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