光电式传感器工作原理

光电式脉搏传感器的原理

根据郎伯－比尔（lamber－beer）定律,物质在一定波长处的吸光度和他的浓度成正比,当恒定波长的光照射到人体组织上时,通过人体组织吸收、反射衰减后测量到的光强在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征。

脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生的,在人体指尖,组织中的动脉成分含量高,而且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄,透过手指后检测到的光强相对较大,因此光电式脉搏传感器的测量部位通常在人体指尖。

手指组织可以分成皮肤、肌肉、骨骼等非血液组织和血液组织,其中非血液组织的光吸收量是恒定的,而在血液中,静脉血的搏动相对于动脉血是十分微弱的,可以忽略,因此可以认为光透过手指后的变化仅由动脉血的充盈而引起的,那么在恒定波长的光源的照射下,通过检测透过手指的光强可以间接测量到人体的脉搏信号。

一、 光电式脉搏传感器的结构

从光源发出的光除被手指组织吸收以外,一部分由血液漫反射返回。其余部分透射出来。光电式脉搏传感器按照光的接收方式可分为透射形式和反射式2种[2],其中透射式的发射光源与光敏接收器件的距离相等并且对称布置,接收的是透射光,这种方法可较好地反映出心律的时间关系,但不能精确测量出血液容积量的变化;反射式的发射光源和光敏器件位于同一侧,接收的是血液漫反射回来的光,此信号可以精确地测得血管内容积变化。本文讨论的是透射式脉搏传感器,侧重于脉搏信号的测量。

二、光电式脉搏传感器的制作

1、光敏器件

光电式脉搏传感器由于采用不同的光敏元件有着多种实现方法,其中光敏元件主要有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管和硅光电池,在传统的光电式脉搏传感器设计中,通常采用的是独立光敏元件,利用半导体和光电效应改变输出的电流,通常光敏元器件输出的电流极低,容易受到外界干扰,而且对后续的放大器的要求比较严格,需要放大器空载时的电流输出较小,避免放大器空载输出电流对脉搏信号测量的干扰,这样对于普通的放大器就不能直接应用在光敏元件的后端。

光电式脉搏传感器的原理

1 引言

人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张，使血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波称为脉搏波.脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征。

传 统的脉搏测量采用脉诊方式，中医脉象诊断技术就是脉搏测量在中医上卓有成效的应用，但是受人为的影响因素较大,测量精度不高。无创测量 （noninvasive measurements)又称非侵入式测量或间接测量，其重要特征是测量的探测部分不侵入机体,不造成机体创伤，通常在体外,尤其是在体表间接测量人体 的生理和生化参数［1］。

生物医学传感器是获取生物信息并将其转换成易于测量和处理信号的一个关键器件。光电式脉搏传感器是根据光电容 积法制成的脉搏传感器，通过对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号，光电式脉搏传感器具有结构简单、无损伤、可重复好等优点。本文讨论的就是基于光 电式脉搏传感器的设计和具体实现.

2 光电式脉搏传感器的原理和结构

2.1 光电式脉搏传感器的原理

根据郎伯－比尔（lamber－beer）定律,物质在一定波长处的吸光度和他的浓度成正比，当恒定波长的光照射到人体组织上时，通过人体组织吸收、反射衰减后测量到的光强在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征.

脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生的，在人体指尖，组织中的动脉成分含量高，而且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄,透过手指后检测到的光强相对较大，因此光电式脉搏传感器的测量部位通常在人体指尖.

手 指组织可以分成皮肤、肌肉、骨骼等非血液组织和血液组织,其中非血液组织的光吸收量是恒定的，而在血液中，静脉血的搏动相对于动脉血是十分微弱的,可以忽 略，因此可以认为光透过手指后的变化仅由动脉血的充盈而引起的,那么在恒定波长的光源的照射下，通过检测透过手指的光强可以间接测量到人体的脉搏信号。

光电式传感器的工作原理

来源：电子资料文库 作者： 发布时间：2013-5-4 浏览(9113)次

光电式传感器的英文解释：photoelectric transducer

光电传感器的构成

光电传感器由光源、光学通路、光电元件构成。

光电式传感器应用

1、光量变化的非电量；

2、能转换成光量变化的其他非电量。

光电式传感器的应用可归纳为四种基本形式，即辐射式(直射式)、吸收式、遮光式、反射式。

光电式传感器特点

非接触、响应快、性能可靠。

图a所示是光电式传感器的工作原理图，位于光敏二极管的对面的是作为光源的发光二极管，在它们之间有一个能断续遮光的转盘。当转盘上的缺口、缝隙或小孔对准发光二极管时，光线可以通过，光敏二极管即发出信号指示转轴的某一位置或转速。它输出的信号是方波脉冲，故它能适应数字式控制系统的需要。这里的发光二极管的发光频率一般在红外线和紫外线范围内，是肉眼看不见的。

图b、c所示为六缸发动机用分电器内的光电式曲轴转角传感器的结构，由发光二极管和光敏二极管组合来计测带缝隙的转盘的旋转位置，安装在分电器内（或凸轮轴前部）。它决定分组喷射控制及电子点火控制曲轴每转两转的喷油正时和点火正时。在转盘上每隔60°设置了宽度不同的4种缝隙，利用发光二极管发出的光束，经过安装在分电器轴上转盘的刻度缝隙，照射在光敏二极管上，使波形电路产生电信号、并传给ECU。

光电式曲轴转角传感器的工作原理与结构

a）工作原理图 b）结构图 c）转盘

1-输出信号 2-光敏二极管 3-发光二极管 4-电源 5-转盘 6-转子头盖 7-密封盖 8-波成形电路 9-第一缸120°信号缝隙 10-10信号缝隙 11-120°信号缝隙

光电效应

它是光照射到某些物质上，使该物质的电特性发生变化的一种物理现象，可分为外光电效应和内光电效应两类。外光电效应是指，在光线作用下物体内的电子逸出物体表面向外发射的物理现象。光子是以量子化“粒子”的形式对可见光波段内电磁波的描述。光子具有能量hv，h为普朗克常数，v为光频。光子通量则相应于光强。外光电效应由爱因斯坦光电效应方程描述：hv=1/2*mv0的平方

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光电式传感器工作原理及特性

作者：杨鹏

来源：《西部论丛》2019年第26期

摘 要：我们很难通过物体上的光的变化来了解其中包含的信息，光电传感器可以用作转换设备，通过一系列处理将其显示出来，从而形成电信号以供人们了解。 光电传感器的最基本组件是光电元件。 基于不同类型的光电效应，获得不同类型的光电元件，例如光敏电阻。

同时，这些光电元件的基本特性完全不同。 通过它们的特性，可以分析其合适的应用领域以最大程度地发挥其优势。 光电传感器的应用非常广泛，这归因于其更高的测量精度和非接触特性。

关键词：光电效应;传感器;转换

光电传感器是对被测物进行线性测量并且不与被测物接触的仪器，在一定程度上扩展了光电传感器的应用范围。 光电元件是最基本的组成成分。 不同类型的光电效应决定了不同类型的光电元件的特性，这些特性也决定了光电传感器的应用领域。 光电传感器是基于光电效应[3]的传感器，即外部光电效应和内部光电效应，并且可以从伏安特性，照明特性， 和稳定性对其分析。

1 光电式传感器的基本原理

光电元件的外光电效应或内光电效应构成了光电式传感器将能量进行转换的基本条件，在这一基础上光信号实现了向电信号的有效转换，再以人们能够理解的形式展现出来，同时对所受光照的变化规律进行分析。光子以电子流的形式进行移动，电子的能量随光波频率的增大而增大，在受光条件下电子吸收光照所释放的能量，进而电子能量快速增大，电子利用这部分能量在挣脱正离子束缚的同时，将剩下的能量保存下来作为自身运动的能量。由此可得光照射物体后物体的溢出功小于物体中电子所获的能量而发生表面逸出电子的现象即为外光电效应，光照强度的大小并不能决定该效应的发生，而在于受光物体自身所特有的红限频率，若低于该红频限率，无论光照强度多大都无法使电子脱离物体表面，逸出时的初始动能使得该类光电元件在没有加压时也能产生光电流，进而可以脱离电源独立工作，具有极大的便利性。在相同条件龙源期刊网