本發(fā)明涉及信號采集，更具體地，涉及一種光源可調(diào)的多通道ppg信號采集裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、ppg(光電容積脈搏波)技術(shù)是一種借助光電手段檢測血液容積變化的無創(chuàng)檢測方法。當(dāng)特定波長的光束照射到被檢測者的皮膚表面時，光束會通過透射或反射被傳感器接收，由于血管內(nèi)血液容積隨心臟收縮和舒張而波動性地變化，導(dǎo)致光吸收量相應(yīng)增加或減少。當(dāng)心臟收縮時，外周血管血容量增加，導(dǎo)致光感測器檢測到的光強(qiáng)度較小，而在心臟舒張時，外周血管血容量減少，光感測器檢測到的光強(qiáng)度較大。通過分析光感測器檢測到的光強(qiáng)度變化，獲得脈搏波信號，脈搏波信號可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字電信號，并進(jìn)一步分析得到受測者的重要生理參數(shù)，包括血壓、血氧、血糖、心率和呼吸率等數(shù)據(jù)。

2、ppg技術(shù)提供了一種非侵入式的方法來監(jiān)測個體的血流動力學(xué)和血管功能。它已被證明是一種可靠和實用的工具，可用于健康監(jiān)測、運動表現(xiàn)分析和醫(yī)療診斷等領(lǐng)域，對于不同生理參數(shù)的計算及推理，往往需要多種參數(shù)不同的ppg信號，對于不同的算法模型，不同的ppg信號所得到的結(jié)果也相差較大。但是，目前市面上多數(shù)設(shè)備仍采用單一光源或兩至三種固定光源來采集ppg信號，且大多數(shù)設(shè)備只能通過透視式或反射式的其中一種模式來采集ppg信號，不足以滿足開發(fā)人員在設(shè)計算法模型時需要使用多種ppg信號來驗證所設(shè)計模型的需求。因此，在采集ppg信號時，如何保證ppg信號的信號質(zhì)量，另外，如何在一個設(shè)備上能夠采集多種參數(shù)不同的ppg信號成為亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷，提供一種光源可調(diào)的多通道ppg信號采集裝置及方法。

2、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

4、一種光源可調(diào)的多通道ppg信號采集裝置，包括三波長光源信號發(fā)射及接收模塊、多個單波長光源信號發(fā)射及接收模塊、信號輸入源切換模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、主控模塊和光源控制模塊，所述三波長光源信號發(fā)射及接收模塊的輸出端和單波長光源信號發(fā)射及接收模塊的輸出端以并聯(lián)的方式與信號輸入源切換模塊的輸入端連接，信號輸入源切換模塊的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接，所述光源控制模塊的輸出端與三波長光源信號發(fā)射及接收模塊的輸入端和所有單波長光源信號發(fā)射及接收模塊的輸入端電連接，光源控制模塊的輸入端和控制端與主控模塊的輸出端連接。

5、進(jìn)一步，還包括：模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與主控模塊的輸入端連接，所述控制模塊與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊連接，所述信號輸入源切換模塊的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊的輸入端與主控模塊的輸出端電連接，數(shù)據(jù)傳輸模塊的輸出端與外部設(shè)備連接。

6、進(jìn)一步，所述三波長光源信號發(fā)射及接收模塊包括兩組三波長發(fā)光二極管和一組三波長光電二極管，其中一組三波長發(fā)光二極管設(shè)置在三波長光電二極管的同一平面，另一組三波長發(fā)光二極管設(shè)置于所述三波長光電二極管所在平面的正上方，所述單波長光源信號發(fā)射及接收模塊包括兩組單波長發(fā)光二極管和一組單波長光電二極管，其中一組單波長發(fā)光二極管與單波長光電二極管置于同一平面，另一組單波長發(fā)光二極管置于單波長光電二極管所在平面的正上方。

7、進(jìn)一步，所述信號輸入源切換模塊包括多個信號輸入源切換開關(guān)，所述信號輸入源切換開關(guān)均為雙刀雙擲開關(guān)，包括兩個輸入端和兩個輸出端，所述信號輸入源切換開關(guān)的兩個輸入端分別與所述光電二極管的正負(fù)極連接，多個所述信號輸入源切換開關(guān)的輸出端并聯(lián)連接后與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接。

8、進(jìn)一步，所述控制模塊包括mcu主控制器，所述mcu主控制器包括若干個輸出端和輸入端，所述mcu主控制器的多個輸出端分別與多個所述信號輸入源切換開關(guān)的控制端和光源控制模塊的控制端連接。

9、進(jìn)一步，所述光源控制模塊包括第一電位器旋鈕、第二電位器旋鈕和led驅(qū)動器，所述第一電位器旋鈕與mcu主控制器的輸入端連接，第二電位器旋鈕與供電模塊連接，所述led驅(qū)動器包括一個輸入端和一個輸出端，所述led驅(qū)動器的輸入端與mcu主控制器的輸出端連接。

10、進(jìn)一步，所述光源控制模塊還包括多個光源切換開關(guān)，所述光源切換開關(guān)為單刀雙擲開關(guān)，包括輸入端和兩個輸出端，所述光源切換開關(guān)的輸入端以并聯(lián)的方式與led驅(qū)動器的輸出端連接，光源切換開關(guān)的兩個輸出端分別與透射式和反射式發(fā)射信號對應(yīng)的兩個發(fā)光二極管的負(fù)極電連接。

11、一種光源可調(diào)的多通道ppg信號采集方法，多通道ppg信號采集方法多通道ppg信號采集裝置，包括以下步驟：

12、s1：配置并獲取采集裝置的ppg信號參數(shù)及ppg信號采集裝置工作模式；

13、s2：通過控制模塊控制光源控制模塊設(shè)置發(fā)光二極管的驅(qū)動電流以及ppg信號采集頻率；

14、s3：采集三波長光源信號發(fā)射及接收模塊或任一單波長光源信號發(fā)射及接收模塊的發(fā)射信號；

15、s4：切換至下一個單波長光源信號發(fā)射及接收模塊；

16、s5：采集三波長光源信號發(fā)射及接收模塊和步驟s4得到的單波長光源信號發(fā)射及接收模塊的發(fā)射信號，將采集的發(fā)射信號輸入至信號輸入源切換模塊；

17、s6：判斷所述單波長光源信號發(fā)射及接收模塊是否預(yù)設(shè)模塊，若所述單波長光源信號發(fā)射及接收模塊不是預(yù)設(shè)模塊，則跳轉(zhuǎn)步驟s4；若所述單波長光源信號發(fā)射及接收模塊是預(yù)設(shè)模塊，則將采集的發(fā)射信號輸入至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。

18、進(jìn)一步，步驟s3中，所述采集三波長光源信號發(fā)射及接收模塊的發(fā)射信號，包括以下步驟：

19、s3.1：采集三波長光源信號發(fā)射及接收模塊的初始通道的發(fā)射信號；

20、s3.2：切換至三波長光源信號發(fā)射及接收模塊的下一通道，采集三波長光源信號發(fā)射及接收模塊的所述通道的發(fā)射信號；

21、s3.3：判斷所述通道是否為預(yù)設(shè)通道，若不是預(yù)設(shè)通道，則返回步驟s3.2，若是預(yù)設(shè)通道，則結(jié)束采集。

22、進(jìn)一步，步驟s3中，所述采集任一通道單波長光源信號發(fā)射及接收模塊(2)的發(fā)射信號，包括：

23、閉合所述單波長光源信號發(fā)射及接收模塊通道的開關(guān)，斷開其余單波長光源信號發(fā)射及接收模塊的開關(guān)。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：

25、本發(fā)明通過控制信號輸入源切換開關(guān)進(jìn)行三波長ppg信號輸入通道和任一單波長ppg信號輸入通道之間的切換，通過控制光源控制模塊實現(xiàn)對光源光強(qiáng)度大小及閃爍頻率進(jìn)行設(shè)置，實現(xiàn)多種波長及不同亮度的光源的ppg信號的采集，還提供多通道ppg信號采集方法進(jìn)行三波長通道的信號采集，并且可通過自主選擇切換反射式和透射式的ppg信號，大大地提高了ppg信號采集的效率和可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種光源可調(diào)的多通道ppg信號采集裝置，其特征在于，包括三波長光源信號發(fā)射及接收模塊(1)、多個單波長光源信號發(fā)射及接收模塊(2)、信號輸入源切換模塊(3)、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(4)、主控模塊(5)和光源控制模塊(6)，所述三波長光源信號發(fā)射及接收模塊(1)的輸出端和單波長光源信號發(fā)射及接收模塊(2)的輸出端以并聯(lián)的方式與信號輸入源切換模塊(3)的輸入端連接，信號輸入源切換模塊(3)的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(4)連接，所述光源控制模塊(6)的輸出端與三波長光源信號發(fā)射及接收模塊(1)的輸入端和所有單波長光源信號發(fā)射及接收模塊(2)的輸入端電連接，光源控制模塊(6)的輸入端和控制端與主控模塊(5)的輸出端連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光源可調(diào)的多通道ppg信號采集裝置，其特征在于，還包括：數(shù)據(jù)傳輸模塊(8)，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(4)的輸出端與主控模塊(5)的輸入端連接，所述控制模塊(5)與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(4)和數(shù)據(jù)傳輸模塊(8)連接，所述信號輸入源切換模塊(3)的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(4)的輸入端連接，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊(8)的輸入端與主控模塊(5)的輸出端電連接，數(shù)據(jù)傳輸模塊(8)的輸出端與外部設(shè)備連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光源可調(diào)的多通道ppg信號采集裝置，其特征在于，所述三波長光源信號發(fā)射及接收模塊(1)包括兩組三波長發(fā)光二極管(11)和一組三波長光電二極管(12)，其中一組三波長發(fā)光二極管(11)設(shè)置在三波長光電二極管(12)的同一平面，另一組三波長發(fā)光二極管(11)設(shè)置于所述三波長光電二極管(12)所在平面的正上方，所述單波長光源信號發(fā)射及接收模塊(2)包括兩組單波長發(fā)光二極管(21)和一組單波長光電二極管(22)，其中一組單波長發(fā)光二極管(21)與單波長光電二極管(22)置于同一平面，另一組單波長發(fā)光二極管(21)置于單波長光電二極管(22)所在平面的正上方。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光源可調(diào)的多通道ppg信號采集裝置，其特征在于，所述信號輸入源切換模塊(3)包括多個信號輸入源切換開關(guān)(31)，所述信號輸入源切換開關(guān)(31)均為雙刀雙擲開關(guān)，包括兩個輸入端和兩個輸出端，所述信號輸入源切換開關(guān)(31)的兩個輸入端分別與所述光電二極管(12)的正負(fù)極連接，多個所述信號輸入源切換開關(guān)(31)的輸出端并聯(lián)連接后與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(4)的輸入端連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光源可調(diào)的多通道ppg信號采集裝置，其特征在于，所述控制模塊(5)包括mcu主控制器(51)，所述mcu主控制器(51)包括若干個輸出端和輸入端，所述mcu主控制器(51)的多個輸出端分別與多個所述信號輸入源切換開關(guān)(31)的控制端和光源控制模塊(6)的控制端連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種光源可調(diào)的多通道ppg信號采集裝置，其特征在于，所述光源控制模塊(6)包括第一電位器旋鈕(61)、第二電位器旋鈕(612)和led驅(qū)動器(62)，所述第一電位器旋鈕(611)與mcu主控制器(51)的輸入端連接，第二電位器旋鈕(612)與供電模塊連接，所述led驅(qū)動器(62)包括一個輸入端和一個輸出端，所述led驅(qū)動器(62)的輸入端與mcu主控制器(51)的輸出端連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光源可調(diào)的多通道ppg信號采集裝置，其特征在于，所述光源控制模塊(6)還包括多個光源切換開關(guān)(63)，所述光源切換開關(guān)(63)為單刀雙擲開關(guān)，包括輸入端和兩個輸出端，所述光源切換開關(guān)(63)的輸入端以并聯(lián)的方式與led驅(qū)動器(62)的輸出端連接，光源切換開關(guān)(63)的兩個輸出端分別與透射式和反射式發(fā)射信號對應(yīng)的兩個發(fā)光二極管的負(fù)極電連接。

8.一種光源可調(diào)的多通道ppg信號采集方法，其特征在于，多通道ppg信號采集方法應(yīng)用于權(quán)利要求1至7任一項所述的多通道ppg信號采集裝置，包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種光源可調(diào)的多通道ppg信號采集方法，其特征在于，步驟s3中，所述采集三波長光源信號發(fā)射及接收模塊(1)的發(fā)射信號，包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種光源可調(diào)的多通道ppg信號采集方法，其特征在于，步驟s3中，所述采集任一通道單波長光源信號發(fā)射及接收模塊(2)的發(fā)射信號，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及信號采集技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種光源可調(diào)的多通道PPG信號采集裝置及方法，多通道PPG信號采集裝置包括一個三波長光源信號發(fā)射及接收模塊、多個單波長光源信號發(fā)射及接收模塊、信號輸入源切換模塊、主控模塊和光源控制模塊，三波長光源信號發(fā)射及接收模塊和單波長光源信號發(fā)射及接收模塊以并聯(lián)的方式與信號輸入源切換模塊連接，通過控制信號輸入源切換開關(guān)進(jìn)行三波長PPG信號輸入通道和任一單波長PPG信號輸入通道之間的切換，實現(xiàn)多種波長PPG信號的采集，本發(fā)明提供的多通道PPG信號采集方法通過循環(huán)采集式的工作模式進(jìn)行三波長通道的信號采集，大大地提高了PPG信號采集的效率和可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：王美林,楊昊,胡凱航
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21