光电脉搏传感器研制与噪声分析医生手中捕捉生命脉动
导语：脉搏检测中，关键技术在于传感器的设计与提取微弱信号的问题。本文初步探讨了脉搏传感器的设计，并取得了可喜的实验结果。
引言：
心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张，使血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波称为脉搏波。这些波形、强度、速率和节律等方面综合信息，对心血管系统中的生理病理特征有重要作用。
传统的心率监测采用的是手诊方式，中医中的脉象诊断技术是这一领域上最有效应用之一，但受人为因素影响较大，测量精度不高。无创测量又称非侵入式或间接测量，其特点是不会对机体造成伤害，通常在体外进行，以便获取生理和生物参数。
生物医学传感器是获取生物信息并将其转换成易于测量信号的一个关键设备。光电式脉搏传感器是一种基于光电容积法制成的，可以通过对手指末端透光度监测来间接检测出脉搏信号。这种类型具有结构简单、无损伤、可重复性好的优点，本文就此主题进行了深入探讨。
光电式脉搏传感器原理与结构
2.1 原理
根据朗伯比尔定律，当恒定波长的光照射到组织上时，被照射部位组织吸收光强反映了其结构特征。在指尖，由于动态变化较小且厚度相对薄，因此可以通过手指后检测到的光强来间接捕捡到心跳信号。
2.2 结构
从理论上讲，可以分为两类：透射型和反射型。在本文中，我们侧重于透射型，因为它更能准确地反映出心跳时间关系，而不是直接测量血液容积变化。这意味着我们需要一个能够正确处理这些数据并减少噪声干扰的手段，以确保我们的读数尽可能准确。
光电式脈拍傳感器制作
3.1 光敏元件
为了提高效率，我们使用了一种集成了放大功能的小型化芯片——OPT101，它结合了高灵敏度以及低功耗设计。此外，该芯片输出的是直流及交流叠加混合电压信号，其中包含了我们所需的心跳信息。
3.2 发射源选择
为了充分利用设备性能，我们选择发出的光频段落在该芯片最具灵敏性的范围内，并考虑到了不同血红蛋白含量下的吸收曲线，从而选用805nm作为最佳频段。这一选择允许我们最大程度地捕捕到来自动态变化的心跳信息，同时忽略静止部分，如静静存在的手臂肌肉或皮肤层面上的其他变异因素。
恒流源控制电路
为了稳定供给发射源并减少随时间变化带来的干扰，我们设立了一套恒流控制电子回路。这使得发出的光强保持一致，即使是在不同的环境条件下，也能保证精确性，不受外界干扰影响。
5 脈拍訊號調整電路
我們採用減法技術來過濾掉直流電平，並將剩餘之間諧轉換為可用于分析之數據。我們還實施了一個簡單放大與低通濾波電路，以確保只獲得那些與動態變化相關的心跳訊號，並排除雜訊影響。
6 实验测试与噪声分析
最后，我们进行了一系列实验测试以评估我们的设计效果，并专注于识别并解决可能出现的一些潜在问题，比如环境背景灯亮度对读数产生影响的问题，以及如何进一步优化现有的方案以提高准确性。此外，还研究过运动噪声对读数质量可能产生什么样的负面影响，并提出改进措施以减轻这方面的问题。