关和所述第二开关分别完成一次闭合和断开的动作。

3.如权利要求1所述的光电检测电路，其特征在于，所述第一开关和/或第二开关是模拟开关。

4.如权利要求1所述的光电检测电路，其特征在于，还包括处理器，所述处理器与所述第一开关和第二开关连接，所述第一开关和第二开关在所述处理器的控制下释放所述光电转化元件剩余的电荷。

5.如权利要求1所述的光电检测电路，其特征在于，还包括共模电感，所述共模电感的输入端与所述光电转换元件的输出端相连接，所述共模电感的输出端分别与所述第一、第二运算放大器的第二输入端电连接。

6.如权利要求1所述的光电检测电路，其特征在于，还包括第一电源和第二电源，所述第一电源与所述第一、第二运算放大器的电源端电连接，所述第二电源与所述第一、第二运算放大器的第一输入端电连接。

7.如权利要求1所述的光电检测电路，其特征在于，还包括第一反馈电路和第二反馈电路，所述第一反馈电路与所述第一开关并联，所述第二反馈电路与所述第二开关并联。

8.如权利要求7所述光电检测电路，其特征在于，所述第一反馈电路包括第一电阻、第二电阻和第一电容，所述第一电阻和第二电阻组成第一串联电路，所述第一串联电路及所述第一电容的两端分别与所述第一开关的两端连接；所述第二反馈电路包括第三电阻、第四电阻和第二电容，所述第三电阻和所述第四电阻组成第二串联电路，所述第二串联电路及所述第二电容的两端分别与所述第二开关的两端连接。

9.如权利要求1所述光电检测电路，其特征在于，还包括第五电阻、第六电阻和第三电容，所述第五电阻的一端与所述第一运算放大器的输出端电连接、另一端与所述模数转换器的一输入端连接，所述第六电阻的一端与所述第二运算放大器的输出端连接、另一端与所述模数转换器的另一输入端连接，所述第三电容的两端分别连接在所述第五、第六电阻的另一端上。

10.一种血氧探头，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的光电检测电路。

11.一种监护仪，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的光电检测电路。

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