光电脉搏传感器的研制和噪声分析

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1、传感器技术戴君伟等:光电脉搏传感器的研制和噪声分析光电脉搏传感器的研制和噪声分析戴君伟,王博亮(厦门大学福建厦门361005)摘要:脉搏血氧仪能够无创、快速、实时地测量血氧饱和度,光电式脉搏传感器是脉搏血氧仪的重要组成部分。介绍了光电式脉搏传感器的原理和设计方案,采用集成光敏部件和放大器的光敏芯片代替传统的分立光敏器件实现对脉搏的测量。芯片的集成化能够有效减小器件间匹配引起的干扰,提高脉搏测量精度。在实验测试过程中,采用该光电式脉搏传感器对人体的脉搏进行实时测量,对脉搏信号测量可能引起的噪声来源做了分析,并做相应的抗干扰处理,得到比较理想的脉搏波形,为脉

2、搏信息的提取和分析提供了良好的数据。关键词:脉搏信号;光电容积法;脉搏传感器;噪声分析中图分类号:TP212114文献标识码:B文章编号:1004373X(2006)0207803ANewDesignofPPGPulseSensorandNoiseAnalysisDAIJunwei,WANGBoliang(XiamenUniversity,Xiamen,361005,China)Abstract:Anewphotoplethymograph(PPG)pulsesensorforlongtern,continuousmonitoringispresente

3、dinthispaper1ThePPGpulsesensorisattachedtothefingerbaseformonitoringbeattobeatpulsation1Comparingwiththetraditionaldesign,thepulsesensorusesanewintegratedchip,whichisintegratedthephotosensitiveunitandthesignalamplifier1Thisdesigncanefficientlyremovethesys2temnoiseandimprovethepre

4、cisionofmeasure1Intheexperiment,usingthenewPPGpulsesensorcanmeasurethepulsedirectlyfromthepulseinrealtime1Atthesametime,makingthenoiseanalysisanddealingwiththemeasurenoise,andgettingagoodpulsewave1Keywords:pulsesignal;photoplethymograph;pulsesensor;noiseanylsis1引言2光电式脉搏传感器的原理和结构人

5、体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒211光电式脉搏传感器的原理张,使血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动根据朗伯比尔(LamberBeer)定律,物质在一定脉系统传播,这种波称为脉搏波。脉搏波所呈现出的形波长处的吸光度和他的浓度成正比。当恒定波长的光照射态、强度、速率和节律等方面的综合信息,很大程度上反到人体组织上时,通过人体组织吸收、反射衰减后测量到映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征。的光强将在一定程度上反映了被照射部位组织的结构传统的脉搏测量采用脉诊方式,中医脉象诊断技术就特征。是脉搏测量在中医上卓有成效的应用,但是受人为的

6、影响脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生的,在人体指因素较大,测量精度不高。无创测量(NoninvasiveMeas2尖,组织中的动脉成分含量高,而且指尖厚度相对其他人urements)又称非侵入式测量或间接测量,其重要特征是体组织而言比较薄,透过手指后检测到的光强相对较大,测量的探测部分不侵入机体,不造成机体创伤,通常在体因此光电式脉搏传感器的测量部位通常在人体指尖。[1]外,尤其是在体表间接测量人体的生理和生化参数。生物医学传感器是获取生物信息并将其转换成易于测量和处理信号的一个关键器件。光电式脉搏传感器是根据光电容积法制成的脉搏传感器,通过对手指末端透

7、光度的监测,间接检测出脉搏信号。光电式脉搏传感器具有结构简单、无损伤、可重复好等优点,本文讨论的就是基于光电式脉搏传感器的设计和具体实现。收稿日期:20050913基金项目:国家自然科学基金(60371012);图1手指光吸收量变化示意图福建省科技重点项目(2002Y021)78《现代电子技术》2006年第2期总第217期þ电子元器件ü手指组织可以分成皮肤、肌肉、骨骼等非血液组织和化的设计方式有效地克服了后端运算放大器空载电流输出血液组织,其中非血液组织的光吸收量是恒定的,而在血对光敏部件输出电流的影响,而且芯片输出的电压信号可液中,静脉血的搏动相对于动

8、脉血是十分微弱的,可以忽以通过外部的精密电阻进行调节,有利于芯片适应整体的略,因