光电脉搏传感器的研制与噪声分析：捕捉生命脉动的双重使命

导语：在脉搏检测中，关键技术是传感器的设计与提取微弱信号的问题。本文对光电式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，形成血流波形，从主动脉根部开始沿整个动脉系统传播，这种波称为脉搏波。这些信息反映出心血管系统中的生理病理特征。中医中有关于“按诊”方式，但受人为因素影响大，不够精确。无创测量（Noninvasive Measurements）则不侵入机体，通常在体外或体表间接测量生物参数。

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键件。光电式脉搏传感器利用光电容积法通过手指末端透明度监测来间接检测出脉搏信号。这类传感器结构简单，无损伤，可重复性好，本文讨论的是基于光电式设计和具体实现。

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，当恒定波长光照射组织时，被照射部位组织吸收、反射衰减后的光强变化会在一定程度上反映被照射部位组织结构特征。在指尖，由于动态血液含量高且厚度较薄，透过手指后检测到的光强相对较大，因此常用于指尖作为测量点。

2.2 结构：

从图示可以看出非血液组织（皮肤、肌肉、骨骼）的吸收率是恒定的，而静静水路中的静静水路相对于活跃水路是十分微弱可忽略不计，因此认为只由活跃水路引起的手指后面的变化即可间接地通过恒定波长灯源下手指后的改变来间接得到心跳信号。

3. 光电式 脈 搏 伝 感 器 的 制 作

3.1 光敏元件：

采用集成型OPT101，该元件结合了半导体材料之上的灵敏区以及放大功能，使得输出更稳定，同时避免放大过程中的干扰。此芯片输出为直流加交流，可以直接使用以便于处理。

3.2 发射光源：

选择805nm发射，以便能有效地利用组分效应，对不同波长产生不同的响应曲线。

4. 恒流源控制及调整

为了保持发出的亮度稳定，在设计时采用了一种恒流控制方案，如图6所示，将R1两端设置固定值，并通过二极管D1保证其稳压值，则Q1处于放大状态，使D3也保持稳定的供给亮度。

5. 脈 損 信 号 调 理 及 滤 波

首先滤除直流部分，然后再对交流信号进行放大，以确保能够准确提取到原始的心跳信号而不是受到环境噪声干扰。

6 实验测试及噪声分析

实验过程中需要考虑环境因素如背景灯等可能干扰的心跳检测，而本次研究采取密封包装减少环境影响，并涂抹吸油材料减少二次反射造成的问题，为准确捕获生命力提供保障。