Бугаенко В.Ю.

Национальный технический университет «Киевский политехнический институт» г. Киев, Украина

Фотоплетизмографичный сенсор на основе

накопления энергии биосигналов

Энергия первичного сигнала, характеризующей те или другие физические процессы, как правило, мала. В результате сигналы необходимо либо усили-вать, либо накапливать. В частности по принципунакопления работают большинство телевизионных детекторов изображения,схемы «sample & hold», а
также АЦП последовательного приближения. При этом эффективность таких устройств достигает значения, равного отношению времени накопления времени,необходимого для первинного преобразования в системах мгновенного действия. Проще энергию накапливать ввиде заряда в емкости, в частности,
конденсаторе.

Традиционно в фотоплетизмографии используются сенсоры на основе оптоэлектронных преобразователей. Сигнал на выходе которых является анало-говым, мгновенные значение которого преобразуются в цифровой код при дискретизации АЦП.Выборка дискретизации длится от 3 до 5 мкс в среднем. Детекторная квантовая эффективность (ДКЭ) сенсора при этом имела, что выз-вано использованиемсветовой энергии только в течение времени преобразова-ния. Для случаямодуляции опти-ческого сигнала пульсовой волной частота дискретизации составляет = 100Гц. В даном случае ДКЭ ДКЭ<< 1, где - время преобразования (рис. 1)

Вследствие этого для АЦП уровень сигнала первичного преобразователя дол-жен быть усиленным на 40-80 дБ, какправило, инструментальным усилителем . В общем, вследствие малой ДКЭ энергопотребление не является эконом-ным, что критично для портативных устройств и систем.

Исходя из вышеприведен-ного представляет интерес построение систем регистрации фотоплетизмогра-фичного сигнала на принципе накопления свето-вой энергии. Такой подход ши-роко применяется в ПЗС и TFT - матрицах, ши-роко используются в телеви-зионной и бытовой аппаратуре(видеокамеры, циф-ровые фотоаппараты). При этом ДКЭ сенсора увеличивается в раз, где – время накопления световой энергии. Поскольку можно регулировать, то ДКЭ можно поддержи-вать на высоком уровне. При этом в Nраз повышается и чувствительность сен-сора. Вследствие того, что = 100Гц мала, увеличение чувствительности сен-сора N может достигать значений порядка 60 дБ. Поэто-му необходимость в усилителе вообщотсутствует.

На основе приведенного принципа работы измерения удобнее проводить косвенным способом сразу в цифровой форме,например, оценивая время, за ко-торое проходит на накопление световой энергиидо определенного значения уровня порога. На рис. 2 приведена схема реализации этого принципа на микро-контроллере.

Ключевые слова: цифровой фотоплетизмографичний сенсор, оптоэлек-тронный преобразователь, измерения интенсивности света.

Список литературы:

1. Терехова Л. Г. Практические вопросы сфигмографии.- Л.: Медицина, 1968.

2. Инструментальные методы исследования сердечно-сосудистой системы: Справочник / Под ред. Т.С.Виноградовой. М.: Медицина, 1986.

3. Біомедичні оптико-електронні інформаційні системи і апарати. Ч. 1 - Неінвазивні методи діагностики серцево-судинної системи: Навч. посібник / Павлов С., Кожем'яко В., Петрук В. та ін. - Вінниця: ВДТУ, 2003.