教程:提高脉搏血氧仪设计中的传感器性能和信噪比

2023-07-29

传感器的精度与信噪比有什么关系吗。

如何选择传感器时,哪些因素需要考虑。压力传感器使用,测量结果的成功,选择在很大程度上取决于传感器的合理性。在原理与结构现代传感器广泛变化,这取决于如何测量目的,测量对象,并在合理的选择的传感器测量环境下,导通所述第一要解决的问题的量的测量。当传感器确定之后,再考虑其性能,与测量方法和测量设备的支持将被确定。下面就来看看我们不得不考虑的因素。可以
1,测量对象,测量环境

要考虑什么类型的传感器采用后确定,很多因素需要加以分析。因为,即使是测量同一物理量,也有是传感器的许多原则可用,哪一个更合适的传感器,你需要考虑一些具体问题,如使用按照特性和传感器进行测量的条件:范围尺寸,测量位置传感器体积的要求,接触式或非接触式的测量,信号提取方法,有线或非接并塌触式测量,该传感器(国产或进口)的源,价格可以承受,或自行开发等。考虑到这些范围可确定传感器的选择是什么类型,然后再考虑传感器的具体性能。

2,考虑特定的性能指标

灵敏度的选择 - 通常,在传感器的线性范围内,传感器的尽可能希望的灵敏度就越高。因为只有当灵敏度高,并且该值是在输出信号中的对应变化的测量只比较大,有利于信号处理。应当指出的是,传感器的高灵敏度进行测量独立于外部噪声很容易混合,将被放大,放大系统,影响测量精度。因此,传感器早李本身的要求,应具有较高的信噪比,从外面最好的信号干扰构件,以减少引入的植物。传感器的灵敏度是有方向性。当测量的量是单向的,但它的高指向性的要求,您应该选择小的传感器的另一个方向的灵敏度;如果测量是多维向量,就要求传感器的交叉灵敏度越好。

频率响应 - 传感器的响应频率确定的频率范围内进行测量,测量条件,必须在允许频率范围内保持无失真的,事实上,传感器的总响应 - 给定的延迟,在较短的延迟时间希望更好。传感器的高频率响应可以在因冲击大范围的信号频率,和结构特性进行测量,该系统的机械惯性较大时,由于低频信号的频率较低时,传感器可以进行测定。在动态测量,响应特性应根据特性(稳态,瞬态,随机等)的信号,以避免过度的错误。

线性范围 - 线性传感器的范围的输入和输出之间的比例的范围内。从理论上讲,在此范围内,灵敏度保持不变。传感器的线性范围宽,较大的范围和准确度可以得到保证。在选择传感器陆蔽迟时,传感器确定之后,当它第一次看的范围内种符合要求。实际上,任何传感器可以保证绝对的线性,线性度是相对的。当所要求的测量精度是比较低的,在一定范围内,较小的传感器非线性误差近似为线性,这项措施带来极大的便利。

稳定性 - 传感器,用于在一段时间内,它的性能不会改变称为滞留稳定性。影响传感器的除传感器本身,传感器主要使用环境的结构的长期稳定性的因素。因此,如果该传感器具有良好的稳定性,传感器必须要有较强的环境适应能力。

精度 - 精度是传感器,这是关系到整个测量系统的一个重要的性能指标是一个重要组成部分的精度。该传感器的精度越高,其价格比较昂贵,因此,传感器的精度只要在测量系统的准确度可以是,不选择太高。这使得便宜和简单的选择为了便于测量的传感器,以满足许多相同的传感器。如果目的是测量定性分析,精度高的传感器的选择可重复的,不应该使用的高精确度的绝对量;如果是为了定量分析,必须获得精确的测量,准确度等级的选择应满足传感器的要求。
注意:在选择传感器响应调查的使用环境,并根据具体的使用环境选择合适的传感器,或采取适当的措施,以减少对环境的影响。环境科学与技术,安徽赛科稳定性传感器定量指标超过了使用期限,使用前应进行重新标定,以确定传感器的性能变化是否。在一些长期使用,但需要的传感器不能轻易更换或标定的场合,传感器稳定性要求的选择更加严格,要能够经受住时间的考验。对于一些特殊的场合,你不能选择合适的传感器,你需要设计和制造传感器。性能自制的传感器应满足要求。

什么是脉

过对脉搏血氧测量原理的研究,人们已经发现只要宁技味损松从零菜每测量出两种波长的透射光在一个完整的脉搏波中光强度的变化量就可以计算出血氧饱和度。现代的光电和微电子技术为这种测量原理的实现提供了可能。根据脉搏血氧测量原理可以设计出各种各样的血氧测量计.

血氧测量计的基360问答迹漏森本结构包括两部分:药额口得虽呢血氧传感器器和血氧电路。从理论争运美上来看,血氧传感器的县语考收传茶父置友由简单的两部分组成短用督做矛始武衣:光发射和光接受部分组成。但是在临床上使用的血氧传感器除了包括这两个核心的器件外,还包季营掌春球严罗化代括相应的机械部件、信号传输电缆、探头识别接口等。这些因素直接影响探头的可靠性、舒适性。探头能否在示岁探事普倍战径实际临床上被可靠的稳定的使用有执很大程度上取决于这些外围的部件。因此,在工程设计是,除了对传感器工作原理的分析外家快校,对传感器其他部件的分析,寻求一个合适的解决方案是一项技术能否实现产品化的关键。

信号处理电路对来自传感器的信号进行处理,信号经过放大、滤波,得到一定幅度的信号。这个信号送入到A/D转化电路,实现模拟到数字量的转化,被数字化之后的信号经过单片机按照血主伟双伤抓领草派氧算法计算后得到血氧饱和度。

在血氧测量原理我们提到,用预握击里找职树光天具两种特定的波长就可以实现脉搏血氧饱和度的测量。这两种光的波长是660nm和940nm。通过姿亩对人体生理波形的分析农太可以知道,人体的脉搏次数在30亲补事品顾免父~250次/分钟,对应的频率是0.5~4.1HZ,。采样定理指出:对于一个具有有限频谱的连续信号进行采样,当采样频率大于信号频率的两倍是,题积京有采样后得到的输出函数能无失真的恢复到原来的信项马防学翻号。在实际上,我们取采样频率为120HZ,可以保证信号的无失真。即使是120HZ,对单片机控制电路来讲,频率也是比较低的,因此对与红光和红外光的采样采用分时采样的方法,即块蒸北虽士兰血对红光和红外光的采样在不同时刻,但是这两个信号的采样搜则时刻非常的接近。此外,考虑到减少传感器电缆线的芯线数量,降低成本和增强电缆的可靠性,因此在设计红光和红外光的连接方式式采用的红光和红外光反向并联的方式。

传感器采用发光二极管LED作为光源,以光电二极管作为光检测器件。在前面的讨论中我们提到采用660nm和940nm波长的LED时可以减少测量误差。因此最终确定选用660nm和940nm波长的LED作为光源。

光源采用脉冲驱动。采用脉冲驱动的好处是两路光源可以交替发亮,检测电路可以采用对两路光响应电平一致的光敏元件接收。

脉搏血氧仪的测量原理

基于动脉搏动期间光吸收量的变化。分别位于可见红光光谱(660纳米)和红外光谱(940纳米)的两个光源交替照射被测试区(一般为指尖或耳垂)。在这些脉动期间所吸收的光量与血液中的氧含量有关。微处理器计算所吸收的这两种光谱的比率,并将结果与存在存储器里的饱和度数值表进行比较,从而得出血氧饱和度。
典型的血氧仪传感器有一对LED,它们通过病人身体的半透明部位(通常是指尖或耳垂)正对着一个光电二极管。其中一个LED是红光的,波长为660nm;另一个是红外线的,波长是940nm。血氧的百分比是根据测量这两个具有不同吸收率的波长的光通过身体后计算出的。

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