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光學模擬與應用案例

光學式心率感測器之模擬與設計

應用簡介
光學式心律感測器可協助使用者取得脈搏資訊,應用於醫療領域或穿戴裝置,其原理為光源入射皮膚組織後,血液容積因心臟跳動而呈現變化,影響散射光的能量強弱,由偵測器接收訊號後,轉換為脈搏資訊。

其中反射式心律感測器之量測區域較不受限,已廣泛應用於穿戴裝置中,如:運動手環、智慧手錶。其架構是將LED 光源與光偵測器放置於同側,光線由LED光源出發,入射皮膚組織與血管後,產生反射散射光,最終由光偵測器接收。
 
模型概述
 
光源模型 
  • LED燈源:表面光源定義光形、能量與光譜
  • 環境光:太陽能工具建構直射與漫射太陽光源
擋牆、蓋板、封裝膠與外殼 | 內建功能建立,設定表面特性

封裝膠 | 使用資料庫材料,並設定與其他物件的沉浸關係

光偵測器 | 

  • 於光偵測器表面建構照度計
  • 設定一鍍膜特性之表面於前方,模擬偵測器波段響應
  • 設定光源與體積過濾器進行分析

 

皮膚組織 | 

  • 相鄰介面利用膠合功能設定,移除空氣層
  • 使用內建生物組織材料,以 Henyey Greenstein 散射模型描述
分析/結論
透過 LightTools 過濾器與多重配置的設定,可以快速切換偵測器收光狀態進行分析,例如:僅生物組織散射反射光線,或來自環境光的光線。
內建的區域分析、過濾器與路徑分析功能可分析系統的雜散光來源,藉此修改擋牆設計,確保訊號來自於生物組織之反射散射光。
透過參數分析程式,自動化掃描光源與偵測器的間距設計,以獲得較強的反射散射光訊號。此案例最終設計成對稱的光源,增加偵測器的有效訊號。
 
 
 

 



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光學式心率感測器之模擬與設計
2020-12-02 16:11:00
2020-12-02 16:11:00
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