Нагрудный датчик сердечного ритма. Датчики пульса: обзор, характеристики

Одним из востребованных направлений электроники является медицинская электроника. Данный класс электроники реализует диагностические и лечебные аппараты, решающие какие-либо медико-биологические задачи. Также для медицинской электроники свойственна большая точность и стабильность, так как от этой техники часто зависит жизнь человека.

Болезни сердечно-сосудистой системы на сегодняшний день являются наиболее часто встречающимися болезнями у человека после кариеса. Заболевания сердечно-сосудистой системы могут быть опасны не только для больного, но и для окружающих в те моменты, когда он управляет техникой или в других ситуациях, связанных с выполнением каких-либо ответственных действий.

Начиная с максимально простого и доступного, состояние здоровья сердца и сердечно-сосудистой системы можно определять по частоте сердечных сокращений или по пульсу. Пульс - это важнейший показатель качества физиологических процессов в организме, позволяющий судить о здоровом состоянии организма и его тренированности, о различных заболеваниях организма, причем не только сердца, но и других органов и систем. Пульс - это толчок крови в сосудах при сокращении сердца, производящий колебания стенок кровеносных сосудов. Пульс характеризуется следующими пара метрами: частота, ритм, напряжение и наполнение.

Возвращаясь к электронике, измерить пульс можно разными способами: при помощи оптопары (светодиод, фотодиод) на просвет части тела или на отражение, при помощи микрофонной техники, при помощи измерения электрической активности сердечной мышцы (ЭКГ), при помощи пьезодатчиков и даже по видеоизображению лица в новейших разработках и др.

Одним из самых распространенных и недорогих способов является оптический метод, который при должном подходе может давать достаточно точный результат. В самом простом варианте можно использовать светодиод и фотодиод, с последнего просто снимается сигнал. При сокращении сердца кровь по сосудам движется неравномерно в зависимости от работы сердца и сосудов. В соответствии с этой неравномерностью будет изменяться отраженный или просвечивающий сигнал от светодиода на фотодиоде. Усилив этот сигнал можно получить не только количество сокращений сердца по амплитудам сигнала, но и приблизительную кардиограмму.

Такие датчики в продаже можно найти нескольких исполнений от простейшей пары светодиод – фотодиод, до модулей с усилением и фильтрацией сигнала. Примером последнего является датчик pulsesensor.com, который мы будем сегодня использовать.

Схема датчика:

Технические характеристики датчика пульса:

• Напряжение питания от 3 до 5 В
• Ток потребления при напряжении питания примерно 2 мА
• Диаметр модуля 16 мм
• Тип выходного сигнала аналоговый
• Способ детектирования сердечных сокращений по отраженному сигналу

Подключив питание к этому датчику, с выходного контакта при помощи осциллографа можно получить приблизительную кардиограмму и по временному промежутку между пиками определить частоту пульса.

В качестве минусов данного метода необходимо отметить, что для получения стабильного результата нужно прикладывать датчик к пальцу с некоторым позиционированием и определенной силой прижатия (не сильно, но и не слабо), аналогично для мочки уха и шеи (т.к. на шее располагаются крупные артерии, именно там получается самый четкий результат). Также при измерении любое движение будет искажать результат. При использовании схема должна быть защищена от контакта с другими проводящими объектами, чтобы не допустить искажения и ослабления сигнала.

Однако использование осциллографа не всегда удобно или возможно, поэтому попробуем собрать самостоятельно простейший кардиомонитор.

Схема устройства:

Схема построена на базе микроконтроллера STM32F103C8T6. В качестве индикатора используется TFT LCD дисплей разрешением 240х320 c интерфейсом SPI на базе контроллера ILI9341. Питание схемы 3,3 В (при питании 3,3 В дисплей будет работать), что позволяет использовать Li-ion аккумуляторы при некоторой модернизации схемы для мобильности и безопасности устройства. Датчик пульса подключается к нулевому каналу АЦП1 микроконтроллера. Аналогично осциллографу по измерениям АЦП строится график на экране дисплея. По значению времени между пиками (отмеряется таймером микроконтроллера) кардиограммы определяем частоту пульса в единицу времени. Каждую миллисекунду происходит прерывание, в котором отсчитывается количество миллисекунд между пиками кардиограммы, то есть период. Для перевода в значение сердечных сокращений в минуту применяем формулу:

60000(мсек)/ΔT (мсек)

На экране устройства отображается приблизительная кардиограмма, получаемая с помощью датчика пульса и рассчитанное значение пульса в ударах в минуту. Таким образом, получаем простой недорогой кардиомонитор, функционал которого можно дорабатывать и дополнять.

Итак, получив данные о сердечных сокращениях, можно судить о здоровье следующим образом. У среднестатистического взрослого человека нормальный пульс составляет 60-80 ударов в минуту. У спортсменов это значение значительно ниже и более стабильно при физических нагрузках. У женщин обычно пульс чаще, а у детей в зависимости от возраста значительно чаще, чем у взрослых. Необходимо отметить, что учащение пульса возникает при физической нагрузке, при нервном напряжении, курении, потреблении чая, кофе и алкогольных напитков. Измерьте пульс в то время, когда вас посетили волнения и нервное напряжение. По величине отклонения пульса можно определить, что у вас уже имеется невроз. Наиболее нервные люди, часто волнуясь по пустякам, напрягают свою нервную систему, и тут же сердце реагирует учащенным пульсом, а сосудистая система - увеличением артериального давления. Вначале у таких людей появляется сердечно-сосудистая дистония, невроз сердца, а затем наступают серьезные заболевания сердечно-сосудистой системы. Если ваш пульс реагирует учащением на мелкие неприятности, то необходимо срочно дать отдых организму и заняться собственным оздоровлением. Учащение пульса более 100 ударов в минуту называется тахикардией и требует к себе особого внимания. По этому поводу вы обязательно должны показаться врачу. Понижение пульса до значения ниже 50 ударов в минуту называется брадикардией и также требует к себе особого внимания. По этому поводу вы обязательно должны показаться врачу, если только вы не являетесь спортсменом или не практикуете йогу. При сердечной недостаточности пульс очень медленный и слабый. Сердечная недостаточность требует обязательного вызова врача.

Ритм пульса определяется интервалами между отдельными пульсовыми ударами. У здорового человека пульсовые временные интервалы всегда одинаковы. Аритмия - это неправильность пульса, характеризуемая неодинаковыми интервалами. Неритмичный пульс может иметь несколько разновидностей. Экстрасистолия - это аритмия, связанная с появлением на интервале лишнего удара. Мерцательная аритмия характеризуется беспорядочностью пульса. Пароксизмальная тахикардия - это внезапное сильное сердцебиение.

Список радиоэлементов

Оптическая плетизмография основана на измерении пульса человека с использованием датчика и специальных светодиодов. Оптический сенсор на обратной стороне браслета или часов излучает свет на запястье с помощью светодиодов, который поглощается тканями организма, в том числе кровью. При этом кровь поглощает больше света, чем, например, кожный покров. Изменение количества крови в сосудах сказывается на уровне поглощения света, что и фиксируется датчиком. А специальный алгоритм на основе полученных данных определяет частоту сердечного ритма.

Как правило, для измерения пульса используются зеленые светодиоды. Дело в том, что, будучи красной, кровь отражает красный цвет и поглощает зеленый. Для измерения пульса необходимо максимальное поглощение: а именно свет с длиной волны от 500 до 600 нанометров. Зеленый цвет соответствует 510-550 нанометрам.


Оптические датчики довольно точно определяют пульс при ходьбе и беге, однако при существенном повышении частоты пульса, например, до 160 ударов в минуту, кровь начинает проходить через область датчика слишком быстро, что сказывается на точности измерений. Еще одним фактором, снижающим достоверность результатов, может стать снижение кровотока в холодную погоду.

Довольно новым и еще не получившим популярность у инженеров является способ механического измерения пульса с помощью пьезоэлектрического датчика давления. Данный принцип реализован в браслете HealBe Go. На датчик работает вся конструкция устройства: ремешок обеспечивает растягивающее усилие на краях пьезодатчика, а корпус браслета придает необходимую жесткость и опору.


Также существуют концепты гибких датчиков для измерения пульса на основе золотых нанотрубок. Два датчика фиксируются на коже в районе запястья и шеи и регистрируют пульсовые волны. А затем по сдвигу фаз между сигналами вычисляется относительная скорость пульсовой волны между артерией на шеи и артерией на запястье. В настоящее время ученые развивают данную технологию, и вполне возможно, что в ближайшем будущем мы увидим совершенно новые датчики-пульсометры.

Сегодня мы приглашаем вас посмотреть на лучшие в своем роде пульсометры для спорта и фитнеса от нагрудных ремней до наушников, а также выбрать для себя наиболее удачную модель для тренировок.

Зачем нужен пульсометр

Мониторы сердечного ритма необходимы всем, кто хоть сколько-то уделяет время физическим нагрузкам и спорту в любых его проявлениях: от прогулки на велосипеде до интенсивных занятий в зале и т. п.

Используются они для контроля за работой сердца, определения допустимых нагрузок, зон пульса и выхода за рамки этих зон.

Традиционно различают такие зоны:

Терапевтическая зона с частотой 60 - 70% от Максимальной Частоты Сердечных Сокращений (МЧСС). Самая безопасная зона для малоподготовленных спортсменов. Такой пульс характерен для утренней разминки или интенсивной прогулки в быстром темпе.

Зона «Фитнес» с частотой 70 - 80% от МЧСС. Такой пульс появляется во время пробежки трусцой или подъема-спуска по ступеням, и именно нагрузки, характерные для этой зоны, активно способствуют сжиганию жиров и похуданию.

Аэробная зона - 80 - 90% от МЧСС. Еще более интенсивная нагрузка, во время которой сжигаются не только жиры, но и углеводы. Такой пульс может возникнуть, например, во время занятий спортивными танцами.

Анаэробная зона - 90 - 95% от МЧСС. В расход идут углеводы. Такой пульс «тренирует» выносливость, а возникает во время серьезных занятий: велосипед, бег на лыжах, коньках и другие активные виды спорта.

Зона максимальной нагрузки - свыше 95% от МЧСС. В этой зоне работают профессионалы, и обычным людям подвергать себя такой нагрузке может быть небезопасно.

Что такое МЧСС

Ваш максимально допустимый пульс во время занятий спортом и целевые зоны рассчитываются по методу финского медика Мартти Карвонена. Для этого необходимо знать свою Максимальную частоту сердечных сокращений, или МЧСС.

Формула для определения максимального пульса: «220 - ваш возраст». Определение верхних и нижних границ .

Как выбрать пульсометр

Сегодня на рынке с избытком предложений по разному типу гаджетов, и это не удивительно, ведь с момента появления первого «бытового» пульсометра прошло почти сорок лет.

Самыми распространенными считаются такие виды спортивных пульсометров :

Нагрудные ремни с датчиками

Классический образ спортивного датчика, состоящий из одной или двух частей (ремешка и отдельно кардио монитора). Такие пульсометры синхронизируются со специальными приложениями в смартфоне, где сохраняются данные о ваших тренировках и ЧСС в автоматическом режиме.

Плюсы:

Высокая точность

История измерения

Минусы:

Необходимость иметь при себе телефон*

Лидеры :

Первым среди равных, кажется, будет Polar! Во-первых, он действительно первый на потребительском рынке — с 1965 года компания выпускает гаджеты для измерения ЧСС для спортсменов. В последнем обновлении на рынке появился Polar H10!

Модель получила ряд улучшений, которые делают ее, пожалуй, самой точной в своей нише: это, во-первых, более длинная лента с электродами, что позволяет снимать пульс точнее, исключая внешние помехи. А, во-вторых, встроенная память на одну тренировку, так что бегать со смартфоном теперь нет необходимости. И, конечно, водонепроницаемость!

Аналоги подешевле :

• - синхронизируется с большинством известных приложений, в том числе Runtastic, Endomondo, чем и удобен. Достаточно высокие показатели точности и надежности, но при этом — по удивительно привлекательной цене! Своего приложения нет. Да и надо ли?!

Нагрудные ремни с часами

Класс спортивных устройств, в комплект которого входят часы и спортивный нагрудный ремень, которые связаны между собой. Информация о работе сердца отправляется на запястье в режиме реального времени.

Плюс:

Удобно, всегда под рукой (на руке)

Большинство моделей такого типа обладают колоссальной автономией, так как и часы, и нагрудные ремни работают от батареек, чаще это CR-ки

Минус:

Не сохраняется динамика за долгий срок, так как в большинстве случаев такие модели не обладают собственным приложением.

В этой нише устройств также следует отметить Polar в числе первых — модель .

Из практичных аналогов — немецкая Sigma - …

Так и новинки этого сезона: гаджеты и

Часы-пульсометры

Наиболее дорогие варианты - оптические пульсометры, которые просвечивают кровь, и на основании полученных данных вычисляют пульс в режиме реального времени. В настоящее время оптические пульсометры интегрированы и в смарт-часы, однако этот класс девайсов мало пригоден для спорта.

Плюс:

Никакой зависимости от ремешка и других аксессуаров.

Минус:

При избыточной потливости может «потеряться» пульс!

Лучшими пульсометрами являются модели бренда Mio. Даже Garmin использовал их опыт при разработке своих первых оптических моделей!

У компании несколько крутых продуктов, как спортивных часов, так и браслетов.

• Mio Alpha — спортивные часы для тренировок с точной оптикой.
• — новинка на рынке с инновационным способом оценки активности и пользы от этой активности (PAI). Круглосуточный мониторинг пульса, конечно, прилагается!

Своя модель оптического пульсометра есть и у опять же, у Polar. Это и браслет , и обновленный он же под номером , и даже умные часы на Android Wear — модель M600.

Недорогие браслеты для спорта с оптическим датчиком — . Они достаточно неплохо показали себя в прошлом сезоне и составили хорошую конкуренцию «игрушечным» гаджетам Xiaomi.

Часы для эпизодического измерения пульса

Такие модели замеряют пульс «по требованию» и не показывают его постоянно. Это скорее «бытовые» модели, однако их можно использовать при слабых нагрузках^ и во время тренировок.

Плюс:

Удобно и практично, чаще всего такие модели обладают дополнительными функциями: шагомер,
счетчик калорий, умный будильник и т. п.

Минус:

Нет постоянного мониторинга пульса в режиме реального времени

• Самым известным и самым точным здесь будет .

Добавьте сюда высокую надежность самого гаджета, герметизацию и автономию до года, и за 3490 рублей у вас на руке отличные фитнес-часы!

Также другие модели и все новинки на рынке пульсометров Будьте в курсе.

Кардиолог

Высшее образование:

Кардиолог

Кубанский государственный медицинский университет (КубГМУ, КубГМА, КубГМИ)

Уровень образования - Специалист

Дополнительное образование:

«Кардиология», «Курс по магнитно-резонансной томографии сердечно-сосудистой системы»

НИИ кардиологии им. А.Л. Мясникова

«Курс по функциональной диагностике»

НЦССХ им. А. Н. Бакулева

«Курс по клинической фармакологии»

Российская медицинская академия последипломного образования

«Экстренная кардиология»

Кантональный госпиталь Женевы, Женева (Швейцария)

«Курс по терапии»

Российского государственного медицинского института Росздрава

Мониторы сердечного ритма обычно называют пульсометрами. Данные приборы предназначены для измерения частоты сердечных сокращений. Пульсометр чаще всего состоит из двух важных частей: датчика, представляющего собой ленту из эластичной ткани, и браслета с монитором. Ленту, изготовленную из эластичного материала, обычно фиксируют на груди в районе сердца или прикрепляют её к мочке уха. Некоторые модели пульсометров состоят из одной части. В этих изделиях датчик сердечного ритма находится непосредственно в самом браслете. Такие приборы следует надевать на руку.

Фитнес-браслет Jawbone UP3

Измерение частоты сердечных сокращений — не единственная функция умных браслетов. У многих моделей на дисплее отображается расстояние, пройденное человеком, скорость его передвижения.
Браслет, рассчитывающий количество потраченных калорий, поможет избавиться от лишних килограммов. В результате человек обретет совершенные формы, о которых давно мечтал.
Фитнес-браслет Jawbone UP3 не только рассчитывает количество потраченных калорий и частоту сердечных сокращений, изделие способно контролировать фазы сна, его можно использовать в качестве будильника. Прибор поддерживает связь со смартфоном при помощи соответствующего программного обеспечения.

Браслет Beurer PM15

Браслет Beurer PM15 не имеет внешних датчиков. Он обладает таким свойством, как водопроницаемость. В памяти изделия сохраняется как максимальное, так и минимальное значение частоты пульса. Специальный сигнал, поступающий с датчика, выводится на браслет. На дисплее показывается соответствующее графическое изображение, при помощи которого можно получить полную информацию о работе сердца.
Браслет Beurer PM15 нужен человеку, страдающему сердечно-сосудистыми патологиями, по следующим причинам:

• Изделие поможет определить, что больному пора выпить лекарственный препарат.
• Частота сердечных сокращений у людей с сердечными патологиями нередко увеличивается под воздействием погодных условий, при волнении, физической нагрузке. При помощи браслета человек получит достоверную информацию о своем состоянии. Он сможет понять, что настало время сделать небольшую паузу в работе.

Beurer PM15, оснащенный датчиком сердечного ритма, может спасти жизнь человеку. Он подаст сигнал о том, что частота сердечных сокращений превысила допустимую норму, и больной успеет позвонить в скорую.

Изящный браслет Sigma Sport Activo black

Всемирная организация здравоохранения рекомендует делать не менее 10 тысяч шагов в сутки. Фитнес-браслет Sigma Sport Activo black позволяет фиксировать количество шагов. В нём имеется функции установки планов на день, приложение Sigma Active помогает следить за длительностью ночного отдыха. Показания прибора можно увидеть на специальном светодиодном экране. Изделие поддерживает связь с планшетом при помощи Bluetooth. Ремешок браслет выполнен из силикона. Он выполняется в различной цветовой гамме.
Прибор рекомендуется приобрести у которых была диагностирована мерцательная аритмия или тахикардия. Он необходим и при наличии следующих патологий:

• Заболевания сердечно-сосудистой системы, нуждающиеся в оперативном лечении. Данный прибор позволит уменьшить длительность реабилитационного периода.
• Болезни щитовидной железы, проблемы с обменом вещества, повышение содержания глюкозы в крови. При наличии данных заболеваний рекомендуется заниматься лечебной гимнастикой.

Длительность автономной работы изделия составляет не более 8 суток. Браслет очень легкий: его вес составляет 18 граммов.

Стильная вещица Fitbit Alta HR!

Фирма Fitbit является одним из ведущих производителей электронных товаров, используемых при занятии фитнесом. Не так давно фирма представила на суд общественности новый браслет, в котором имеется датчик сердечного ритма. Изделие изготовлено из качественного материала: нержавеющей стали. Устройство способно следить за качеством сна. Оно может отображать количество пройденных шагов и сожженных калорий. У изделия имеется небольшой монохромный OLED-экран. Производитель уверяет, что зарядки аккумулятора хватает на пять суток. Поэтому браслет от Fitbit можно считать не только стильным, но и практичным товаром. Но данное изделие предназначено скорее для спортсменов, чем для людей с патологиями сердечно-сосудистой системы.

Недорогой фитнес-браслет Xiaomi Mi Band 1S Pulse

У этого фитнес-браслета китайского производства нет экрана. Изделие защищено от случайного попадания влаги, оно совместимо с Android и Windows Phone. Прибор состоит из двух частей: основного блока и ремешка. Он облегчает процесс пробуждения ото сна: у браслета имеется встроенный будильник. Продолжительность работы в активном режиме составляет 720 часов. Можно увидеть самые разные отзывы об этом приборе, в том числе и с жалобами потребителей на покраснение, возникающее при контакте силиконового ремешка с кожей.
Основными минусами изделия являются:

• Недостаточная точность результатов изменения.
• Недолговечность работы изделия.

Изделие способно точно рассчитывать пройденное человеком расстояние. Но при занятиях плаванием его использовать не рекомендуется из-за возможной погрешности в результатах измерения.

Какому производителю следует отдать предпочтение?

Чаще всего люди покупают изделия, произведенные известными фирмами, не один год работающими на рынке. Стоит назвать такие популярные компании:

• Polar Electro Oy. Данная финская фирма была признана лидером в своей области. Она выпускает приборы, снабженными датчиками сердечного ритма, довольно давно. Ассортимент продукции от Polar Electro Oy достаточно широк. Она предлагает как простые, так и многофункциональные изделия. Приборы данной компании отличаются отменным качеством.
• Sigma SPORT. Данные фирма производит не только великолепные пульсометры, но и качественные велокомпьютеры. Приборы от Sigma SPORT просты в использовании. К товарам прилагается подробная инструкция, поэтому пользоваться ими одно удовольствие!
• Suunto. В ассортименте данной финской фирмы есть товары для людей, которые занимаются плаванием.
• Beurer. Приборы этого немецкого производителя также отличаются превосходным качеством. Их стоимость сравнительно невысока.

Следует покупать и изделия, которые способны измерять атмосферное давление, влажность воздуха. Ведь погода в нашей стране изменяется так же быстро, как и настроение у избалованного маленького ребенка.

В этой статье вы узнаете о нескольких деталях, на которые нужно обращать внимание при разработке сенсоров фотоплетизмографа.

Введение

• отсутствие артефактов;
• наличие выраженной пульсовой волны в точке регистрации;
• конструкция чувствительного элемента.

Существуют несколько источников артефактов:

• передвижения человека, использующего фотоплетизмограф, относительного источника освещения, естественного или искусственного, например, перемещение тени от солнца во время занятий спортом;
• передвижения источника света относительно человека или изменение яркости этого источника. Например, мерцания люминесцентных ламп;
• не связанные с пульсом движения частей тела вызывающие движения фотоплетизмографа или точек тела в том месте, где установлен чувствительный элемент. Например, движения костей предплечья, возникающие при движениях пальцами, движения костей головы, связанные с речью и мимикой.

Похожая ситуация наблюдается при измерении пульса с фаланги пальца. Изменение температуры в помещении или легкое изменение позы человека и вызванное этим смещение точки регистрации на небольшое расстояние могут привести к снижению уровня сигнала или вовсе к его исчезновению.

При измерении пульса с виска проблема отсутствия сигналов обостряется. Площадь виска больше площади пальца, труднее найти точку, в которой пульс лучше проявлен, и больше вероятность, что пользователь наденет датчик неправильно.

Многоканальные чувствительные элементы

Предвижу скептические мысли читателей насчет параллельно включенных светодиодов. Прошу не судить строго, так как это опытный образец, который не должен был эксплуатироваться длительное время.

Светодиоды и фототранзисторы на печатной плате располагаются попарно. Размер платы выбирается таким, чтобы перекрывать всю область виска, это позволяет располагать там же схему усиления и фильтрации сигнала. Плата может содержать отверстия для крепления к ленте-тесьме. Внешний вид датчика с девятью чувствительными элементами представлен на следующем рисунке.

Аналогичное решение может быть применено для измерения пульса с пальца или запястья. Ниже изображена схема датчика, состоящего из четырех фототранзисторов и одного светодиода.

Эмиттеры фототранзисторов могут не соединяться и тогда сигналы с каждого из них измеряются независимо, в этом случае требуется специальное многоканальное измерительное устройство. Многоканальное исполнение может быть также полезно для устранения артефактов. Если артефакт возникает только в районе одного фотоэлемента, он фиксируется и не учитывается в общей картине измерения. Однако использование такой схемы не всегда удобно, так как приводит к увеличению габаритов. Совсем другое дело, если соединить фоточувствительные элементы параллельно. В этом случае требуется только один измерительный канал. На следующем рисунке приведен прототип такого датчика. Он работает по схеме «на отражение». Светодиод располагается в центре, а фототранзисторы по краям. Датчик может использоваться для регистрации пульсограммы с фаланги пальца или запястья. Печатная плата разведена так, чтобы иметь возможность подключать фототранзисторы в многоканальный или одноканальный варианты.

Компаудирование

Кроме фиксации компаунд выполняет роль светофильтра. Для этой цели подходят эпоксидные компаунды с красителями. Например может использоваться компаунд «Эпоксикон» производства СПбГТИ.

Альтернативу компаундам могут составить твердые светофильтры. Они вплотную прилегают к печатной плате, а для светодиодов и фототранзисторов выполняются пазы фрезой или лазером. На следующем рисунке изображен датчик с элементами, закрытыми отфрезерованной пластиной.

Наличие светофильтра позволяет минимизировать артефакты, создаваемые внешними источниками света. На следующем изображении представлен вид оптических компаундов до отверждения и после.

Особенности выбора фототранзисторов и светодиодов

При выборе фототранзисторов и светодиодов в первую очередь следует обращать внимание на следующие характеристики:

• длину волны (максимум спектральной характеристики) [нм];
• угол половинной яркости для светодиодов и угол охвата для фототранзисторов [град.];
• интенсивность излучения [мВт/ср] для светодиодов и чувствительность для фототранзисторов [мА/(мВт/см2)];
• номинальный ток фототранзистора и светодиода [мА];
• темновой ток фототранзистора [мА];
• наличие встроенных в корпус линз и светофильтров.

Для измерения пульса лучше всего подходят длины волн, которые сильнее всего поглощаются кровью. Это волны соответствующие зеленому цвету 530 нм. Так же используются красный и инфракрасный диапазоны. Очень рекомендую с классификацией способов измерения пульса, там же вы узнаете про спектр поглощения гемоглобина.

При выборе фотоэлементов следует обращать внимание на наличие линз и светофильтров, которые позволяют достичь желаемого угла половинной яркости и охвата, а, значит, быть менее чувствительным к излучению от других источников. Встроенные фильтры позволяют работать только в выбранном спектральном диапазоне. Если выбрать светодиод с большим углом половинной яркости и фототранзистор с большим углом охвата, то свет будет проходить, минуя поверхность кожи. Это приведет к ухудшению измерительного диапазона и световой поток, модулируемый пульсовой волной, практически не будет влиять на выходной сигнал измерительной схемы. Эта ситуация проиллюстрирована на следующем рисунке

Угол а2 является допустимым, а угол а1 слишком велик для того чтобы использовать светодиод с таким углом в устройстве измерения пульса. Этот пример относится к случаю измерения пульса «на отражение». Выбор светодиода с большим углом половинной яркости в устройствах, работающих «на просвет» приведет к тому, что большая мощность излучения будет проходить мимо фотоприемника. Это нежелательно, особенно в мобильных устройствах.

Также следует обращать внимание на интенсивность излучения светодиода, измеряемую в милливаттах на стерадиан [мВт/ср]. В документах на светодиоды она указывается обычно при токах 20, 100 и 1000 мА. Для экономии электроэнергии лучше выбирать светодиоды, у которых эта характеристика выше при одном и том же потребляемом токе. Следует обращать внимание на величину фотоэлектрического тока фототранзистора, чем больше ее значение, тем лучше. Последние две характеристики связаны между собой. В результате, уровень минимально ожидаемого сигнала должен быть хотя бы в несколько раз выше ожидаемого уровня шумов в измерительном устройстве.

Светодиоды и фототранзисторы часто продаются парами, подходящими друг к другу конструктивно и по спектральным характеристикам. В таблице приведены характеристики нескольких пар светодиодов и фототранзисторов. Пары в строчках 2 и 3 не подходят для использования в пульсометрах из-за большого угла и низкой мощности излучения. Пары 1, 4 и 5 подходят, причем первая пара подходит лучше всего. Это было подтверждено испытаниями. При прочих равных условиях лучший сигнал пульсограммы снимался при использовании первой пары. Нужно отметить, что если между светодиодом и фототранзистором поставить непрозрачную преграду, то угол излучения и чувствительности будут не так сильно влиять на качество измерения пульса.

Заключение. Три в одном