一种光电容积脉搏波采集方法与流程

本发明涉及生物医学领域与光学领域，具体涉及一种光电容积脉搏采集方法。

背景技术：

使用光电容积脉搏波描记法采集脉搏波信号的可穿戴设备应用广泛，但是普遍都难以在人体运动、抖动的情况下采集到良好的脉搏波信号。其中的原因包括：1)当前采用光电容积脉搏波描记法的可穿戴设备发光端使用大发射角度的发光二极管作为光源，发光端与人体表面之间的微小相对位移会导致入射到人体的光信号分布发生较大变化，进而导致采集到的信号产生很大扰动；2)可穿戴设备的抖动容易导致环境光透过缝隙以某些小角度入射到感光元件上，对脉搏波光信号产生极大干扰；3)光源发射的平行光经过皮肤发射和散射成为大角度光入射到感光信号接收端，因此感光元件与皮肤表面的微小位移会导致脉搏光信号产生较大的变化。基于以上问题，现有的光电容积脉搏波采集方法鲁棒性不高，不利于应对运动干扰，无法在可穿戴设备上获得可靠的脉搏波信号。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提出了一种光电容积脉搏波采集方法，适用于可穿戴设备应用场景。

为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种光电容积脉搏波采集方法，所述方法包括以下步骤：

1)发光端产生发散光；2)将发散光整形为平行光或准平行光；3)将感光元件放置于特定深度的栅格准直器中，使得感光信号接收端只能接收大于特定角度入射的光信号。

本发明的另一目的在于提供一种光电容积脉搏波采集装置。

为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种光电容积脉搏波采集装置，包括发光端、整形光学元件以及感光信号接收端，所述发光端作为光源，产生发散光；所述整形光学元件放于发光端周围，将发散光整形为平行光；所述感光信号接收端为感光元件，还包括栅格准直器，将感光信号接收端放置于栅格准直器后，所述栅格准直器是栅格状结构，允许以大于特定角度入射的光线达到感光信号接收端。

进一步的，所述感光信号接收端为感光元件。

进一步的，所述发光端为发光二极管，所述整形光学元件为凸透镜，将凸透镜放置在发光二极管正前方，距离为凸透镜一倍焦距，凸透镜将发光二极管发射的发散光整形为平行光。

进一步的，所述整形光学元件为聚光反光镜，所述聚光反光镜放置在发光端侧后方。

进一步的，所述栅格准直器包括外壁和网格状的通孔，所述外壁和通孔的侧壁涂有涂层，所述涂层的材料为对红外光的吸收系数很大、反射系数很小的材料。

优选的，所述外壁和通孔的侧壁涂有红外发黑涂层。

优选的，所述红外发黑涂层是铜铬黑材料。

进一步的，所述栅格准直器有特定的深度，将感光信号接收端放置于特定深度的栅格准直器后，使得感光信号接收端只能接收大于特定角度入射的光信号。

本发明的另一目的在于提供一种可穿戴设备。

为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种可穿戴设备，利用上述所述的光电容积脉搏波采集装置。

本发明具有如下有益效果：

1.通过增加凸透镜，汇聚发光二极管大发射角度的光，使得光以平行光的方式入射到人体，提高光电容积脉搏波在发光端与人体存在纵向微小位移时的抗干扰能力。

2.设有深度栅格准，在感光信号接收端使用特定深度栅格准直器实现了防止环境光直接反射导致的对脉搏光信号的干扰，使得感光元件只能接收大于特定角度入射的光信号，提高了可穿戴设备中脉搏波信号采集系统的抗运动干扰能力。

综上，通过引入光学整形单元和栅格准直器，提高光电容积脉搏波采集在人体运动时的抗干扰能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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获得其他的附图。

图1为本发明光电容积脉搏波描记法发光端的结构图。

图2为本发明光电容积脉搏波描记法感光信号接收端的结构图。

图3为本发明光电容积脉搏波描记法感光信号接收端的结构图。

附图标记：

外壁1，通孔2，侧壁3，发光端4，整形光学元件5，平行光6，感光信号接收端8。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

一种光电容积脉搏波采集方法，所述方法包括以下步骤：1)发光端产生发散光；2)将发散光整形为平行光或准平行光；3)将感光元件放置于特定深度的栅格准直器后，使得感光信号接收端只能接收大于特定角度入射的光信号。

所述发光端产生发散光，为大发射角度光，将大发射角度光进行整形，使得光信号以平行光或准平行光入射到人体，因此发光端与人体表面的微小相对位移不会使得光信号入射到人体的分布发生明显变化，提高了光源的鲁棒性。

针对环境光和散射光可能造成的信号扰动问题，该感光信号接收端通过将感光元件埋入到特定深度的栅格准直器中，实现了只允许光线以大于特定角度入射到感光元件上，从而隔绝了主要以小角度入射到感光端的环境光。通过控制栅格准直器的形状，即单个网格的深度宽度比，可以进一步实现准直效果，从而减小感光元件与皮肤的距离变化的运动干扰。

实施例2

一种光电容积脉搏波采集装置，包括发光端4、整形光学元件5以及感光信号接收端8，所述发光端作为光源，产生发散光；所述整形光学元件放于发光端周围，将发散光整形为平行光；所述感光信号接收端为感光元件，还包括栅格准直器，将感光信号接收端放置于栅格准直器后，所述栅格准直器是栅格状结构，允许准直入射的光线达到感光信号接收端。

所述感光信号接收端为感光元件。

采用平行光作为光电容积脉搏波描记法的光信号源，使用栅格准直器结构实现了防止环境光直接反射导致的对脉搏光信号的干扰，提高了可穿戴设备中脉搏波信号采集系统的抗运动干扰能力。

实施例3

参照图1，所述发光端4为发光二极管，所述整形光学元件5为凸透镜，将凸透镜放置在发光二极管正前方，距离为凸透镜一倍焦距，凸透镜将发光二极管发射的发散光整形为平行光6。

将凸透镜放置在发光二极管正前方，距离为凸透镜一倍焦距。此时，经过凸透镜整形的光束成为平行光或准平行光束。

通过增加凸透镜，汇聚发光二极管大发射角度的光，使得光以平行光的方式入射到人体。利用该凸透镜结构可以提高光电容积脉搏波在发光端与人体存在纵向微小位移时的抗干扰能力。

参照图2-3，所述栅格准直器包括外壁1和网格状的通孔2，光通过通孔2直达感光信号接收端，所述外壁1和通孔2的侧壁3涂有涂层，所述涂层的材料为对红外光的吸收系数很大、反射系数很小的材料。

进一步的，所述外壁1和通孔2的侧壁3涂有红外发黑涂层。

所述栅格准直器有特定的深度，将感光信号接收端放置于特定深度的栅格准直器后，外壁和通孔的侧壁不透光且光反射率低，小于等于特定角度入射的光信号7，入射到感光信号接收端的光不能透过外壁和通孔的侧壁直接照射到感光元件，也不能通过四壁反射到感光元件，使得感光信号接收端只能接收大于特定角度入射的光信号6。

在感光信号接收端，通过将感光信号接收端置于特定深度红外发黑涂层的栅格准直器中，使得感光元件只能接收大于特定角度入射的光信号。该结构可以阻挡可穿戴设备运动抖动时通过皮肤反射到感光端的环境光，防止环境光对脉搏光信号的干扰。该脉搏波采集方法可以提高可穿戴设备在日常生活中信号的鲁棒性。

优选的，所述红外发黑涂层是铜铬黑材料。

特定深度的栅格准直器四壁不透光且光反射率低，入射到接收端的光不能透过四壁直接照射到感光元件，也不能通过四壁反射到感光元件。

特定深度的栅格准直器的网格状结构，以更小的深度实现与单格的栅格准直器相同的入射角度限制。

实施例4

本实施例与实施例3不同之处在于，所述整形光学元件为聚光反光镜，所述聚光反光镜放置在发光端侧后方。

在感光信号接收端，将感光元件置于特定深度的网格栅格准直器中。栅格准直器四壁不透光且光反射率低，入射到接收端的光不能透过四壁直接照射到感光元件，也不能通过四壁反射到感光元件，使得感光元件只能接收大于特定角度入射的光信号。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。