關鍵字：LED 傳感器 光學傳感器 光電二極管

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

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動跟蹤器還可以測量心率和其它生物指標或監(jiān)視睡眠質量。許多人非?？春媚軌蚋欁约航∩硭降男聶C會，這引發(fā)了越來越流行的“量化自我”運動。三星、蘋果和谷歌等業(yè)內大型公司正攜合適的應用、智能手表和智能手機進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)療領域中常用于脈搏和血氧測量的光學方法正在進入消費市場。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傳感器在手腕上測量脈率的手環(huán)產品——與運動員穿戴的胸帶相比有了顯著改進，沒有人愿意整天把胸帶戴在身上。智能手機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引導員，以及得了心臟疾病或肺病的人等。

光學測量方法

傳感器測量脈率和血氧飽和度的原理被稱為光學體積描記法（PPG），換句話說，光學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行測量。綠光可以在手腕處提供最佳結果，而紅光和紅外光一般用于手指頭處的測量。