關(guān)鍵字：LED 傳感器 光學(xué)傳感器 光電二極管

越來越多的人通過可穿戴小部件和合適的應(yīng)用軟件來跟蹤他們的體育健身運(yùn)動。光學(xué)傳感器適合用于測量脈率和血氧飽和度。這種技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域已經(jīng)非常成熟，如今又可以移植到消費(fèi)類應(yīng)用，這得歸功于現(xiàn)代的 LED 技術(shù)。

所有這一切可以從記錄人們走路步數(shù)的手環(huán)算起。現(xiàn)在，諸如健身手環(huán)和智能手表等多種運(yùn)動跟蹤器還可以測量心率和其它生物指標(biāo)或監(jiān)視睡眠質(zhì)量。許多人非常看好能夠跟蹤自己健身水平的新機(jī)會，這引發(fā)了越來越流行的“量化自我”運(yùn)動。三星、蘋果和谷歌等業(yè)內(nèi)大型公司正攜合適的應(yīng)用、智能手表和智能手機(jī)進(jìn)入這一不斷增長的市場。

雖然計步器使用的是加速度傳感器，但醫(yī)療領(lǐng)域中常用于脈搏和血氧測量的光學(xué)方法正在進(jìn)入消費(fèi)市場。在醫(yī)院環(huán)境中，傳感器大多數(shù)安裝在耳朵或手指夾中。2013 年，Mio Alpha 公司的智能手表成為第一款使用光學(xué)傳感器在手腕上測量脈率的手環(huán)產(chǎn)品——與運(yùn)動員穿戴的胸帶相比有了顯著改進(jìn)，沒有人愿意整天把胸帶戴在身上。智能手機(jī)也可以用來在手指上測量脈率。第一批健身手環(huán)如今正在進(jìn)入市場，只需簡單地將你的手指放在屏幕上，就可以測量血液中的氧飽和度。這個功能非常實(shí)用，比如對于在高海拔地區(qū)工作的人員，如登山者、高空滑翔人員和滑翔機(jī)引導(dǎo)員，以及得了心臟疾病或肺病的人等。

光學(xué)測量方法

傳感器測量脈率和血氧飽和度的原理被稱為光學(xué)體積描記法（PPG），換句話說，光學(xué)測量的是血管中血流量變化。這種方法利用這個原理：動脈中輸送的血流量隨心臟泵送周期呈現(xiàn)有規(guī)律的變化。心臟有節(jié)奏地按一定周期泵血（心

臟收縮）和抽血（心臟舒張）。這意味著在心臟收縮階段會有更多的血流經(jīng)動脈，在心臟舒張階段血流則較少。通過測量身體某個特定部位的血流量變化，就可以從被測信號的周期性得到脈率。

血流量的測量依據(jù)的是血液中的血紅蛋白吸收光線的能力（圖 1）。傳感器由彼此緊鄰放置的光源和檢測器組成，測量時需直接放在皮膚上。發(fā)出的光滲透進(jìn)皮膚、組織和血管，并被吸收、發(fā)射和反射。檢測器記錄的反射光強(qiáng)度將根據(jù)流經(jīng)動脈的血流量變化而變化（圖 2）。用于這種測量的合適波長取決于在人體的哪部分進(jìn)行測量。綠光可以在手腕處提供最佳結(jié)果，而紅光和紅外光一般用于手指頭處的測量。