比额温枪更火的血氧仪，你想知道的都在这了….

疫情下，额温枪、血氧仪、血压计、监护仪、呼吸机等产品需求爆炸式增长。

特别是疫情初期，额温枪每天都有一个价格，即便如此，很多人也拿不到货。现在情况有所好转，国内产品需求基本稳定，但海外疫情并不乐观。据美国约翰斯介绍·霍普金斯大学统计，截至美国东部时间8日15时30分（北京时间9日3时30分），全球确诊病例达1500830例，死亡病例为87706例。

血氧饱和浓度是新冠肺炎的重要诊断指标之一，因此对血氧仪的需求也成倍增加。血氧仪器可分为两类，一类是医院使用的医院设备，一般集成在生命体征监测器上，通过血氧探头获取血氧数据；另一种是医院外使用的指夹式血氧仪器。

根据他目前接触到的信息，医院对生命体征监测设备的需求也增加了很多。与正常年份相比，保守估计有3个~5倍的增长。

这种爆炸性需求只是短暂的，根据疫情的变化会逐渐下降。但即使以后下跌，各国也会从疫情中吸取教训。疫情过后，应加强传染病医院建设。预计未来几年医疗监测设备增速将保持在25%~30%之间。

医院设备门槛高，需经国家药品监督管理局严格认证才能进入。虽然家用指夹式血氧仪器也需要通过国家药品监督管理局的相关认证，但精度和认证难度相对简单。

那血氧仪的工作原理是什么呢？常规血氧仪的设计方案是什么？

血氧仪的原理

血氧仪是针对血氧饱和度的（SpO2)无创测量仪器。氧饱和度被定义为溶解在血液中的氧含量，主要用于血红蛋白（HbO二、脱氧血红蛋白（Hb）检测。两种不同波长的光用于测量吸收光谱的差异。血流受两者浓度的影响，其吸收系数可通过红光谱和红外光谱测量。HbO2和Hb不同波长的光吸收程度不同。脱氧血红蛋白吸收红光强，血红蛋白吸收红外光强。

不同波长下 HbO2 与 Hb 消光系数差异 / NXP Semiconductors

从上图可以看出，两种血红蛋白在特定波长下的消光系数差异很大，因此在一般血氧仪中，红光波长一般为660nm，红外光波长一般为940nm。

Microchip：AN1525

AN1525 设计原理图 / Microchip Technology

该设计包含红色LED，红外LED以及由光电二极管组成的血氧饱和度传感电路LED驱动电路。红光和红外光透射手指后，被信号处理电路检测到，然后传输到单片机的12位ADC进一步计算血氧饱和度的百分比。

在内置dsPIC在数字的帮助下FIR可过滤带通滤波器ADC过滤数据用于计算脉冲范围。

通过UART接口、测量的血氧饱和度和脉率可传输给计算机，WiFi或蓝牙。

Maxim：MAX30102

MAX30102 设计原理图 / Maxim Integrated

MAX脉搏血氧仪和心率监测的生物传感器于一体的生物传感器不仅有多个LED，采用光电检测器和低噪声电路抑制环境光I2C传输协议。

从上图可以看出，MAX30102选择的红外光波长为880nm，波长下和940nm也是常用的血氧仪波长之一。

环境光抑制（ALC）由连续时间决定Sig ** -Delta ADC它由一个特殊的离散时间滤波器组成。ALC跟踪/保持电路抑制环境光，从而提高有效的动态测量范围。

编程还可以控制血氧饱和度的采样速率，范围为50至3200sps。LED脉冲宽度也可以是69μs到411μs编程控制使算法优化血氧饱和度的测量精度和整体功耗。

MAX30102也适用于可穿戴设备场景，低功耗心率监测（<1mW），零待机电流可以通过软件关闭模块来实现。

TI：TIDA-010029

TIDA-010029 设计原理图 / Texas Instruments

TI的TIDA-010029兼容蓝牙BLE 4.2和5.0血氧仪设计。通过测量心率和血氧饱和度，可以提供原始的测量数据I2C或SPI通信。

采用了设计AFE4420模拟前端用于生物测量，采用光电容积脉搏波描写法进行测量。不仅支持LED灯和四个光电二极管也配备了环境光抑制来提高信噪比（SNR）。

TIDA-010029由CR3032(纽扣电池)供电，电池寿命长达30天。而且内置的低功率检测算法减少了额外的外部组件。

从以上方案来看，这些大厂的血氧仪测试原理大致相同，均采用红光和红外光LED用光电二极管等光敏元件测量指端和耳垂。区别在于信号处理和滤波、功耗。至于数据传输，或多或少使用蓝牙或WiFi适应智能可穿戴产品的传输方案。

消除误差也是血氧仪精确测量的关键因素之一。手指的移动和血流会产生一定的干扰重量。如何消除这些误差取决于工程师对光电数据转换的考虑。同样，模数转换的延迟也限制了血氧仪的应用场景。

如今，市场上的消费血氧仪更注重智能穿戴和专业健身的可扩展性，而专业医疗血氧仪更倾向于高精度测量、数据监控和预警。