フォトトランジスタの 使用による脈拍測定 - nihon …フォトトランジスタの...
TRANSCRIPT
フォトトランジスタの使用による脈拍測定
電気エネルギー環境工房 電気工学科 3年
佐藤 拓弥
Measurement of pulsation by using photo transistor
研究の目的
☆ウェアラブル端末により心拍数、歩数などを簡単に測れるようになった。
☆心拍数の測定に挑戦。
☆近赤外光を利用したウェアラブル端末を作成する。
測定原理
☆血液内には赤外光を吸収する
酵素性ヘモグロビンが存在する。
☆ヘモグロビン内のポリフィリンの吸光特性を利用。
☆赤外光を血管に当てると、
脈拍に対応して血液が流れるので、
赤外光の反射量が変化する。
血管
赤外光
測定装置設計1
脈拍測定のため
フォトリフレクタの使用。
・赤外線LEDとフォトトランジスタが
一つになった部品
・小型化が可能
・外乱の影響が少なくなる
→脈が打った際の電圧は0.001[V]程度
→電圧の増幅とフィルタをかける必要性がある。
フォトリフレクタ
測定回路設計2 ☆ローパスフィルタ増幅回路を二段使用。
→それぞれの遮断周波数fcと電圧利得を設計した。
・1段目(C=0.1[μF],R1=10[kΩ],R2=510[kΩ])
遮断周波数fc=𝟏
𝟐𝟐𝟐2c =3.12[Hz]
電圧利得Av1=−𝑅2𝑅1
=-51
・2段目(C=0.1[μF], R1=5.1[kΩ],R2=510[kΩ])
遮断周波数fc=𝟏
𝟐𝟐𝟐2c =3.12[Hz]
電圧利得Av2=−𝑅2𝑅1
=-100
測定回路
R11=5.1[kΩ] R7=5.6[kΩ]
R6=510[kΩ]
R1=
220[Ω]
Vcc=5[V]
R2=2.7[kΩ]
R3=10[kΩ]
R5=5.1[kΩ] C1=10[μF]
C2=0.1[μF] C5=0.1[μF]
C4=10[μF]
R4=510[kΩ]
R9=2.4[kΩ]
R8=2.7[kΩ] R10=10[kΩ]
Vcc=5[V]
Vout +
+ +
- -
-
Vcc=5[V]
測定回路
R11=5.1[kΩ] R7=5.6[kΩ]
R6=510[kΩ]
R1=
220[Ω]
Vcc=5[V]
R2=2.7[kΩ]
R3=10[kΩ]
R5=5.1[kΩ] C1=10[μF]
C2=0.1[μF] C5=0.1[μF]
C4=10[μF]
R4=510[kΩ]
R9=2.4[kΩ]
R8=2.7[kΩ] R10=10[kΩ]
Vcc=5[V]
Vout +
+ +
- -
-
Vcc=5[V]
指を置く場所
ローパスフィルタ増幅回路
コンパレータ
測定回路(写真)
測定結果1
周期:0.9654[s]
時間 [s]
出力
電圧
[V]
0 2.5 0.5 1.0 1.5 2.0 0
5
4
3
2
1
測定結果2
☆1周期が0.885[s]であるので1分間の脈拍回数を計算すると
60÷0.9654=62.1504… ≒62[回]
→1分間の脈拍回数は62[回]と求められた。
測定結果への考察
☆周期から算出し、脈拍が毎分62回であると計算出来る。 ☆手動による右手での脈拍測定では、毎分65回となった。
まとめ ☆ウェアラブルな脈拍測定装置開発を目的とし、フォトリフレクタを使用した装置の製作を行った。 その結果、 →脈拍が毎分62回であると計算出来た。 →手動による右手での脈拍測定では、毎分65回となり、ほぼ同じ測定値になった。 ☆比較的精度の良い脈拍測定装置の製作に成功した。
今後の課題
☆この回路を利用した脈拍測定装置の開発
→指輪型などウェアラブル端末への応用
→指の圧力による誤差の解消
御清聴ありがとうございました