导语

脉搏检测中，关键技术在于传感器的设计与微弱信号的提取问题。本文对光电脉搏传感器进行了初步探讨，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，使血流压力以波形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。脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，反映出心血管系统中许多生理病理特征。

光电式脉搏传感器原理与结构

2.1 光电式脉搏传感器原理

根据朗伯比尔定律，物质在一定波长处的吸光度与其浓度成正比。当恒定波长的光照射到组织上时，通过组织吸收、反射衰减后测量到的光强将在一定程度上反映被照射部位组织结构特征。

手指组织可以分为皮肤、肌肉、骨骼等非血液组织和血液组织，其中非血液组织中的光吸收量是恒定的，而在血液中静脉血相对于动 脈 血是十分微弱，可以忽略，因此可以认为透过手指后的变化仅由动 脈 血 的充盈而引起。

2.2 光电式脉 搏 传 感 器 结 构

从发出的除被手指組織吸收以外，一部分由Blood漫反射返回，其余部分透射出来。根据接收方式可分为透射式和反射式两种，本文讨论的是基于透射式的心率信号测量。

光电式心率计制作

3.1 光敏元件选择及集成化设计优点：

本文采用了一种新型集成化光敏元件OPT101，该元件将感光部件和放大器集成在同一个芯片内部，这种集成化设计有效地克服了后端运算放大器空载输出对光敏部件输出电流影响，同时芯片输出的电压信号可以通过外部精密電阻进行调节，有利于适应整体電路設計。此外，该芯片能减小系統功耗，为整体傳感器設計提供便利性。

3.2 发射源选择：

为了充分利用图4 OPT101 的响应曲线，将选择805 nm 波长作为发射源，此时HbO2 和 Hb 对于不同波长光吸收系数差异明显，在805 nm 波长处，二者之间有交点，从而使得能够比较准确地反映出心率信号。这一选择同时考虑到了图5 中红蛋白对不同波长轻重转移效应，以实现最佳效果。

恒流源控制及滤除直流干扰：

为了尽量减少供给灯泡稳定供电对测量过程中的影响，我们使用了图6 中描述的一种恒流源控制方法来保证发出的灯泡稳定供应。在此基础之上，我们还采取了一些措施来滤除叠加直流信号，如使用可控直流输出以及减法处理机制，以进一步提高我们获得的心率数据质量。这些改进使得我们的设备不仅能够准确捕捕人体内较微弱的心跳信号，而且还能有效抵抗环境噪声干扰，从而更好地支持医生诊断疾病或追踪患者状况需求。

5 实验测试与噪声分析：

实验测试阶段，我们首先检查并调整所有设备以确保它们符合预期性能标准。然后，我们实施一系列测试，以评估设备如何响应不同的输入条件，以及它是否能够产生清晰且连续的心跳记录。此外，还包括对各种可能干扰因素（如环境亮度变换）的评估，并据此调整或优化我们的设置以最小化任何潜在错误或误差。这一过程涉及多次迭代修改，不断完善我们的模型至达到高准确性要求，即使是在复杂多变的人类身体背景下也能保持稳定性。而这恰恰是我们研究领域所需解决的问题之一：如何创造一种既具有足够灵活性又具备高度精确性的医疗监控工具，以便医护人员能够迅速、高效地识别并回应患者健康状况发生改变的情况。