指夾式血氧儀的測(cè)量原理是什么

指夾式血氧儀是用來監(jiān)測(cè)血氧飽和度的一種小型儀器，體積小、功耗低、使用方便、便于攜帶。測(cè)量時(shí)只需將手指插入指夾式光電傳感器中，即可測(cè)量血氧飽和度值和脈率。

血氧飽和度指的是血液中被氧結(jié)合的氧合血紅蛋白的容量，占全部可結(jié)合的血紅蛋白容量的百分比。它是反應(yīng)人體是否缺氧的一個(gè)重要的指標(biāo)，是體現(xiàn)呼吸循環(huán)的重要生理參數(shù)。血氧飽和度正常值應(yīng)該在95%-100%，如果低于94%，就需要引起警惕，盡快到醫(yī)院檢查缺氧的原因。

隨著我國(guó)人口老齡化速度不斷加快，人們對(duì)慢病預(yù)防和健康管理的需求呈上漲趨勢(shì)。例如，患有心腦血管疾病的病人會(huì)因血液黏稠、冠狀動(dòng)脈硬化、血管腔狹窄從而導(dǎo)致供氧困難。

由于病毒感染等原因造成的呼吸系統(tǒng)疾病，患者也會(huì)因?yàn)楹粑щy導(dǎo)致吸入氧氣量不足。如果患者重度缺氧，得不到及時(shí)供氧搶救，很可能有生命危險(xiǎn)。因此，這類人群需要長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)血氧含量，預(yù)防危險(xiǎn)發(fā)生。指夾式血氧儀正是一款具備“預(yù)防”屬性的家用健康設(shè)備。

指夾式血氧儀的測(cè)量原理是根據(jù)還原血紅蛋白（Hb）和氧合血紅蛋白（HbO2）對(duì)紅光和紅外光的吸收能力不同，用兩束不用波長(zhǎng)的光（紅光和紅外光）照射人體指端而由光敏組件獲取測(cè)量信號(hào)，所獲取信息經(jīng)過處理后分析出血氧飽和度值。

圖1 指夾式血氧儀原理框圖

圖1為指夾式血氧儀原理框圖，圖中，模擬開關(guān)用于切換紅光LED和紅外光LED燈，LED燈發(fā)射電流可達(dá)到幾十mA，因此要求模擬開關(guān)具有低導(dǎo)通電阻特性。紅光和紅外光LED由通用運(yùn)放和三極管構(gòu)成的恒流電路驅(qū)動(dòng)，具有較高的電流精度和較低的溫度漂移。

在光敏接收管側(cè)，運(yùn)放用于實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，一般選用低噪聲運(yùn)放，能夠更好地提高系統(tǒng)的分辨率。在電源拓?fù)渖?，一種是采用兩節(jié)干電池(3V)供電，通過DC-DC升壓到3.6V，再通過LDO降壓給系統(tǒng)各電路使用，另一種采用鋰電池供電，可以循環(huán)充電使用。

1

模擬開關(guān)

BELLING

超低導(dǎo)通電阻模擬開關(guān)BL1555：

寬工作電壓范圍：1.65~5.5V

超低導(dǎo)通電阻：0.3Ω

-3dB 帶寬：33MHz

靜態(tài)電流：小于 1uA

高隔離度：-66dB

工作溫度范圍：-40~+125℃

MSOP10，QFN1.8x1.4-10L 封裝可選

表1 模擬開關(guān)選型表

2

運(yùn)算放大器

BELLING

低噪聲運(yùn)放BL3782/84：

寬工作電壓范圍：2.1V~5.5V

低失調(diào)電壓：最大值 3.5mV

低溫度漂移：典型值 2.4uV/℃

低輸入偏置電流：1pA

增益帶寬積（GBW）：6MHz

靜態(tài)電流：470uA 每通道

噪聲系數(shù)：13nV/√Hz

通用運(yùn)放BL321L：

寬工作電壓范圍：2.1V~5.5V

低失調(diào)電壓：最大值 3.5mV

低溫度漂移：典型值 2.7uV/℃

低輸入偏置電流：1pA

增益帶寬積（GBW）：1MHz

靜態(tài)電流：40uA 每通道

噪聲系數(shù)：27nV/√Hz

表2 運(yùn)算放大器選型表

3

LDO

BELLING

低噪聲高電源抑制比LDO BL9161G, BL9162：

寬工作電壓范圍

良好的電源抑制比指標(biāo)

低關(guān)斷電流

低dropout電壓

內(nèi)置過熱保護(hù)功能

快放電功能

DFN1x1-4L,SOT23-5,SOT23-3,SC70-5封裝

表3 LDO選型表

4

鋰電池充電芯片

BELLING

線性充電管理芯片BL4054B，BL4056C：

鋰電池正負(fù)極反接保護(hù)（部分型號(hào)）

Vcc 輸入端反接保護(hù)（部分型號(hào)）

可編程充電電流

恒定電流/恒定電壓

溫度自適應(yīng)可實(shí)現(xiàn)充電速率最大化

精度達(dá)到±1%的預(yù)設(shè)充電電壓

自動(dòng)再充電

C/10 充電終止

2.9V涓流充電

軟啟動(dòng)限制浪涌電流

表4 鋰電池充電芯片選型表

5

DC-DC升壓電路

BELLING

BL8536和ME2188是PFM高效同步升壓電路，靜態(tài)電流低，外圍電路簡(jiǎn)單，非常適合干電池供電的電子產(chǎn)品應(yīng)用。

效率達(dá)93%以上

0.9V低啟動(dòng)電壓

同步整流，不需外圍肖特基二極管

表5 DC-DC升壓芯片選型表

6

低壓MOSFET

BELLING

BLM2301和BLM2305為采用溝槽技術(shù)的P溝道低壓MOSFET， 具有極低的導(dǎo)通電阻，低至0.7V的柵極開啟電壓非常適合采用電池供電的便攜電子產(chǎn)品。

表6 低壓P溝道MOSFET選型表

審核編輯：劉清