日期：2022-07-29
反射型光電容積脈搏波 (PPG) 脈沖傳感器廣泛用于消費市場以測量心血管信號。與發(fā)光二極管(LED)和光電探測器(PD)在不同芯片中的片外封裝方案不同，提出了一種新型環(huán)形結(jié)構(gòu)的GaN集成光電芯片來實現(xiàn)PPG脈沖傳感器。集成的光電芯片由兩個多量子阱(MQW)二極管組成。對于更高的靈敏度，中央和外圍 MQW 二極管分別適合作為 LED 和 PD。結(jié)果表明，基于藍光LED外延片的集成光電芯片更適合基于器件性能的集成PPG傳感器。而且，從指尖采集的PPG脈沖信號的幅度比從手腕采集的要高。
脈搏傳感器一、測量光吸收
與許多其他可穿戴健身追蹤器類似，Apple Watch依靠綠色 LED 燈來實現(xiàn)一種稱為光體積描記法(或 PPG)的方法。由于血液會吸收綠光，并且每次脈沖都會導致血流激增，因此確定心率就是測量綠光吸收的變化。在鍛煉期間，Apple Watch 通過每秒在您的手腕上閃爍數(shù)百次綠光來實現(xiàn)這一點，然后使用光電二極管測量光吸收。
脈搏傳感器二、光電容積描記圖
傳感器以非常簡單的光反射方式工作。使用的原理稱為光電容積描記圖。休息是來自傳感器的數(shù)據(jù)處理中使用的算法的發(fā)揮。根據(jù)光電容積描記圖的原理，用于反射的光通常是紅色或綠色。在所有其他心跳傳感器中，這兩個燈也使用了我上面推薦的那個。接收到的光被轉(zhuǎn)換為電壓信號脈沖，直接發(fā)送到低邏輯電平微控制器，或者通過使用介于兩者之間的運算放大器。該電路中使用的運算放大器是 MCP6001RT，它最適合每個微控制器的可用邏輯電平。有關(guān)更多信息，請訪問上面提供的運算放大器數(shù)據(jù)表。
脈搏傳感器三、光電探測器
血流變化或心率等心血管信號可以為臨床應用中的患者診斷、老年人和心臟病患者的日常健康護理以及持續(xù)的運動健康監(jiān)測提供有價值的信息[ 1-3 ]。反射式光電容積脈搏波 (PPG) 脈沖傳感器 [ 4 – 8] 具有無創(chuàng)測量、成本低、響應快、結(jié)構(gòu)簡單、測試方法方便等特點，是消費市場獲取心血管信號的首選。一個基本的 PPG 傳感器只需要一個光發(fā)射器來照亮皮膚組織和一個光電探測器 (PD) 來檢測與微血管床中血容量變化相關(guān)的光強度的微小變化。
脈搏傳感器四、反射式傳感器
與使用紅外光源的透射式 PPG 傳感器 [ 9-11 ]相比，一般使用綠色光源的反射式傳感器可以放置在人體皮膚的各個部位以檢測反射光，并且不易受來自熱應力 [ 11]。光發(fā)射器和 PD 之間更短的距離有助于提高反射光比和最終的設(shè)備性能。因此，陳等人。最近開發(fā)了一種基于集成光電芯片的 PPG 脈沖傳感器 [ 12] 其中LED和PD在一個芯片上，藍寶石基板可以直接接觸皮膚。LED和PD之間的距離可以達到微米級，這是現(xiàn)有的片外封裝無法實現(xiàn)的。
脈搏傳感器五、光電芯片
所示的基于綠色外延片的 PD 的 IV 特性 呈現(xiàn)出相同的對比度。比較圖 2 中的結(jié)果。 3 (a)和3(b)表示基于藍色外延片的集成光電芯片的PD具有較大的光電流。為了解釋這種現(xiàn)象，測量了基于藍色和綠色 LED 外延片的 MQW 二極管的電致發(fā)光 (EL) 光譜和響應光譜 (RS)。如圖 4所示，藍色 MQW 二極管的 EL 光譜和 RS 的重疊波長明顯大于綠色 MQW 二極管。因此，基于藍光LED外延片的集成光電芯片更適合基于器件性能的集成PPG傳感器。
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