罗姆最新脉搏传感器实现高精度脉搏检测

 在当今这个物联网时代，传感器应用变得越来越广泛，它不断在一些工厂、机械、医疗以及车载、移动通信领域方面都有广泛的一些应用。传感器是设备感受外界环境的重要硬件，决定了装备与外界环境交互的能力，是设备智能化的硬件基础，尤其在很多智能设备中，传感器决定着设备的核心能力。2017年2月21日，罗姆带来了适用于可穿戴设备的脉搏传感器，罗姆半导体上海有限公司设计中心高级工程师孙彬为此进行了详细讲解。

脉搏传感器的工作原理

脉搏传感器整个模块包括两个部分，如下图所示。一个是绿色的LED的发射，右边是芯片的接收，主要利用的是绿光达到人体的血管之后进行散射回来检测的一个结果。人体心脏在收缩与舒张的过程当中，血管中的血流会发生体积变化，当你血流变多的时候，反射回来的绿光强度就会变小，血流变少的时候绿光强度就会变大，最终出现的就是一个脉冲的信号，通过脉冲的数量可以计算人体的脉搏数。

脉搏传感器可以计算脉搏数，还可以计算最大摄氧量，此外，还可以应用在一些智能的软件里面，通过人的脉搏数来反映一个人当前的精神状态。另外，罗姆还在开发一个新的算法，就是利用人体的脉搏数来计算人体的血压。

据罗姆半导体上海有限公司设计中心高级工程师孙彬介绍，脉搏传感器应用得最多的就是智能手表以及运动手环当中。他提到，“罗姆与一些客户接触之后，有客户做游戏机的时候，他们想在游戏机的手柄下面放一个脉搏传感器，在用户玩的时候监测用户的心跳，在游戏中给出一些反馈信号，这种有趣的应用也是可以通过脉搏传感器来实现的。”

罗姆脉搏传感器三大优势

脉搏传感器在以往遇到了不少问题，其中一个就是在室外检测脉搏的时候，检测精度非常不好，这是因为太阳光里含有红外线成分，透过人体的红外光线形成噪音。为了解决这个问题，罗姆采用了专门的红外线去除措施，这是罗姆脉搏传感器的第一个优势。罗姆在产品外面加了两层滤光片，一个是红外滤光片，一个是彩色滤光片，如下图所示。

红外滤光片首先可以把外界的红外光在这边全部过滤掉。彩色滤光片可以将可见光当中除了绿光的部分全部过滤掉，只让绿光通过，这样就更加突出了绿光，达到高精度的检测。可以看到罗姆的产品最终检测到的脉搏信号与一般性的产品波形相比非常清晰。

罗姆脉搏传感器另外还有一个优势就是低功耗。脉搏传感器的功耗主要来源于两个方面。一个是LED的驱动电流，另外一个是芯片内部的功耗。孙彬提到，罗姆的产品可以达到一个很好的高精度检测，因此驱动LED灯的电流也就不需要很强，就可以检测到很高质量的信号，所以这部分的电流可以削减掉。同时，罗姆的产品在内部也优化了电路构造，放大器采用了电容式的积分放大器代替了传统的跨阻式的放大器，也是减少了电流的消耗。可以看到，罗姆最终的整体功耗比以往的产品下降了74%左右。

另外，由于脉搏传感器应用最多的是一些运动手表、移动手环之类的产品，人在戴着这些设备在户外运动的时候，通常会跟人体之间产生相对运动，在这个偏差当中会产生一些噪音，罗姆针对这些情况开发了一个专门的脉搏计算算法。它的方法就是利用了Kionix公司(罗姆集团旗下公司之一)的加速度传感器与脉搏传感器同时采集信号，最后通过快速傅里叶变换，在频域中找出跟加速度传感器信号频率一致的脉搏噪音，把它去除掉，最终还原出纯粹的脉搏信号。

在现场，罗姆的技术人员还给我们演示了这款脉搏传感器的DEMO。其中，蓝色的这条曲线是加了滤光片的，红色这条曲线是没有加滤光片的，明显看到使用蓝线的数据比红线的更稳定和精确。

据悉，罗姆从去年开始就开始在官网上售卖这套传感器评估套件，这个评估套件是支持Arduino开放平台的，近年来在业内有越来越多的开发人员用到Arduino开放平台，可以非常便利地做一些软件开发与产品评估。罗姆的传感器扩展板可以完全兼容Arduino Uno开发板，扩展板上可以接插罗姆的各种传感器，如今还推出了一个脉搏传感器的扩展板。

罗姆认为，对于个人可穿戴的需求有可能差不多已经达到顶峰了。但是就健康的概念来说，应该还是会有很多的需求，包括以后的养老，还有医院辅助的护理，这方面还会有很多需求，罗姆主要目标就是这样一个长线的市场。