你什么时候脸红,它都知道!

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这几乎是春天!而且你知道这意味着什么:随着我们城市中更多的阳光和一束可爱的鲜花盛开,我们一定会感受到跳跃 - 甚至可能会盯着一个特别的人。在阳光下出去喝杯咖啡,甚至可以牵着手,你脸红,你的心率会上升 - 但你的春天的爱情是否一样?也许是时候监控它了。
 
光学心率监测器使用基于半导体的光学传感技术测量心率,该技术通常涉及从LED传输光并使用光接收块(例如光电二极管或光电晶体管)检测反射光。由于动脉血中的血红蛋白具有独特的吸收特性,因此可以通过检测光量随时间的变化来检测血红蛋白量的变化并确定心率。
 
近年来,使用绿光的反射器型传感器已经成为配备有光学心率监视器的智能手表和手表的主流。绿光具有小的穿透深度,仅影响血液而不影响组织。这与血红蛋白的大吸收系数相结合,可以通过大脉动成分轻松测量心率信号。
 
以低功率监控您的心脏
可穿戴设备本身受到尺寸和重量的限制,以确保便携性。你不想带着行李箱到你的情人节约会,是吗?但这意味着增加电池容量非常困难。这使得低功率操作成为极其重要的考虑因素。
在传统传感器中,LED驱动器模块和模拟前端(AFE)都消耗相当大的电流。罗姆半导体开发了BH1790GLC光学心率传感器,特别是低电流消耗,因此可以轻松集成到可穿戴设备中。传感器的接收器块具有增加的灵敏度,即使在低LED亮度水平下也能够检测心率信号,从而降低LED驱动电流消耗。此外,传感器将AFE模块直接集成到芯片本身,进一步降低了电流消耗。
 
有几种提高光接收块灵敏度的具体方法。利用传统技术,使用由放大器和电阻器组成的互阻抗放大器电路(TIA)将光电二极管产生的电流转换成电压。然而,由于当光照射到光电二极管时产生的电流非常小,因此需要增加电阻以提高灵敏度,从而产生放大器噪声和来自电阻的热噪声。
 
另一方面,BH1790GLC利用电荷积分放大器实现高灵敏度。电荷积分放大器通过从光电二极管电流对电容器充电一段时间将电流转换为电压,通过在充电期间平滑来降低噪声。这使得能够进行低噪声光检测并增加光接收块的灵敏度。结果,即使使用较小的光接收元件也可以充分地检测光,使得在单个芯片上配置光电二极管和AFE变得容易。与传统解决方案相比,BH1790GLC的电流消耗降低了85%。
 
也适用于阳光下的日期
因为可穿戴设备经常在室外使用(例如,与您所爱的人在公园散步),需要一个光传感器来消除环境光噪声,例如易于透过身体传播的红外线。使用普通Si衬底的光电二极管在IR光谱(850nm)附近具有灵敏度,使其易受外部光噪声的影响。然而,BH1790GLC集成了一个光电二极管,其峰值波长在530nm的绿色波段。此外,BH1790GLC在Si基板上包含两个滤光器 - 彩色抗蚀剂和多层滤光片 - 分别去除红色和红外光成分,只允许绿色波长通过。
使用BH1790GLC和传统光电二极管的心率信号的实际测量结果如图1所示。在环境光噪声环境中,环境光分量与脉冲信号重叠,增加了传统光电二极管的噪声。相比之下,BH1790GLC可最大限度地减少环境光的影响,即使在户外阳光下也能稳定检测脉冲信号。
 
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图1.环境光噪声下的心率信号比较。
 
由于血管密度的差异,脉搏波信号可以根据测量位置而变化很大。指尖或耳垂处的脉冲信号相对较大,但在佩戴智能手环和其他监视器的手腕处往往较小。此外,由于手腕可能会在您的约会期间显着移动(取决于您与手的谈话程度),因此身体运动的影响非常大。由于这些原因,难以从手腕处测量的脉搏波连续计算心率。
 
挥动你想要的一切
由于身体噪声是由血流变化和身体运动引起的位置偏差产生的,因此噪声分量可以与来自加速度计的信号相关联。利用这种现象,ROHM可以创建一种算法,该算法使用加速度计提取身体运动噪声分量,并去除心率信号中包含的噪声。图2显示了在跑步机运动期间用BH1790GLC和电极型心率监测仪测量的心率转变的比较。如您所见,配备ROHM算法的演示遵循电极式心率监测器。
 
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图2.跑台运动期间的脉搏率测量。
 
今天的大多数设备只显示测量的心率。但是目前正在开发通过分析通过执行波形分析获得的脉搏波动和血压信息来测量压力的应用。将这些功能集成在可穿戴设备中有望通过定期监测,根据身体的日常变化,在早期阶段发现疾病迹象。目前,ROHM还致力于开发支持测量生物(重要)信息的心率传感器。
 
谁知道,在某些年份,恋人可能会坐在情人节约会对面,如果他/她是智能手表,请查看他们的智能手表。但在此之前,你必须依靠自己的直觉和感情来保持心脏的安全。所以把你的智能手机拿走,享受蜡烛和浪漫的音乐!
 
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