光电式脉搏波监测系统
光电容积脉搏波原理
光电容积脉搏波原理引言：光电容积脉搏波（Photoplethysmography，PPG）是一种非侵入性的生物测量技术，通过测量皮肤血管中的血液容积变化来获取脉搏波信号。
该技术广泛应用于医疗领域，用于监测心率、血压、血氧饱和度等生理指标。
本文将介绍光电容积脉搏波的原理及其在临床中的应用。
一、光电容积脉搏波的原理光电容积脉搏波是基于光电效应的测量原理，通过红外光源照射皮肤组织，被照射的组织反射出的光线被光电传感器接收并转化为电信号。
当心脏搏动时，血液流动使得皮肤血管的容积发生变化，从而引起被照射组织的反射光强发生变化。
光电传感器将接收到的光信号转化为电信号，并经过放大和滤波等处理后，得到脉搏波信号。
二、光电容积脉搏波信号的特点光电容积脉搏波信号具有以下几个特点：1. 信号波形：脉搏波信号呈现出典型的起伏波形，其中的波峰表示心脏收缩时的血液流动峰值，波谷表示心脏舒张时的血液流动最小值。
2. 信号幅度：脉搏波信号的幅度与皮肤血管的血液容积变化有关，因此可以通过信号的幅度变化来反映血液容积的变化情况。
3. 信号频率：脉搏波信号的频率与心率有关，通过计算信号的周期，可以得到心率的信息。
三、光电容积脉搏波的应用1. 心率监测：光电容积脉搏波可以实时监测心率的变化，通过连续监测心率，可以及时发现心律失常等心脏疾病。
2. 血压监测：通过测量光电容积脉搏波信号的幅度变化，可以估计血压的变化趋势，从而提供血压监测的参考依据。
3. 血氧饱和度监测：光电容积脉搏波可以间接估计血氧饱和度，通过分析脉搏波信号中的波峰和波谷，可以得到血氧饱和度的信息。
4. 运动监测：通过测量光电容积脉搏波信号的幅度和频率变化，可以评估人体在运动过程中的代谢情况，为运动训练提供指导。
四、光电容积脉搏波的优势和局限性光电容积脉搏波作为一种非侵入性的生物测量技术，具有以下优势：1. 无创伤：不需要穿刺皮肤，避免了传统测量方法的疼痛和感染风险。
2. 实时性：光电容积脉搏波可以实时监测生理指标的变化，提供即时反馈。
光电监测心率方案
光电监测心率方案1. 引言光电监测心率是一种非侵入式的监测心率的方法，通过使用光电传感器来检测心率的变化。
本文将介绍光电监测心率的原理、应用场景、硬件和软件方案，以及相关的优缺点和注意事项。
2. 原理光电监测心率的原理基于反射式光电技术。
通过一个发光二极管（LED）发出红外光或绿色光，血液中的红色血红蛋白能够吸收这些光线，而血液中的脉搏会导致血液的流动和光线的吸收程度发生变化。
光电传感器接收到反射回来的光线，并通过计算光线的变化来获取心率数据。
3. 应用场景光电监测心率方案广泛应用于健康监测设备和运动追踪设备中。
以下是一些常见的应用场景：•智能手环和智能手表：通过佩戴在手腕上的设备，可以实时监测用户的心率，并提供健康报告和提醒功能。
•运动耳机：通过在耳机上集成光电传感器，可以在运动过程中监测用户的心率，为用户提供运动数据和健身建议。
•医疗设备：光电监测心率方案也可以应用于一些医疗设备中，用于监测和记录患者的心率变化。
4. 硬件方案4.1 发光二极管（LED）选择合适的发光二极管是设计光电监测心率方案的重要一环。
常见的有红外光LED和绿色光LED两种选择。
红外光LED对肤色的影响较小，适用于长时间佩戴，但对环境光的影响较大。
绿色光LED的环境光干扰较小，但对皮肤过敏较敏感的人可能产生不适。
4.2 光电传感器光电传感器用于接收反射回来的光线，并将其转换为电信号。
常见的光电传感器有光电二极管（Photodiode）和光电三极管（Phototransistor）。
光电二极管具有较高的灵敏度和响应速度，适用于高精度的心率监测。
光电三极管灵敏度较低，但成本更低。
4.3 信号处理器信号处理器主要用于对光电传感器的信号进行滤波、放大等处理，以提取出准确的心率数据。
常见的信号处理器包括专用的心率处理芯片和通用的微控制器（MCU）。
4.4 供电和通信模块光电监测心率方案通常需要电池供电，并通过蓝牙、无线电频率等模块与手机或其他设备进行通信。
光电脉搏测量仪
光电脉搏测量仪设计报告一、设计意义从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临Array床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。
目前医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数，方法是用手按在病人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数。
为了节省时间，一般不会作1分钟的测量，通常是测量10秒钟时间内心跳的数，再把结果乘以6即得到每分钟的心跳数，即使这样做还是比较费时，而且精度也不高，因此，需要有使用更加方便，测量精度更高的设备。
二、关键技术脉搏检测中关键技术是传感器的设计与传感器输出的微弱信号提取问题, 本文设计的脉搏波检测系统以光电检测技术为基础，并采用了脉冲振幅光调制技术消除周围杂散光、暗电流等各种干扰的影响。
并利用过采样技术和数字滤波等数字信号处理方法，代替实现模拟电路中的放大滤波电路的功能。
本系统模拟电路简单，由ADC841芯片实现脉搏信号采集，信号处理和脉搏次数的计算等功能，因此体积小，功耗低，系统稳定性高。
本系统可实现脉搏波的实时存储并可实现与上位机(PC机)的实时通讯, 因此可作为多参数病人中心监护系统的一个模块完成心率检测和脉搏波形显示。
三、硬件设计3.1 设计框图光电脉搏测量仪是利用光电传感器作为变换原件，把采集到的用于检测脉搏跳动的红外光转换成电信号，用电子仪表进行测量和显示的装置。
本系统的组成包括光电传感器、信号处理、单片机电路、数码显示、电源等部分。
脉搏测量仪硬件框图如图1所示。
当手指放在红外线发射二极管和接收三极管中间，随着心脏的跳动，血管中血液的流量将发生变换。
由于手指放在光的传递路径中，血管中血液饱和程度的变化将引起光的强度发生变化，因此和心跳的节拍相对应，红外接收三极管的电流也跟着改变，这就导致红外接收三极管输出脉冲信号。
该信号经放大、滤波、整形后输出，输出的脉冲信号作为单片机的外部中断信号。
单片机电路对输入的脉冲信号进行计算处理后把结果送到数码管显示。
3.2脉搏信号采集与放大整形目前脉搏波检测系统有以下几种检测方法：光电容积脉搏波法、液体耦合腔脉搏传感器、压阻式脉搏传感器以及应变式脉搏传感器。
光电心率原理
光电心率原理光电心率监测技术是一种通过光电传感器来监测人体心率的技术。
它利用光电传感器对皮肤微血管的血流情况进行监测，从而得出心率数据。
这种技术已经被广泛运用在各类智能手环、智能手表等可穿戴设备上，成为了现代健康管理的重要工具之一。
在光电心率监测技术中，光电传感器发射出的光线会穿透皮肤，并被微血管所吸收。
由于心跳会导致微血管的血流量发生变化，因此光电传感器接收到的光线强度也会随之发生变化。
通过对这种光线强度的变化进行监测和分析，就可以得出人体的心率数据。
光电心率监测技术的原理主要包括两个方面，光的吸收和光的散射。
在皮肤组织中，血液对不同波长的光有不同的吸收能力，因此可以通过测量不同波长光线的吸收情况来得出血液的含氧量，从而间接得出心率数据。
另一方面，当心跳导致微血管的血流量发生变化时，会导致皮肤组织对光的散射情况也发生变化，通过监测这种光线散射的变化，同样可以得出心率数据。
光电心率监测技术相比传统的心率监测方式具有许多优势。
首先，它不需要使用传统心率带那样需要紧贴皮肤并且容易滑落的设备，而是通过佩戴在手腕上的设备就可以实现心率监测，使用起来更加方便。
其次，光电心率监测技术可以实现24小时不间断的心率监测，能够更加全面地了解个体的心率变化情况。
此外，光电心率监测技术还可以实现对运动中的心率变化进行实时监测，能够更好地指导运动健身。
然而，光电心率监测技术也存在一些局限性。
首先，由于光线的穿透深度和血管的深度有限，因此在某些情况下可能无法准确监测到心率数据，例如在手部运动时。
其次，光电心率监测技术对设备本身的精度要求较高，需要保证光电传感器的稳定性和准确性，这也增加了设备的制造成本。
总的来说，光电心率监测技术作为一种新型的心率监测技术，具有许多优势和潜力。
随着科技的不断进步和人们对健康管理的重视程度的提高，相信光电心率监测技术将会在未来得到更广泛的应用和发展。
光电脉搏
方案2系统设计1.测量信号的特征❖人体信息本身具有不稳定性、非线性和概率特性。
脉搏波的频率属于低频，且信息微弱，噪声强，因而信噪比低。
❖脉搏波频率范围是0.1~60Hz，主要频率分量一般在20Hz内。
❖人体手指末端含有丰富的小动脉，它们和其它部位的动脉一样, 含有丰富的信息。
2.测量原理随着心脏的跳动手指尖的微血管发生相应的脉搏的容积变化，光发射电路发出的特定波长的光透过手指到光电器件，此过程被检测生理量(人体的脉搏)转换成光信号，通过光电器件转换为电信号，送入前级放大电路将信号适当放大，经过滤波电路除去其中的噪声得到需要频率范围内的信号，再将脉搏信号进行放大和后级的处理，通过示波器显示出来，进一步进行观测。
3.系统结构总体框图:电源:实验室5V、12V直流电源光电传感器:滤波放大电路部分:4.可能存在的干扰❖环境光对脉搏传感器测量的影响❖测量过程人体运动的噪声❖人体其他信号的干扰❖ 检测电路的噪声❖ 50Hz 工频干扰单元电路设计1.光电传感器:❖ 光发射电路采用发射波长范围在600~700nm 的红色发光二极管,发光二极管的压降一般为1.5~2.0V ，其工作电流一般取10~20 mA 为宜，所以选取R1=150欧姆。
❖ 光转换电路比较光电池、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管后，决定采用光敏三极管，因为在光源范围内有较高的灵敏度，随光线变换有较好的线性，且对光电流有放大作用。
实验中采用型号为3DU31的NPN 型光敏三极管，主要技术参数：反向击穿电压/V ≥15最高工作电压/V 10暗电流/μA ≤0.3光电流/mA ＞2最大耗散功率/mW 30峰值波长/nm 880R2主要起分压限流作用，3DU31阻值在十几千欧至几百千欧范围，所以选取R2=100k 欧姆。
2.前级处理、放大电路由一个隔直低通反相放大器组成，去除直流电压，抑制高频信号，对50Hz 工频干扰进行初步衰减，同时对有用的脉搏信号进行了初步的放大。
光电脉搏检测.
方案一1.1课题研究背景及意义随着人们生活水平的提高，地球环境遭到破坏，多种疾病威胁着人们的生命,而心脏病的发作又是人们难以预防的突发致命疾病。
在医学上，通过测量人的心率，便可初步判断人的健康状况。
因此，心率计很快产生并得到发展。
随着单片机技术的发展、人们的生活节奏加快，设计一种以使用方便为前提，能够快速测出人心率的心率计，不仅是临床者的需要，也是体育训练者和外出旅游者的需要。
1.2国内外现状传统的脉搏测量采用诊脉方式，中医脉象诊断技术就是脉搏测量在中医上卓有成效的应用, 但是受人为的影响因素较大,测量精度不高。
为了克服上述测量方法的不足，国内外脉搏测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法。
1.3研究内容利用血液是高度不透明的液体，光照在一般组织中的穿透性要比在血液中大几十倍的特点，可通过光电传感器对脉搏信号进行检测，并通过单片机技术进行数据处理，实现智能化的脉搏测试技术。
生物医学传感器是获取生物信息并将其转换成易于测量和处理信号的一个关键器件。
光电式脉搏传感器作为是根据光电容积法制成的脉搏传感器，通过对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号。
光电式脉搏传感器具有结构简单、无损伤、可重复好等优点。
根据光电容积法原理，从改善光源、消除景光噪声、电磁屏蔽和提高信噪比四个方面出发，研究改进方法，对提高使用的灵活性和准确度有着重大意义。
通过光电传感器对脉搏信号进行检测，并用单片机技术进行数据处理，实现智能化的脉搏测试技术。
第2章系统设计2.1光电式脉搏传感器的原理和结构2.1.1 光电式脉搏传感器的原理人体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。
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,很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征。
根据郎伯-比尔（Lambert－beer）定律,物质在一定波长处的吸光度和它的浓度成正比，当恒定波长的光照射到人体组织上时,通过人体组织吸收、反射、衰减后测量到的光强在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征。
一种基于绿光的可穿戴式光电容积脉搏波测量系统
一种基于绿光的可穿戴式光电容积脉搏波测量系统李皙茹;许金林;李晓风;元沐南;谭海波【摘要】脉搏波中蕴含丰富的血流动力学信息。
利用无创的方法检测脉搏波并推导出人体心血管系统生理、病理特征成为研究的热点。
设计一套可穿戴式的脉搏波提取设备，该设备包括MCU控制模块、信号采集模块、蓝牙模块、电源模块。
分析光电容积法获取脉搏波的原理，采用523 nm绿光和环境光学传感器作为设备核心，详解描述了硬件开发模型，给出了信号处理部分的关键代码。
实验结果表明，所设计的脉搏波提取设备在手腕、手指和额头等部位，能够很好地描绘脉搏波，具有很强的应用性。
%The pulse wave contains rich hemodynamic information. The non⁃invasive method used to detect the pulse wave and deduce the physiological and pathological features of human cardiovascular system becomes the research hotspot. A set of wearable pulse wave extraction device was designed,which includes MCU control module,signal acquisition module,power supply module,and Bluetooth module. The principle of photoplethysmography(PPG)to acquire the pulse wave is analyzed. The luminous diode at 523 nm and environmental optical sensor are taken as the core of the device. The hardware development mod⁃el is described in detail,and the key codes of signal processing are given. The experiment results indicate that the designed pulse wave extraction device can describe the pulse wave of wrists,fingers and forehead,and has good applicability.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2016(039)020【总页数】4页(P125-128)【关键词】脉搏波提取;无创检测方法;光电容积脉搏波;信号处理【作者】李皙茹;许金林;李晓风;元沐南;谭海波【作者单位】中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥 230031; 中国科学技术大学，安徽合肥 230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥 230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥 230031; 中国科学技术大学，安徽合肥230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥 230031【正文语种】中文【中图分类】TN98-34;TP391.4;R331心血管疾病（Cardio Vascular Diseases，CVDs）作为最能威胁人类健康的一种疾病，其病因涉及人体内运输血液的组织和包括心脏、动脉血管、静脉血管在内的循环系统［1］。
光电脉搏信号检测电路设计
光电脉搏信号检测电路设计生物医学工程１班－唐维－3004202327摘要：系统采用硅光电池做为光电效应手指脉搏传感器识取脉搏信号。
信号经放大后采用低通放大器克服干扰。
关键词：脉搏测量放大器二阶低通一、前言脉诊在我国已具有2600多年临床实践，是我国传统中医的精髓，但祖国传统医学采用“望、闻、问、切”的手段进行病情诊断，受人为的影响因素较大，测量精度不高。
随着科学技术的发展，脉搏测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法。
利用血液是高度不透明的液体,光照在一般组织中的穿透性要比在血液中大几十倍的特点, 可通过传感器对脉搏信号进行检测,这种技术具有先进性、实用性和稳定性,同时也是生物医学工程领域的发展方向。
本文将详细介绍一种光传导式的脉搏信号检测电路，并说明所涉及到的问题和方法。
二、系统设计1 系统目标设计及意义设计制作一个光电脉搏测试仪，通过光电式脉搏传感器对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号，并在显示器上显示所测的脉搏跳动波形，要求测量稳定、准确、性能良好。
2 设计思想（1）传感器：利用指套式光电传感器，指套式光电传感器的换能元件用硅光电池,由于心脏的跳动,引起手指尖的微血管的体积发生相应的变化（当心脏收缩时，微血管容积增大；当心脏舒张时,微血管容积减少），当光通过手指尖射到硅光电池时,产生光电效应,两极之间产生电压由于指尖的微血管内的血液随着心脏的跳动发生相应于脉搏的容积变化,因而使光透过指尖射到硅光电池时也发生相应的强度变化, 而非血液组织(皮肤、肌肉、骨格等)的光吸收量是恒定不变的, 这样就把人体的脉搏(非电学量) 转换为相应于脉博的电信号, 方便检测。
（2）按正常人脉搏数为60~80次/min ，老人为100~150次/min ，在运动后最高跳动次数为240次/ min 设计低通放大器。
5Hz 以上是病人与正常人脉搏波体现差异的地方，应注意保留。
（3）测量中考虑到并要消除的干扰有：环境光对脉搏传感器测量的影响、电磁干扰对脉搏传感器的影响、测量过程中运动的噪声还有50Hz 干扰。