datasheet

用于生物计量可穿戴设备的光学心率传感器系列文章1

2018-09-10来源: 互联网 关键字:德州仪器  生物计量  传感器

本文是主题为“用于生物计量可穿戴设备的光学心率传感器”三篇系列文章的第一篇。本篇着重介绍这些传感器系统的工作原理和通过它们可以测量什么。


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。

 

 


光学心率传感器使用四个主要技术元件来测量心率:


· 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。


· 光电二极管和模拟前端(AFE) - 这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。


· 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。


· 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。

 

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:


· 呼吸率 - 休息时的呼吸率越低,通常这表明身体状况越好。


· 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。


· 血氧水平(SpO2) - 是指血液中的氧气浓度。


· 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。


· 血压 - 通过PPG传感器信号,无需使用血压计即可测量血压。


· 血液灌注 - 灌注是指人体推动血液流经循环系统的能力,特别是在濒于死亡时流经全身毛细血管床的能力。因为PPG传感器可跟踪血液流动,所以可以测量血流相对灌注率及血液灌注水平的变化。


· 心效率 - 这是心脑血管健康和身体状况的另一个指标,一般来说,它测量的是心脏每搏的做功效率。


光学心率传感器带来的挑战


设计可穿戴设备上的光学心率传感器的难度很高,因为设计方法会受到人体运动的很大影响。为了弥补这一点,您需要强大的光力学和信号提取算法。图3说明了您在设计光学心率传感器时可能面临的部分主要挑战。


 


光力学


下面进一步介绍有关PPG传感器集成的光力学考虑事项:


· 光力学耦合 - 在传感器与人体之间是否能够高效进行双向光导与耦合?使血流信号最大化和向传感器施加噪音的环境噪音(如日光)最小化,是其中的关键。


· 是否为人体部位使用了正确的波长?不同部位需要不同的波长,因为各部位的生理构造不同,并且环境噪音对不同部位的影响不同。


· 设计是否使用了多个发射器,它们的间距是否正确?发射器的间距很重要,正确布放才能确保您测量到足够量的正确类型的血流,且测量结果具有较少的伪影。


· 在体育锻炼或身体运动过程中,诸如皮肤与传感器之间的位移量等机械力学作用是否最小?这对许多佩戴可穿戴设备进行活动的常见情况都是个问题,比如跑步、慢跑和健身房锻炼。


信号提取算法


下面进一步介绍有关信号提取考虑事项的详细信息:


· 算法是否在多元化的人群中进行过验证?这一点很重要,只有进行过此类验证才能保证设备能够适应多种肤色、不同性别、不同体型和健康状况而正常运行。


· 算法是否有抵抗多种类型运动噪音的强健性?算法必须能够在各种活动期间正常工作,包括步行、跑步(高速稳定的跑步和间歇训练)、疾跑、健身房训练及打字或开车等日常行为。


· 算法是否能够持续改进,以便能够处理更多用例和新型生物计量?这种技术和可穿戴设备市场正在迅速发展,您必须不断创新,才可满足不断变化的客户需求。


我希望大家能够通过本篇博客了解一些有关PPG传感器系统工作原理及可测量内容的知识。本系列的下一篇博文将探讨将这种技术集成到各类设备(手表、健身手环和耳塞等)的最佳实践。




关键字:德州仪器  生物计量  传感器

编辑:baixue 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2018/ic-news09108986.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:ROHM开发压力和血管年龄测量的高速脉搏传感器BH1792GLC
下一篇:用于生物计量可穿戴设备的光学心率传感器系列文章2

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

德州仪器推出最小巧的数据转换器具备高集成度与高性能

德州仪器(TI)今日推出四种微型高精度数据转换器,每种转换器均具有业界同类产品中最小尺寸。新数据转换器可帮助设计人员在缩减系统板占用空间之余,增加更多智能及功能。DAC80508与DAC70508是八通道高精度数模转换器(DAC),分别提供真正的16位和14位分辨率。ADS122C04与ADS122U04是24位高精度模数转换器(ADC),分别提供双线I2C兼容接口及双线UART兼容接口。 这些新设备属于小体型、高性能或限制成本的高精度ADC和DAC,适用于工业、通信和个人电子应用。实例包括光学模块、现场变送器、电池供电系统、楼宇自动化及可穿戴电子设备。 运用DAC80508和DAC70508,在紧凑空间内打造
发表于 2018-12-04
德州仪器推出最小巧的数据转换器具备高集成度与高性能

德州仪器毫米波传感器让生活更智能

德州仪器(TI)是全球首家提供世界上最精确的单芯片CMOS雷达传感器的公司。精确且高度可编程的TI毫米波传感器不仅可以缩短你的通勤时间,还有可能带来更大的裨益。从使房屋更加舒适、提高工作场所效率,到强化智慧城市,对其影响范围的预测囊括了生活工作的方方面面。我们都遇到过这样的情况:Robert 每天早上开车上班,虽然路程很短,但通勤时间就在其等红灯的过程中被毫无知觉地延长了。他说:“现在是红灯,但其他方向没有人通过。在上车之前我必须冷静下来,因为我知道这种事无法避免。”我们都遇到过这样的情况,但对于德州仪器(TI)工业雷达组的负责人来说,这是一种令人特别痛苦的经历。Robert知道,通过安装一个简单的雷达芯片,信号灯就可以
发表于 2018-11-20
德州仪器毫米波传感器让生活更智能

2018年德州仪器中国教育者年会武汉落幕

2018年德州仪器(TI)中国教育者年会日前于武汉成功举办。德州仪器(TI)全球教育技术总裁、教育事业及企业社会责任副总裁Peter Balyta博士、TI亚太区大学计划总监王承宁博士以及来自国内外127所高校的近260位教师出席了本次年会,共同回顾了TI大学计划在过去一年中的累累硕果,同时就实验室建设和教学合作、学生竞赛与创新以及全国大学生电子设计竞赛培训资源建设等话题进行了深入探讨。国内外127所高校的近260位教育者济济一堂除了回顾和总结TI大学计划在2018年所取得的成就,今年的教育者年会还邀请了来自华东师范大学、华中科技大学、苏州大学、浙江大学与武汉大学的多位教授,并针对高校电子工程教育所面临的创新与改革进行了全面分享
发表于 2018-11-20
2018年德州仪器中国教育者年会武汉落幕

德州仪器:摄像监控系统如何扩大驾驶员的视野

本文作者:德州仪器 Jeramie Bianchi车镜中的物体比其看起来更近——这一信息是经过验证的真实安全警告,几十年来一直提醒着驾驶员们,后视镜所反映的视野与现实稍有差距。尽管有其局限性,但车镜仍是汽车上的重要设备,可帮助驾驶员掉头或变道。然而,如今先进的驾驶辅助系统(ADAS)超越了车镜的反射,通过摄像头为驾驶员提供了基于驾驶座位的扩展视角。摄像监控系统(CMS)也被称为电子镜或智能镜,旨在以摄像头和显示屏的形式提供车镜体验。想象一下,看着后视镜显示屏,就能看到车后的全景。当您看着侧视镜时,您会看到一个可显示您旁边车辆的高分辨率显示屏。这些情景正在成为现实,其他功能(如盲点监测系统和停车辅助系统)也正在成为现实
发表于 2018-11-06
德州仪器:摄像监控系统如何扩大驾驶员的视野

从TI隔离器产品,看汽车和工业市场新需求

近日,德州仪器(TI)宣布推出ISO224隔离放大器和ISO1042隔离式CAN收发器,为工业和汽车应用提供更可靠的保证。借新品发布之际,德州仪器隔离器产品线产品市场工程师Neel Seshan和德州仪器半导体事业部中国区汽车电子技术应用经理师英解读了TI在隔离器市场的布局。德州仪器隔离器产品线产品市场工程师Neel Seshan德州仪器半导体事业部中国区汽车电子技术应用经理师英为什么需要隔离?Seshan表示,在电子系统信号或功率传输时,为了确保传输的信号准确,剔除掉交流和噪声等分量,以及保护操作人员及低压控制端的电路安全,必须引入隔离技术。Seshan表示,隔离技术的发展趋势共有三方面,第一是随着系统的功率越来越大,为了减少
发表于 2018-11-06
从TI隔离器产品,看汽车和工业市场新需求

德州仪器汽车车身电机助您在自动驾驶和电动汽车领域保持领先

。这些舒适性和必要性系统将根据乘客的喜好变得日益自动化和程序化。下文将介绍TI可帮助您在趋势中保持领先并推动汽车车身电机创新的三种方式:1) 轻松集成车身电机驱动器。凭借德州仪器的车身电机驱动器,设计工程师可以缩短其开发时间。例如,通过转换率控制,可以更快地对电机进行集成。您可以选择数字或模拟接口。三脉宽调制(PWM)输入通常可用于三相电机。然而,采用德州仪器的无刷直流(BLDC)驱动器,可以仅使用一个PWM输入来旋转同一个电机,而将另外两相的控制和同步留给驱动器。2) 减少不必要的组件,降低碳足迹。您无需购买不必要的外部组件,因为它们已经全部集成在德州仪器的车身电机栅极驱动器中。例如,德州仪器的智能栅极驱动技术能够提高系统的稳健性
发表于 2018-11-02

小广播

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 医学成像 家庭消费 监护/遥测 植入式器材 临床设备 通用技术/产品 其他技术 综合资讯

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2018 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
pt type="text/javascript" src="//v3.jiathis.com/code/jia.js?uid=2113614" charset="utf-8">