基于Multisim的血氧飽和度論文

1、燕山大學課 程 設 計 說 明 書 題目：雙波長近紅外光譜法無創(chuàng)腦血氧飽和度監(jiān)測系統(tǒng)學院（系）： 電氣工程學院 年級專業(yè)：10級生物醫(yī)學工程2班學 號： 100103040032 學生姓名： 郭文 指導教師： 趙勇 等 教師職稱： 副教授 燕山大學課程設計（論文）任務書院（系）：電氣工程學院 基層教學單位：生物醫(yī)學工程系 學 號100103040032學生姓名郭文專業(yè)（班級）生物醫(yī)學工程2班設計題目 雙波長近紅外光譜法無創(chuàng)腦血氧飽和度監(jiān)測系統(tǒng)設計技術參數(shù) 1.產生方波的頻率是500hz,幅值是5v 2.恒流源是0安培到1微安可調 3.滑動電阻r1是20k和r2是50k 設計要求 1.利用光電池

2、接受不同的頻率找出最佳工作頻率 2.利用施密特產生正弦波脈沖信號 3.利用multisim軟件進行電路仿真與優(yōu)化。工作量 1.調設計調頻信號電路；2.multisum軟件學習；3.功能電路仿真與參數(shù)優(yōu)化；4.完成課程設計報告一份工作計劃1天 方案調研與系統(tǒng)總體設計；2天 仿真軟件學習；3天 功能電路仿真與元件參數(shù)優(yōu)化；4天 整體電路聯(lián)調；5天 系統(tǒng)總結完成報告。參考資料1現(xiàn)代測控電路 李剛等 天津大學出版社2. 根據(jù)自己找到資料填寫3網上相關資料指導教師簽字基層教學單位主任簽字說明：此表一式四份，學生、指導教師、基層教學單位、系部各一份。年 月 日 燕山大學課程設計評審意見表指導教師評語： 該

3、生學習態(tài)度 （認真 較認真 不認真） 該生遲到、早退現(xiàn)象 （有 無） 該生依賴他人進行設計情況 （有 無）成績： 指導教師： 年 月 日答辯小組評語： 設計巧妙，實現(xiàn)設計要求，并有所創(chuàng)新。 設計合理，實現(xiàn)設計要求。 實現(xiàn)了大部分設計要求。 沒有完成設計要求，或者只實現(xiàn)了一小部分的設計要求。成績： 組長： 年 月 日課程設計總成績：答辯小組成員簽字：年 月 日 目錄第一章 摘要1第二章 原理與推導2第一節(jié)腦血氧監(jiān)測的意義 2 第二節(jié)組織成分的光譜特性為腦血氧檢測提供可能3第三節(jié)腦血氧監(jiān)測的基本原理和推導新的計算方法4第三章系統(tǒng)硬件設計11第一節(jié)電源制作11第二節(jié)傳感器設計1231光源的選擇123

4、2光電轉換器的選擇及其對光調制頻率響應特性的研究12 321硅光電池的特性13 322 光電池對光調制頻率響應特性的實驗研究1433傳感器的構建16 331脈沖發(fā)生器16 332恒流源17 3. 3. 3 同步積分模塊18第四章 心得體會19第五章 參考文獻20 第一章 摘要 隨著電子技術、激光技術和計算機技術的飛速發(fā)展，生物醫(yī)學儀器亦有了長足的進步，研究無創(chuàng)傷、微型化和智能化的醫(yī)療儀器己成為國內外學者關注的熱點血氧飽和度(sa02)直接反映了細胞和組織供氧和氧代謝的狀況，是呼吸循環(huán)系統(tǒng)的重要生理參數(shù)而腦組織新陳代謝率高，耗氧量占全身耗氧量的20，密切監(jiān)測腦血氧和腦代謝狀況肋止腦損傷是十分重要

5、的. 通過調查研究知，近紅外光對人體有很強的穿透能力，能透過皮膚、頭骨、和腦組織數(shù)厘米的深度組織成分(水和天然細胞色素)的吸收光譜特性為腦血氧檢測提供可能雙波長近紅外光譜法監(jiān)測腦血氧飽和度基于雙光源雙感受器模型應該充分考慮該模型中近處光電池采集的光不完全在非腦組織中傳播這一因素，根據(jù)改進的朗伯特一比爾定律利吸光度加和定律獨立地推導出更準確的計算公式，公式系數(shù)的確定變得更簡單 在系統(tǒng)傳感器的設計中，我們小組采用了660nm和810nm兩種波長的激光二極管不是發(fā)光二極管作為光源，使用光電池來取代光敏二極管采集信號，擬用20mm和30mm作為兩光電池到光源的相對距離設計并制作了方波發(fā)牛器、恒流源、i

6、v變換器等電路根據(jù)光電池對光調制頻率響應特性的實驗研究結果，我們擬用400hz作為光源及信號處理電路的理想調制頻率 系統(tǒng)的信號處理電路包括同步分離器、調節(jié)放大器組、同步積分器、采樣保持電路等電路模塊我們小組提取和制作鎖相放大器的核心部分：同步積分器，并成功地應用于腦血氧信號的處瑚中作者還進行了同步積分器輸入輸出波形的觀察以及其傳輸特性的實驗研究證實了同步積分器有極好的頻率匹配傳輸?shù)奶匦?，對匹配頻率外的輸入信號衰減極大，尤其有抑制偶次諧波的能力為了提高檢測的實時性和精密度，我們使用采樣保持電路而不是傳統(tǒng)的峰值檢波器來提取生理信號的幅值，其控制信號來自單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的同步窄脈沖 第二章原理與推導

7、 根據(jù)量子力學理論，在分子中存在電子能級和振動一轉動能級當電子能級和振動轉動能級發(fā)生躍遷時，就會產生分子吸收光譜或發(fā)射光譜人們將780nm25 u m光譜區(qū)定義為近紅外光譜區(qū)，25 la m400u m光譜區(qū)定義為紅外光譜區(qū)，而400 u m1000 u m光譜區(qū)定義為遠紅外光譜區(qū)紅外光的能量與分子振動能量相當，而近紅外吸收光譜主要是由于分子基頻振動(吸收帶通常在中紅外光譜區(qū))的泛頻(780nm 18 um)和組頻(18 um25tam)吸收所致。尤其是由oh、n_h、ch鍵的伸縮振動和彎曲振動的諧振和泛頻吸收引起的。近紅外光能很容易地穿透生物組織，在安全標準邊緣，近紅外光子可以穿透78cm的

8、生物組織14j由于近紅外光譜提取信息方便，光譜圖重現(xiàn)性好，分析精度高i，i，所以很適合做ch、nh、oh鍵結構的定量分析近紅外光譜腦血氧飽和度無創(chuàng)檢測方法就是利用組織中氧化和還原血紅蛋白的近紅外吸收光譜特征來進行的 第一節(jié)腦血氧監(jiān)測的意義 氧是維持人體生命的重要物質，人體組織細胞進行新陳代謝所需要的氧是從血液中獲取的；人體的呼吸運動將空氣中的氧吸入肺泡，再經過氣體交換進入血液，并隨動脈血的流動向全身各組織器官輸送，在組織內的毛細血管網處，血液中的氧與血液相分離，供給組織細胞維持生命活動所需的氧61如圖21所示 圖2.1 血液中的氧絕大部分是與血紅蛋白(hb)結合在一起的19血紅蛋白可結合134

9、136ml氧氣吵健康成年人，如血紅蛋白的量為159100ml，則100m1血液能結合氧氣的最大量約為20m1血氧飽和度(sa02)是血液中氧合血紅蛋白(hb02)的容量占全部血紅蛋白(氧合血紅蛋白hb02和還原血紅蛋白hb之和)容量的百分比，它直接反映了細胞和組織供氧和氧代謝的狀況，是呼吸循環(huán)系統(tǒng)的重要生理參數(shù)，許多呼吸系統(tǒng)的疾病都會引起人體血液中血氧濃度的降低，嚴重的會威脅人的生命而腦組織新陳代謝率高，耗氧量占全身耗氧量的20，而且對缺氧特別敏感，短時間缺氧就有可能造成中樞系統(tǒng)不可恢復的損傷在深低溫停循環(huán)的心血管手術中、神經外科的血管內手術中、腦意外的急救中、危重病人搶救時、心臟驟停后大腦復

10、蘇的治療等情況下，一個重要闖題是腦保護，為避免缺氧或缺血導致病人出現(xiàn)嚴重紊亂，并降低手術并發(fā)癥的發(fā)生，需連續(xù)監(jiān)測腦血氧含量，密切關注腦供氧和腦代謝的狀況，以防對大腦的損傷因此，監(jiān)測腦血氧狀況是十分重要的 腦血氧監(jiān)測較脈搏血氧監(jiān)測有更特殊的臨床應用價值，脈搏血氧監(jiān)測只有在動脈搏動的情況下才有意義，而腦血氧傳感器測量的是大腦局部的混合血氧飽和度，有其特殊的臨床應用范圍，可以采集人體在低血壓、脈搏搏動減弱甚至心臟停止跳動時的血氧信號 第二節(jié)組織成分的光譜特性為腦血氧檢測提供可能 水構成生物組織的絕大部分，水分子的極性強，所以其振動在中紅外區(qū)有很強的吸收但存約700nm900nm時的光吸收比其他譜區(qū)要

11、小，使得一個“光譜窗”被打開，為檢測生物組織中的其它成分提供可能性水的近紅外吸收光譜見圖22 圖2.2水的近紅外吸收光譜 不同的天然細胞色素具有不同的吸收光譜，天然細胞色素b、c1、c為紅色細胞色素，aa3為綠色細胞色素從細胞色素b的吸收光譜可以看出(見圖23)，它在近紅外光譜區(qū)的吸收率很小，對血氧飽和度檢鋇4的影響不大而以氧化銅為中心的細胞色素c氧化酶(cyt02）有與氧結合狀態(tài)相關聯(lián)的確定的吸收光譜它在約780 nm870nm處有一個吸收峰從單個分子的水平來比較，cyt02的吸收峰比血紅蛋白的要高，且其與還原態(tài)的吸收差異也比氧合與還原血紅蛋白的吸收差異要大但與血紅蛋白比起來，細胞色素c及其

12、氧化酶的濃度要穩(wěn)定得多，一般會多天維持同一水平而且因為組織中血紅蛋白的含量比細胞色素c大的多，血紅蛋白對光總的吸收是細胞色素c的十倍左右。 圖2.3細胞色素b的吸收光譜 其它天然色素如褪黑激素也會給腦血氧檢測帶來較小的影響同時膽紅素會降低腦血氧飽和度并減緩其變化還有一些組織生色團(如cerebrocuprein和erythocuprein)的吸收光譜也會因氧合狀態(tài)的改變而改變，但它們在近紅外光譜區(qū)對光的吸收都很小，可以忽略。 近紅外光對人體有很強的穿透能力，它能透過頭發(fā)、頭骨、和腦組縱數(shù)厘米的深度人腦中每100克組織中含血紅蛋白6001000mg，使人腦極適合近紅外光譜法無創(chuàng)測量血紅蛋白和氧合

13、血紅蛋白的含量 第三節(jié)腦血氧監(jiān)測的基本原理和推導新的計算方法 氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白的近紅外吸收光譜見圖24顯然在紅光譜區(qū)(600hm700nm)hb02和hb的吸光系數(shù)差別很大，在該波段內，選用合適的波長的激光照射組織，光的吸收程度將很大程度依賴于血氧飽和度；而在紅外光譜區(qū)(800nm1000nm)，hb02和hb的吸光系數(shù)差別不大，若使用等吸收波長805nm左右的激光照射組織，光的吸收程度則主要反映了血紅蛋白(hb02和hb)的總量利用氧合和還原血紅蛋白吸光系數(shù)的差異就可以測量血氧飽和度 圖24 氧臺血紅蛋自和還原血紅蛋白的近紅外吸收光譜 腦血氧飽和度儀利用分光光度法直接測量大腦局部血

14、氧飽和度(rsc02)大腦組織中靜脈和動脈占了絕大部分，腦血氧飽和度實質是局部大腦血紅蛋白混合氧飽和度，主要代表靜脈部分因而能在低血壓、脈搏搏動減b日甚至心臟停止跳動的情況下使用不受限制腦組織位于由顱骨構成的封閉腔內，因而若采用遠近兩個不同距離的光感受器，則近處光感受器所接收的信號較多的反映了淺表層組織(頭皮、頭骨)的信息，而遠處光感受器所接收的信號較多的反映了深部組織的信息其檢測模型基于圖2.5中的雙光源雙感受器模型圖中1、2代表近處和遠處光感受器，接收波長n和r的光照射下來自表層組織(皮膚、皮下組織、骨骼)和腦組織的信息 圖2.5腦血氧檢測的雙光源雙感受器模型 血氧飽和度的計算基于朗伯一比

15、爾定律(the lambert-beer law)和吸光度加和定律，朗伯一比爾定律是： (11) 其中i0和i分別表示發(fā)射光強和接收光強，c表示待測物質濃度，l表示光穿過組織的路徑長度，e表示待測成分的摩爾吸光系數(shù)，w為光吸收度 對生物組織而占，由于光子在組織中吸收與散射的隨機性，朗伯一比爾定律應改進為： 此時的g表示待測成分在組織中的平均濃度，l指的是光子在組織中行走的平均光程，一般為光源到光感受器間距離的46倍(對一百個成年人的腦顱和前臂分別進行測量，得到這個倍數(shù)分別為626和416，散射因子g用來彌補因散射而減弱的光強，對于特定的檢測對象，g一般假定為常數(shù) 吸光度加和定律是指在某一波長下

16、，樣品溶液中含有多種對光產生吸收的物質，那么該溶液對該波長光的總吸光度m，應該等于溶液中每一成分的吸光度之線性加和吸光度加和定律是多組分混合體系對光吸收的重要性質，是對多組分混合體系進行定量分析的理論依據(jù)。作者認為，吸光度加和定律實際上是朗伯一比爾定律的推論設待測樣品溶液中含n種光吸收物質，若將這11種物質視為分層排列，那么第一種物質的入射光強足io，出射光強為i1，作為第二種物質的入射光強同理類推，對于第n種物質，其入射光強是in-1，出射光強是in這樣從1到n種物質的吸光度之和為 簡化得即總吸光度在生物組織中可以進行類似推導 具體到雙波長雙感受器腦血氡無創(chuàng)監(jiān)測模型，光子穿透的組織是多組分混

17、合體系，體系包括皮膚、皮f組織、骨骼、腦組織(特指不含血紅蛋白的腦組織)、氧化血紅蛋白和還原血紅蛋白等因而據(jù)吸光度加和定律有： 式中，w總表示總的吸光度，w非腦組織表示皮膚、皮下組織、骨骼等非腦組織的吸光度，w腦組織表示只不含血紅蛋白的腦組織的吸光度，則分別表示氧化血紅蛋白和還原血紅蛋白的吸光度下面進行新的腦血氧計算方法的推導，在推導中，符號及對應的意義如下： n：近紅外光r：紅光 下標1：近處光電池下標2：遠處光電池 ni：從近處光電池得到的近紅外光后向散射信號 rl：從近處光電池得到的紅光后向散射信號 n2：從遠處光電池得到的近紅外光后向散射信號 r2：從遠處光電池得到的紅光后向散射信號

18、ior：紅光光源的發(fā)射光強 ion：近紅外光源的發(fā)射光強 對于n光遠處光電池有，總的吸光度 對于n光近處光電池有，總的吸光度 近似認為，即遠近兩條光通路在除腦組織外的部分吸光度相等，也即近似認為遠近兩通路在非腦組織部分的光程一致(從腦血氧無創(chuàng)檢測雙光源雙感受器模型看來，這里的近似是很顯然的)且，令為，即氧合血紅蛋白與還原血紅蛋白在選定的近紅外波長上吸光系數(shù)近似相等設，將上述兩式相減得遠近兩光電轉換器在近紅外光源下的總的吸光度之差為：據(jù)朗伯一比爾定律有： 故： 同理對于r光遠處光電池有，總的吸光度：對于r光近處光電池有，總的吸光度：同樣近似認為，上述兩式相減得遠近兩光電池在紅光光源下的總的吸光度

19、之差：據(jù)朗伯一比爾定律有： 故：聯(lián)合式1.8，推得腦血氧飽和度為： 其中： 由于所以，式114的物理意義如下： 即腦血氧飽和度的值正比于除腦組織外的紅光吸光度之差比紅外光吸光度之差，系數(shù)為負常數(shù) 美國的somanetics公司最新推出的無創(chuàng)近紅外腦血氧監(jiān)測儀型號（inv03100)亦采用雙波長雙感受器模型，其使用的公式由以下式給出 其最終的定標校驗公式為， 并指出系數(shù)a、b、c需通過實驗研究得出，即獲得多名健康者實驗數(shù)據(jù)后，通過回歸分析的方法得出從該公式看出，其基于的前提是第一個感受器上采集的光完全來自非腦組織作者認為這是不可能的首先，非腦組織的厚度因人而異，而近處光電池到光源的距離卻是固定的

20、，該公式可能較近似地適合少數(shù)待測人群，但普適性差；其次，光在組織中散射的隨機性決定了一定有相當一部分光子進入腦組織，而且光子在生物組織中行走的平均光程一般為光源到接收器問距離的46倍，該公司產品的近處光感受器到光源的距離為30zmn，光了的平均路徑將達1218cm，而表皮到腦組織的厚度不到1cm，所以有相當大的一部分光子的光程會包含腦組織可見該公司的計算方法所作的近似過于粗略我們在推導過程中認真考慮了這一因素，獨立地推導出更準確的計算公式從推出的公式町以看出其系數(shù)的確定更加簡單，其中a、d可從光譜曲線上直接讀出b、c可以根據(jù)前人的實驗結果結合適當?shù)膶嶒炑芯康贸隽硗?，從推導的過程，我們還可以看出

21、，系統(tǒng)的設計并不要求，即并不要求近紅外光源的出射光強等于紅外光的出射光強這樣減少了對系統(tǒng)光源進行精密調節(jié)的困難，但為了系統(tǒng)設計的簡便(為了使各路放大器的放大倍數(shù)在同一數(shù)量級上)，以及減小計算上的相對誤差，我們仍然有必要對系統(tǒng)的雙光源進行粗略的調節(jié)，使輸出光強大致相等 第三章系統(tǒng)硬件設計 腦血氧監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計的指導思想是：無創(chuàng)、經濟及智能化它以計算機為信號運算與顯示的平臺，傳感器光源采用調制模式，以減少信號的漂移，其調制信號被信號處理模塊利用來實現(xiàn)多路信號的同步分離放大和相關檢測相關檢測的核心部件是同步積分器，這種功能強大、造價低廉的方波匹配器首次被作者從復雜而精密的鎖相放大器中提取制作出來并

22、巧妙地應用到腦血氧監(jiān)測系統(tǒng)中，使得檢出腦血氧微弱信號的難題被徹底解決整個系統(tǒng)的硬件設計結構緊湊、造價低廉、性能穩(wěn)定，將具有很好的市場前景系統(tǒng)詳細的結構圖見第五章的附錄1下文將把系統(tǒng)劃分為電源、傳感器、信號處理電路、接口電路四大模塊來分別詳細地講解 第一節(jié)電源制作 系統(tǒng)需要的電源電壓有直流5v利15 v這些電壓由圖31所示的電路通過變壓器、整流橋、三端穩(wěn)壓器、電解電容等來實現(xiàn)其中，+15v的電源的獲得是使用220v一18v變壓器將市電220v交流電轉換成18v交流，再通過橋式整流電路和濾波電容將其轉化為直流電壓約+22v，三端穩(wěn)壓器7815再將電壓穩(wěn)定至+15v直流電壓其它二種電壓以類似的方法獲

23、得電路中的四個三端穩(wěn)壓器均附有適當面積的散熱片，以保證其工作的可靠性 圖31 電源電路原理圖 第二節(jié)傳感器設計 31光源的選擇 基于設計成本上的考慮，人們往往首先考慮使用發(fā)光二極管作為探測光源實際上由于腦血氧檢測的特點決定了光電二極管并不合適，因為1腦血氧傳感器的設計基于光的反射和后向散射模式，而且光電探測器到光源的距離不可以太短，這就決定了光源的光強要盡量大(在安全標準內)，而發(fā)光二極管的光強顯然遠不如激光二極管強；2腦血氧檢測基于氧化利還原血紅蛋白吸光系數(shù)的差異而設計，要求光源的發(fā)射波長分別位于氧化和還原血紅蛋白的等吸光波長附近和吸光差異較大處，單色性越好越有利于腦血氧的計算和公式中系數(shù)的

24、確定從下面的我們實測的發(fā)光二極管與半導體激光二極管發(fā)射光譜的對比圖(圖32)可見，半導體激光器發(fā)射光譜的單色性遠比發(fā)光二極管好所以我們實際采用了660nm和810nm兩種波長的激光二極管作為光源具體技術指標如下： 近紅外光半導體激光器n(810nm)輸出功率：30mw，閩值電流：30ma，工作電流：65ma，結電壓：3v 紅光半導體激光器r(660nm)輸出功率：10mw閾值電流：5ma，工作電流：25ma，結電壓：3v 圖32 發(fā)光二極管與半導體激光二極管發(fā)射光譜的對比 32光電轉換器的選擇及其對光調制頻率響應特性的研究 在光電轉換器的選擇上我們前期的工作選擇的是光敏二極管，其輸出電壓與照射

25、光強確有較好的線性，但我們最終使用光電池來取代光敏二極管，原因是：檢測傳感器使用時要求緊貼額頭，以盡可能地減小背景光的影響，而光敏二極管的頭部是圓柱形的，緊貼額頭時會發(fā)生位移或抖動，不利于信號采集；另外，光敏二極管的光電接受表而小，要求待測光須與其接受面盡可能的垂直，而腦血氧的檢測采集的是從各個方向反射和后向散射過來的光線，因而光敏二極管只能采集到很小一部分光信號，而光電池的表面是平面而且接受面積是一般光敏二極管的515倍，可以很好地采集光信號所以我們后來使用光電池作為光電探測器下面講述光電池的特性以及作者進行的光電池對光調制頻率響應特性的實驗研究321硅光電池的特性 傳感囂采用了硅光電池的主

26、要原因是硅光電池具有如下二大優(yōu)點：1其輸出短路電流與待測光強有良好的線性關系；2其頻譜響應寬，可以兼顧紅光與紅外光的檢測靈敏度；3其溫度穩(wěn)定性好下文將定量地介紹硅光電池的豐要特性(1)硅光電池的光照特性：硅光電池在不同的光照度下，光電流和光牛電動勢是不同的，如圖33所示 圖33硅光電池的光照特性 可見，短路電流在很大范圍內與光照度成線性關系，開路電壓與照度的關系卻是對數(shù)關系因此使用時應該把它作為電流源來使用并采取iv變換電路如圖34所示運算放大器中與光電池正極連接的反相輸入端是虛地，保證了光電池的短路條件，使得輸出電流為光電池的短路電流根據(jù)iv變換電路的規(guī)律，知 圖34 光電池的使用方法 (2

27、)光電池的光譜特性：光電池對不同特性的光其靈敏度是不同的，硒光電池私硅光電池的光譜特性曲線。如圖35可見，硅光電池的光譜響應峰值在800nm左右，而硒光電池在500nm左右因為腦血氧檢測光源使用紅光和紅外光源，而硅光電池的敏感波長正好位于該范圍內，所以硅光電被選為最終的光電轉換器。 圖3.5光電池的頻響特性曲線 322 光電池對光調制頻率響應特性的實驗研究 對于調制光，硅光電池對調制頻率的響應是另一個需要認真考慮的問題因為調制頻率太高，超出其響應范圍，則光電池的輸出波形會出現(xiàn)衰減振蕩現(xiàn)象，相當于在輸出信號上疊加了很強的高頻噪聲，不利于生理信號的檢出為此，本人進行了光電池對光調制頻率響應特性的實

28、驗研究使用調頻電路（如下圖3.6所示）輸出的脈沖對一特定波長的激光二極管光源進行調制，調制頻率原件可以通過調節(jié)頻率電路來改變頻率大小，用此可以模擬光源直接照射光電池光電池輸出信號通過示波器進行觀察下列示波器記錄圖(圖37圖至3.11)是砘光電池對光調制頻率分別為58.9hz，208.9hz，4098hz，29khz，69khz的響應輸出從實驗研究可知，要得到噪聲很小的輸出信號波形，調制頻率并不能太高兼顧到計算機的采樣速率，400hz是理想的調制頻率，所以在后續(xù)系統(tǒng)的設計中光源調制頻率設定在400hz左。 圖3.6調頻電路 圖3.7調制頻率58.9hz時硅光電池的響應輸出 圖3.8調制頻率208

29、.9hz時硅光電池的響應輸出 圖3.9調制頻率409.8hz時硅光電池的響應輸出 圖3.10調制頻率2.9khz時硅光電池的響應輸出 圖3.11調制頻率6.9khz時硅光電池的響應輸出 33傳感器的構建331脈沖發(fā)生器 腦血氧檢測傳感器的雙光源須采用凋制的方法，交替照射腦前額，因而需要制作調制脈沖發(fā)牛器我們設計并使用了一種調制脈沖產生電路，應用施密特觸發(fā)器作為主要元件。（如下圖3.12所示） 圖3.12施密特產生方波 調節(jié)電阻r1，r2以及電容c可調節(jié)輸出控制脈沖的頻率，根據(jù)調頻器件模擬光電池對光調制頻率的響應特性以及系統(tǒng)要求雙光源交替照射的特點，實際電路調節(jié)時使輸出脈沖為頻率400hz。方波

30、發(fā)牛器在系統(tǒng)中至關重要，除了用來控制光源的通斷之外，還用作同步分離器和同步積分器的控制信號、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入信號等，為了增大輸出電流，應采取多個施密特觸發(fā)器的辦法得到的輸出脈沖波形。（如圖313所示） 圖313方波發(fā)生器輸出控制脈沖波形332恒流源 恒流源定義 恒流源是輸出電流保持不變的電流源，其在電路中用來給光源提供恒定的電流，使發(fā)射光強恒定，而理想的恒流源不因負載(輸出電壓)變化而改變，不因環(huán)境溫度變化而改變，內阻為無限大。（具體電路如下圖3.14所示） 圖3.14恒電源電路 3, 3, 3 同步積分模塊 同步積分的原理 在微弱信號檢測中，通過同步積分器(鎖相放大器的核心部分)提取待測信號，其工作原理是采用對信號和噪聲多次累積平均的辦法，將已知頻率的信號從噪聲中提取出來信號正負半周分別通過兩個積累器累加，其控制開關被與待測信號同步的方波信號調制。同步積分器輸出信號的幅度正比于待測信號，而隨機的噪聲信號則在多次累加后大大消弱。（電路如下圖3.15所示） 圖3.15同步積分電路 第四章 心得體會 我們小組從腦血氧檢測發(fā)展的歷史看出，透射式的傳感器都難以發(fā)揮作