● 摘要
本文以空间生物医学应用为背景，探索用脉搏血氧仪对宇航员的生理信息进行监测。脉搏血氧仪测量两个重要的生理参数，分别为血氧饱和度和脉搏信号。血氧饱和度直接反应人体的心肺功能，以及所在氧压环境；脉搏信号直接反应了人体的心率信息，并且容积脉搏波所包含的生理信息有重要的研究价值。脉搏血氧传感系统的相关技术研究中，采用两个不同波长的光穿透人体组织（手指、耳朵等器官），通过对携带有信息量的透射或反射光强进行探测、解算后得到所需要的血氧饱和度和脉搏信息。传统的两波长的测量范围在70％～100％。本文提出尝试用三波长方案扩大测量范围，用以应对空间环境的复杂性（失重、氧压环境）。本文通过蒙特卡罗仿真，分析并证明了传统理论中的不足，并给出误差的计算公式。并且经过分析和研究，确定选用880nm、940nm、660nm这三种波长。脉搏血氧传感系统的关键技术为准确地探测到容积脉搏波——由于心脏舒张和收缩引起的光吸收量的改变。计算血氧饱和度的关键是提取容积脉搏波的交流分量与直流分量之比。本文研究并设计了相应的电路设计，用以准确地得到容积脉搏波的交流分量和直流分量。电路设计中主要包括五个部分：光源驱动电路，信号调理电路，单片机外围电路、USB接口电路、电源电路。本文详细给出了设计过程，并计算了电路的总体误差。最后通过比较给出优化设计，确定了算法中的方案：发光周期的选择、基线的调整、AC/DC的提取。