PPG信号检测传感器结构的制作方法

ppg信号检测传感器结构
技术领域
1.本实用新型涉及生物信号传感器技术领域，具体涉及一种ppg信号检测传感器结构。


背景技术：

2.光电体积描记术(ppg)技术是一种广泛用于检测人体生理参数的方法。它是一种检测血容量的非侵入性方法。用ppg对人体心率检测是该无损检测技术在生物医学中的应用。它利用光电传感器检测人体血液和组织吸收后透射光或反射光强度的差异，跟踪心动周期中血管体积的变化，根据获得的脉搏波形计算心率。原理是先用自然光照射皮肤表层的某个区域，此时血量的脉动变化会导致该区域组织吸收的光强发生变化。当血管中的血容量增加时，血液吸收的光强度发生变化；当血容量变小时，吸收的光强度变小。
3.因此，ppg信号检测单元的物理结构非常重要；为了减少噪声信号的引入，提高光源中血管变化产生的有效脉搏波信号的占比，降低后续电路或数字信号处理的难度，需要合理安排光源和光电传感器物理结构以及空间排布。结构越好，检测到的信号质量就越高。
4.目前市场上的绝大多数ppg穿戴设备，传感器的光源和传感器的结构与排布，并未考虑反射式ppg中必须兼顾有效穿透光与反射光的占比，这让浅层只经过皮质角质层的反射光，也充分进入光敏传感器中，这样的结构强化了噪声的占比，对取得高精度的ppg信号产生很大阻碍。


技术实现要素：

5.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种ppg信号检测传感器结构，包括：
6.光电传感器；
7.发光件，所述发光件与所述光电传感器被构造成以预定距离间隔设置，且所述预定距离为4.0mm-5.0mm。
8.可选地，所述发光件的波长为600nm-2500nm。
9.可选地，所述发光件包括至少两个，且每个所述发光件与所述光电传感器均以所述预定距离间隔设置。
10.可选地，所述光电传感器具有围绕其自身设置的遮光部，所述遮光部用于将所述光电传感器水平方向的光源阻隔。
11.可选地，所述遮光部的宽度尺寸和厚度尺寸为1-2mm。
12.可选地，所述遮光部包括橡胶材质或硅胶材质。
13.本实用新型的上述方案至少包括以下有益效果：
14.本实用新型实施例的ppg信号检测传感器结构，通过将发光件和光电传感器之间设定成预定距离，使得在应用于穿戴设备时，能够采集到相对稳定的脉搏波信号，能够有效地兼顾穿透光与反射光的占比，使得经过皮质角质层的反射光也可以充分进入光敏传感器
中，从而可以减少噪声占比，提升了ppg信号的精度。
15.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
17.图1是本实用新型实施例中提供的ppg信号检测传感器结构的示意图；
18.图2是本实用新型实施例中提供的光电传感器的结构示意图；
19.图3是本实用新型实施例中提供的遮光部的结构示意图；
20.图4是本实用新型实施例中提供的ppg信号检测传感器结构的应用场景图；
21.图5是本实用新型实施例中提供的脉搏波效果图；
22.图6是本实用新型实施例中提供的谐频振幅的变化图。
23.附图标号说明：
24.10、光电传感器；101、遮光部；20、发光件。
25.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
26.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”“轴向”、“周向”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
28.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
29.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语
在本实用新型中的具体含义。
30.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.下面参照附图详细描述本实用新型实施例的ppg信号检测传感器结构。
32.参照图1和图2所示，本实用新型实施例中提供的ppg信号检测传感器结构，包括光电传感器10及发光件20，发光件20与光电传感器10被构造成以预定距离间隔设置，且预定距离为4.0mm-5.0mm。
33.其中，光电传感器10表示为基于光电效应的传感器，在受到可见光照射后即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出，发光件20可以是发光电极等，其用于发出可见光，因此，发光件20的波长为600nm-2500nm；在测量脉搏波信号时，为避免发光件20与光电传感器10之间的距离太远，将发光件20和光电传感器10之间的距离设置成4.0mm-5.0mm，可以避免发光件20的散射路径太长而导致光源强度衰减过多，提升了脉搏波讯号的质量；可选地，发光件20包括至少两个，且每个发光件20与光电传感器10均以预定距离间隔设置，本领域技术人员可以理解的是，发光件20的数量可以根据实际需求进行设定，例如也可以是四个，在此不作任何限定。
34.本实用新型实施例的ppg信号检测传感器结构，通过将发光件20和光电传感器10之间设定成预定距离，使得在应用于穿戴设备时，能够采集到相对稳定的脉搏波信号，能够有效地兼顾穿透光与反射光的占比，使得经过皮肤深层的反射光也可以充分进入光敏传感器中，从而可以减少噪声占比，提升了ppg信号的精度。
35.具体的，光电传感器10具有围绕其自身设置的遮光部101，遮光部101用于将光电传感器10水平方向的光源阻隔。在本实施例中，遮光部101的宽度尺寸和厚度尺寸为1-2mm，并且，遮光部101包括橡胶材质或硅胶材质；通过遮光部101将光电传感器10的四周环绕，一般地，在皮肤角质浅层的散射光主要照在近距离的平面上，并可以被遮光部101有效吸收而无法成为讯号来源，因此，经过小动脉富集区域的光源，水平移动范围更大，才能绕过遮光部101并照射在光电传感器10上被接收，从而形成有效的脉搏波讯号，可以理解的是，在将发光件20与光电传感器10之间设定成预定距离，使发光件20发出的光源散射入皮肤组织深处，从而产生血管容积脉动的讯号。
36.由上可知，根据本实用新型提供的ppg信号检测传感器结构，以下第一实施例至第六实施例中采用了不同距离构造的光电传感器10及发光件20，并对不同距离对应的脉搏波讯号进行测定。
37.第一实施例
38.在本实施例中，将遮光部101的宽度d2和厚度d3设定为1mm的硅胶材料，将光电传感器10和发光件20之间的预定距离d1设定为3mm。
39.第二实施例
40.在本实施例中，遮光部101的宽度d2和厚度d3不变，且材料不变，将光电传感器10
和发光件20之间的预定距离d1设定为3.6mm。
41.第三实施例
42.在本实施例中，遮光部101的宽度d2和厚度d3不变，且材料不变，将光电传感器10和发光件20之间的预定距离d1设定为4mm。
43.第四实施例
44.在本实施例中，遮光部101的宽度d2和厚度d3不变，且材料不变，将光电传感器10和发光件20之间的预定距离d1设定为4.3mm。
45.第五实施例
46.在本实施例中，遮光部101的宽度d2和厚度d3不变，且材料不变，将光电传感器10和发光件20之间的预定距离d1设定为4.6mm。
47.第六实施例
48.在本实施例中，遮光部101的宽度d2和厚度d3不变，且材料不变，将光电传感器10和发光件20之间的预定距离d1设定为5mm。
49.结合图5所示，可以理解的是，在光电传感器10和发光件20之间的预定距离设定为3.0mm和3.6mm两组间距d1采集到的数据脉搏波讯号稳定度较差，基础频率在线下漂浮的较为厉害，在d1大于4.0mm后脉搏波的低点就相对平稳。
50.进一步的，在针对第一实施例至第六实施例的预定距离d1测定得到的脉搏波讯号做频谱分析后，可以看出随着预定距离d1达到3.6mm-5.0mm后基础频率的能量振幅(c1)上升并达到稳定值，当d1介于4.0mm-5.0mm后脉搏波的变异度大幅下降到低谷，说明本实施例中ppg传感结构中，预定距离d1为4.0mm-5.0mm是脉搏波质量最佳的工程参数。
51.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
52.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。