赤外線脈拍計のセンサー部試作



 赤外線を使った簡易脈拍計を作ってみた。原理は簡単で、血液の流れに伴う赤外線の反射強度の変化を拾い増幅しているだけである。昔、エレクトロニクスライフという雑誌に同じ原理の回路が掲載されていたのを覚えている。なんで赤外線の反射強度が変化するのか・・・・といった部分は、ネット上にたくさんヒントがあるので、興味がある人は検索してみてね。

<仕様検討>

 仕様を決めるわけだが、できれば指輪くらいの大きさに収めたい。しかし、自作ではそれは少し無理がありそうだ。オペアンプ1つですでに指輪くらいの大きさがあるからだ。したがって、腕時計くらいの大きさを目指すこととする。最終的にはマイコンを内蔵させて、脈拍表示をさせるところまで持っていきたいな。

<試作>

 まずは、ブレッドボードでセンサー部分の回路を組んでみた。センサー部分は反射型のフォトインターラプタを使った。秋葉原の部品屋さんで手に入るものを片っ端から買ってきて、使えそうなものを選んだ。回路定数はまずは適当に選んでおいた。秋葉原の鈴商さん、千石電商さんあたりでセンサー部品を入手した。


ブレッドボード上に作った回路。
指先で計測した場合、2から5Vくらいのパルスが得られる。


 下の3枚の写真はブレッドボード上の回路である。真ん中の写真は実際に指をおいているところ。デジカメで撮影したのだが、なんとフォトインターラプタの赤外線がデジカメでは見えるではないか!




赤い四角の中にある4本脚の部品がセンサー
光電子のフォトインタラプタを使った例
センサーに指をあててみたところ
センサー部分をストロボを焚かずに撮影すると、
赤外線が写ったのだ。


 オシロで血液の流れを波形として観察できるわけだが、残念ながら僕が持っているオシロでは脈拍のようなゆっくりしたパルスは画面上に残すことができない。仕方ないので、デジカメのシャッタースピードを長くして手ぶれ覚悟で撮影した。なんとか、波形が撮影できた。2枚ほどサンプルを掲載しておく。



出力は約4V程度
デジカメではオシロの遅い波形を
撮影するのが難しい


 いい感じで波形が観察された。センサー部はこの回路でいくこととする。将来的に小型化することを考えて、フラットパッケージのオペアンプが使いたいので、代用できるものを確認しておいた。このうち、フラットパッケージのLMC662とuPC358G2は鈴商で入手可能であった。

そのまま差し替え可能:LMC662
回路定数はそのままでピン接続変更で使える:LMC660
ピンはそのままで回路定数変更で使える:LM358

 さて、早速テスト回路で基板をおこして試作してみた。出力にはLEDを接続してあり、脈拍に応じて点滅する。ICだけはソケットで装着してあり、差し替えて様子をみることができる。



結構コンパクトに組みあがった。
006P乾電池の半分くらいの大きさ。
センサーに指をあてると、こうなる。
LEDの点滅は写真じゃわからんわね。


<感想>

 センサー部試作第一弾としてはマズマズのできである。課題は安定性、誰が計っても同じように脈拍を検出できるなどの工夫である。これは、おいおい工夫していくとする。

<参考資料>

1.エレクトロニクスライフ 1986年6月号, p133-

<変更履歴>

2008/01/22 回路図一部変更。回路図のオペアンプの入力の極性が逆になっていましたね。
2010/11/06 センサーは光電子のものを使っている。千石で買ったか、鈴商か忘れた・・・・。


2003/03/23
追記2010/11/06
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