绿光传感器:PointLED和Firefly LED:红光测量血氧浓度,绿光测量脉搏

2021/12/25 08:43 · 传感器知识资讯 ·  · 绿光传感器:PointLED和Firefly LED:红光测量血氧浓度,绿光测量脉搏已关闭评论
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绿光传感器:PointLED和FireflyLED:红光测量血氧浓度,绿光测量脉搏描述全新的PointLED和FireflyE1608是高亮度绿色和亮红色LED,提供更好的设计灵活性。新的PointLED和FireflyLED都是OSRAMOptoSemiconductors最新的产品之一,专门应用于手机

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绿光传感器:PointLED和Firefly LED:红光测量血氧浓度,绿光测量脉搏

描述
全新的PointLED和Firefly E 1608是高亮度绿色和亮红色LED,提供更好的设计灵活性。新的PointLED和Firefly LED都是OSRAM Opto Semiconductors最新的产品之一,专门应用于手机上,涵括健身数据追踪和健康状况监测。
新的PointLED和Firefly LED都是Osram Opto Semiconductors最新的产品之一,专门应用于手机上,涵括健身数据追踪和健康状况监测。红光适合用来测量血氧浓度,而绿光适合测量脉搏。
因此欧司朗能够提供客户更丰富的产品选择 ─ 搭配多种感测器一起应用。PointLED亮度更加提升,正绿色光色能够带来更好的表现并发出更清楚的讯号。Firefly 1608则是介于特殊窄波长的亮红色色光,大约660nm。能够提供更好的讯号识别。
红光适合用来测量血氧浓度,而绿光适合测量脉搏。Firefly系列中的两种眼色都具有紧密排列的特色,让客户在进行设计时享有更大弹性空间。
Osram Opto Semiconductors推出两款绿色LED以及一款亮红色PointLED中的Firefly系列。绿光PointLED的发光密度为20毫安培(mA)电流下的1800-2800 mcd。在穿戴装置上能够提供比前一代更好的讯号、更强的输出。这也代表这个系列的在同样讯号下的能耗更低,大约能够维持电池额外50%的续航力。
Osram Opto Semiconductors的LED产品经理Russell Willner表示:“有了紧密排列的设计,LED灯在追踪装置上所占用的空间就更小。这也让客户在设计穿戴装置时能够有更大发挥空间。”
同时,亮红色的660 nm是一个特别的窄频波长,相当适合这类应用。绿光LED的发光密度则是典型的1400mcd,波长为525nm。两种LED都是超小0.8mm x 1.6mm x 0.6mm封装。
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绿光传感器:中国石油大学张冬至&于连栋J. Colloid Interface Sci.:CdS/Co3O4绿光激发丙酮气体传感器的构建及其在检测糖尿病生物标志物中的应用

中国石油大学张冬至&于连栋J. Colloid Interface Sci.:CdS/Co3O4绿光激发丙酮气体传感器的构建及其在检测糖尿病生物标志物中的应用
DOI: 10.1016/j.jcis.2021.08.022
半导体的形态和结构特征对其气敏特性存在重要影响。合理设计和合成具有特殊结构的异质结可以有效提高传感器性能。在此,通过静电纺丝法结合水热法合成了氧化钴(Co3O4)纳米纤维/硫化镉(CdS)纳米球杂化物,用于检测丙酮气体。通过调节CdS的负载量,CdS/Co3O4传感器在室温(25℃)下对丙酮的传感性能得到了显著改善。尤其,CdS/Co3O4在520nm绿光下对50ppm丙酮气体的响应提高了25%,同时响应/恢复时间缩短到5s/4s。这可归因于CdS和Co3O4之间形成的异质结以及光激发对表面载流子浓度的影响。同时,独特的高孔隙率纤维结构和钴离子的催化作用也对性能的提高起着至关重要的作用。此外,还对实际糖尿病呼吸进行了实验模拟,证明了该传感器在未来疾病辅助诊断中的应用潜力。
图1.CdS/Co3O4纳米复合薄膜传感器的制备过程。
图2.丙酮传感测量系统示意图。
图3.(a)CdS/Co3O4复合材料的XRD图。(b)CdS纳米球、(c)Co3O4纳米纤维和(d)CdS/Co3O4纳米复合材料的SEM图像。
图4.(a)Co3O4和(b)CdS/Co3O4样品的TEM显微照片。(c)Co3O4和(d)CdS样品的HRTEM显微照片。
图5.CdS/Co3O4样品的XPS光谱:(a)Co2p芯能级光谱,(b)O1s芯能级光谱,(c)S2p芯能级光谱和(d)Cd3d芯能级光谱。
图6.(a)CdS/Co3O4纳米复合材料的N2吸附-解吸等温线和孔径分布(插图)。(b)CdS、Co3O4和CdS/Co3O4传感器的电流-电压曲线。
图7.(a)在5次重复实验中,Co3O4中含不同CdS负载率的样品对50ppm丙酮气体的响应。(b)测量CdS/Co3O4传感器对0.5-100ppm浓度范围内丙酮的电阻。(c)CdS/Co3O4传感器响应与丙酮浓度的函数关系。(d)CdS/Co3O4和Co3O4薄膜传感器在25℃下对50ppm丙酮气体的响应和恢复特性。
图8.(a)CdS/Co3O4传感器的重复性。(b)在5次重复实验中,CdS/Co3O4传感器在25℃下对50ppm各种气体的选择性。(c)CdS/Co3O4传感器在25℃下对10、50和100ppm丙酮气体的长期稳定性。(d)在5次重复实验中,相对湿度对CdS/Co3O4传感器在25℃下的初始电阻和丙酮传感特性的影响。
图9.(a)CdS和CdS/Co3O4样品的紫外-可见光谱。(b)通过Tacu图法得到的(αhv)2与光子能量(hv)的关系,并估算样品的有效带隙。
图10.(a)CdS/Co3O4传感器在3-4.4V电压、不同光照条件下暴露于20ppm丙酮气体的响应(60mW/cm2-90mW/cm2)。当存在或不存在绿光照明时CdS/Co3O4基传感器的(b)响应、(c)拟合曲线和(d)响应/恢复时间。
图11.Co3O4/CdS传感器的呼吸气体分析。(a)用气囊收集健康实验者的呼吸。(b)通过将2ppm丙酮注入健康人呼出的气体中来模拟糖尿病患者的呼吸。(c)传感器在模拟糖尿病患者呼吸环境中的响应曲线。(d)在5次重复实验中模拟糖尿病呼吸、2ppm丙酮和健康呼吸的响应值。
图12.(a)CdS/Co3O4异质结构在丙酮气体中的示意图。(b)CdS/Co3O4异质结的能带结构图。
来源:北京永康乐业公司
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绿光传感器:光学心率传感器工作原理

不少业内人士都认为未来可穿戴智能手表、手环需要向着更加专业化和细分化的应用领域发展,其中针对运动人群和健康检测就是两个很好的方向。那么我们不妨通过Apple Watch来了解一下光学心率监测的原理。
本文引用地址: watch心率监测
心率监测可以说是Apple Watch最具革命性的一大功能,它究竟是如何实现的?Apple Watch利用LED绿光和红外光,以及两种光传感器来检测心率。当其处于15摄氏度(59华氏度)以下的低温时,通过测量绿光的吸收状况来获取更为精准的数据。而高温环境下,比如用户正在健身房里挥汗如雨时,皮肤表面水分增加,由于更多绿光已经被吸收掉,要检测皮下反射的绿光就比较困难,这时Apple Watch就转换到红外光模式。
这种用于血流检测的光学技术,专业上称为“光电容积脉搏波描记法(photoplethysmography)”,简称PPG。
光电容积脉搏波描记法PPG
就AppleWatch来说,测量心率时底部的表盘会发出绿色的灯光,并且测量的时候手腕最好保持不动否侧会影响测量结果。接下来将详细介绍光学心率测量的原理。
如下两张图是光学心率传感器。图a是LED没有发光的时候中间是一个光敏二极管,图b是传感器的LED发光的时候。
图a 图b
那么为什么通过LED灯发光就能测量心率呢?
当LED光射向皮肤,透过皮肤组织反射回的光被光敏传感器接受并转换成电信号再经过AD转换成数字信号,简化过程:光---> 电 ---> 数字信号
为什么大多数传感器都是采用的绿光呢?
我们先看看光谱的特点,从紫外线到红外线的波长是越来越长的。
之所以选择绿光作为光源是考虑到一下·几个特点:
1. 皮肤的黑色素会吸收大量波长较短的波
2. 皮肤上的水份也会吸收大量的UV和IR部分的光
3. 进入皮肤组织的绿光(500nm)-- 黄光(600nm)大部分会被红细胞吸收
4. 红光和接近IR的光相比其他波长的光更容易穿过皮肤组织
5. 血液要比其他组织吸收更多的光
6. 相比红光,绿(绿-黄)光能被氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白吸收
总体来说,绿光-- 红光能作为测量光源。早起多数采用红光为光源,随着进一步的研究和对比,绿光作为光源得到的信号更好,信噪比也比其他光源好些,所以现在大部分穿戴设备采用绿光为光源。但是考虑到皮肤情况的不用(肤色、汗水),高端产品会根据情况自动使用换绿光、红光和IR多种光源。
虽然知道了上面的几个特点,但是还不足以弄清楚为什么通过光照就能测出心率、血氧等参数呢?
下图就解释了核心原理
当光照透过皮肤组织然后再反射到光敏传感器时光照有一定的衰减的。像肌肉、骨骼、静脉和其他连接组织等等对光的吸收是基本不变的(前提是测量部位没有大幅度的运动),但是血液不同,由于动脉里有血液的流动,那么对光的吸收自然也有所变化。当我们把光转换成电信号时,正是由于动脉对光的吸收有变化而其他组织对光的吸收基本不变,得到的信号就可以分为直流DC信号和交流AC信号。提取其中的AC信号,就能反应出血液流动的特点。我们把这种技术叫做光电容积脉搏波描记法PPG。
文章参考Richard_LiuJH的博客

绿光传感器:科普一分钟:心率监测仪发绿光和红光有何不同

原标题:科普一分钟:心率监测仪发绿光和红光有何不同

点评:一般情况下,发绿光的一般比发红光的好。

心率监测是目前很火的功能,除了苹果表外,摩托360手表、新款Fitbit等智能可穿戴设备也都玩了起来(甚至比苹果表更早),而且包括三星Galaxy S5在内的一些手机也都具备这一功能了。

那么,心率监测准不准呢?为什么有些心率监测仪发绿光而有些则发红光呢?下面我们就简单了解一下。

心率监测的方法

常见的方法有两种:心动电流测量法和光电透射测量法。

心动电流测量法,在医院中测量心电图时经常会看到,通过测量人体不同点的电势变化,从而测量出心率变化,该方法测量精准,但必须同时监测人体的两个部位,而我们平时用手机和手表的时候都是单手接触产品,所以无法做到持续监测。

光电透射测量法,可穿戴设备上一般都采用这个,它是一种通过光反射测量的光电心率传感器以及利用人体不同部位电势测量的电极式心率传感器。特点是,准确度欠佳,但优势在于体积小。

光电测量法又分两种情况

这两种情况就是,一个发绿光(苹果表),一个发红光(Galaxy S5),无论是哪一种,这些光都是LED灯发出来的。

发红光,是利用血管内血液血红蛋白的吸光度的变化来测量脉搏,靠红外发射光束回路和接收反射回路,但信号极为微弱而非常容易受到外界干扰而造成测量数据不准确,且一般需要安静的状态下测量。

发绿光,是由两个绿色波长的发光LED 和一个光敏传感器组成,其原理是基于手臂血管中的血液在脉动的时候会发生密度改变而引起透光率的变化。它可以持续测量心率(运动中亦可),计算平均心率,记录最大心率等。

所以买可穿戴设备时可以长个心眼:发绿光的要比发红光的好。

苹果表的心率监测靠谱不?

答案是很靠谱,据旧金山大学一份报告显示,准确率可达99%。

因为苹果表的心率监测更复杂先进,除了使用绿色LED灯外,还会使用红外线来监测心率。红外线模式就是它每10分钟测量一次心率时所使用的方式,只有在红外线系统不足以提供准确的读数时,Apple Watch才会切换到绿色LED。

当然,它也不是完美的,纹身会影响准确性,佩戴方式也会直接影响心率的采集成功率,总之要想准,就要尽可能地接近真实的皮肤。

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