作为一名医生，我对脉搏检测中的关键技术——传感器设计与微弱信号提取问题，进行了深入的研究。以下是我对脉搏传感器设计的一些初步探讨和实验结果总结。

心脏周期性地收缩和舒张导致主动脉的压力波沿着整个血管系统向外扩散，这种波动称为脉搏波。这些波动所表现出的形态、强度、速率和节律等信息，对于反映出心血管系统中许多生理病理特征至关重要。

传统的脉搏测量通常采用手诊方法，中医中的脉象诊断技术是这一领域的一个成功应用。但这种方法受到人为因素的影响较大，测量精度不高。无创测量（Noninvasive Measurement）又称非侵入式或间接测量，是一种在体外或体表间接测量生理和生物参数的重要方式，其特点是不侵入机体，不造成创伤。

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关键设备之一。我专注于光电式脉搏传感器，它基于光电容积法来实现，并通过监测指尖末端透光度来间接检测出脉搏信号。这类传感器具有结构简单、无损伤、可重复性好等优点，因此我在本文中重点讨论了基于光电式脉搏传感器的设计与实现。

下面我将详细介绍光电式脉搏传感器原理及其结构：

光电式脉搏传感器原理

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、反射衰减后的光强变化会反映出被照射部位组织结构特征。在指尖，由于动静分流区内有大量血液含有的氧合血红蛋白（HbO2）及还原血红蛋白（Hb），因此当通过手指后检测到的透过率变化主要由动静分流区内氧合血红蛋白及还原血红蛋白浓度变更引起，而这些变化与心跳相关联，从而可以利用这次变更来推算得出心跳信号。

光电式脉 損 伝 感 器 结 构

两种主要类型：透射型和反射型。我这里讨论的是透射型，即发射源与敏元件相距相同且对称布置，以便直接捕捡到透过手指后的轻微改变而非其他类型如静止状态下的背景噪声。此类设计对于准确记录时间关系尤为适宜，但无法精确评估容积变化。

光電傳 感 器 的 製 作

光敏元件：使用新型集成化芯片OPT101，该芯片结合了半导体材料以提高灵敏度并减少噪声，同时输出的是一个稳定的交流信号。

发送源：选择805nm之处，因为该频段对于不同的HbO2 和 Hb 吸收率差异较大，便于识别小幅增益即从按下按钮开始的心跳数据，而不是只是随意移动的手臂引起的小幅增益。

恒流控制：为了减少环境干扰，将三极晶體放大放大输入，使輸出的直流值保持常數，从而使發出的強度保持一定水平，這樣就能減少環境影響對測試結果影響。

脈衝訊號調整電路：

通過一個降壓二極體來實現直流滤除，並通過一個調節電阻來實現直流調整，因為不同的人們的手指會有不同的穿透率，因此需要進行適當調整以獲得準確結果。

接著通過放大電路將已經處於正弦形式的情況加強並通過低通濾波去除雜訊後再進行測試。

實驗測試與雜訊分析：

環境光干擾分析: 在實驗中我們使用密封設計避免環境間諜干擾, 同時也使用特殊材料覆蓋內層表面減少二次反射干擾。

电磁干扰分析: 我们采取了一系列措施来防范电子设备可能产生的一切形式隐患，如隔离保护装置，以及遵循严格操作规范，以最小化环境噪声对实验结果带来的影响。

總結來說，本文討論了一種新的無創的心肺監控技術，它能夠提供關於患者健康狀態之間動態變化的心肺活動信息，並且這種技術可以應用於醫院以及日常生活情景下。此技術具有簡單、高效、安全可靠等優點，是未來醫療保健領域不可忽視的一項發展趨勢。