分析光学心率传感器中的相关元件与工作原理.doc
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1、分析光学心率传感器中的相关元件与工作原理大部分可穿戴设备采用光电容积脉搏波描记法(PPG)来测量心率及其他生物计量指标。PPG是一种将光照进皮肤并测量因血液流动而产生的光散射的方法。该方法非常简单,光学心率传感器基于以下工作原理:当血流动力发生变化时,例如血脉搏率(心率)或血容积(心输出量)发生变化时,进入人体的光会发生可预见的散射。下图1介绍了光学心率传感器的主要元件和基本工作原理。图 1:光学心率传感器的基本结构与运行光学心率传感器使用四个主要技术元件来测量心率:1、光发射器 - 通常至少由两个光发射二极管(LED)构成,它们会将光波照进皮肤内部。2、光电二极管和模拟前端(AFE) - 这
2、些元件捕获穿戴者折射的光,并将这些模拟信号转换成数字信号用于计算可实际应用的心率数据。3、加速计 - 加速计可测量运动,与光信号结合运用,作为PPG算法的输入。4、算法 - 算法能够处理来自AFE和加速计的信号,然后将处理后的信号叠加到PPG波形上,由此可生成持续的、运动容错心率数据和其他生物计量数据。光学心率传感器可以测量什么?光学心率传感器可生成测量心率的PPG波形并将该心率数据作为基础生物计量值,但是利用PPG波形可以测量的对象远不止于此。尽管很难取得和维护精确的PPG测量结果(我们将在下一篇详细论述它),但是如果您能够成功获得精确的PPG测量结果,它将发挥强大的作用。高品质PPG信号是
3、当今市场需求的大量生物计量的基础。图2是经过简化的PPG信号,该信号代表了多个生物计量的测量结果。图 2:典型的PPG波形下面我们进一步详细解读某些光学心率传感器可以测得的结果:1、呼吸率 - 休息时的呼吸率越低,通常这表明身体状况越好。2、最大摄氧量(VO2max) VO2测量人体可以摄入的最大氧气量,是人们广泛使用的有氧耐力指标。3、血氧水平(SpO2) - 是指血液中的氧气浓度。4、R-R间期(心率变异率)- R-R间期是血脉冲的间隔时间;一般而言,心跳间隔时间越长越好。R-R间期分析,可用作压力水平和不同心脏问题的指标。5、血压 - 通过PPG传感器信号,无需使用血压计即可测量血压。6
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- 关 键 词:
- 分析 光学 心率 传感器 中的 相关 元件 工作 原理
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