多普勒血流量检测在物联网与传感器技术中的应用

1.多普勒传感器

多普勒移位即是在移动物体上反射的光的频率变化。以速度v来移动的点（微粒子）而使光受到多普勒效应变化至下一频率f_D。

控制好半导体激光器的波长，必须严格控制温度（如0.01℃的准确度）。为此，通常为了控制半导体激光器的温度，需要帕尔贴元件和温度控制反馈电路等。但是利用一次衍射光，即使有波长波动，也能实现不影响测量准确度的多普勒测定。

但是替代衍射光栅刻度板，利用反射镜与散射物体的是多普勒速度传感器。移动纸和金属时的测定实例与计算结果比较，速度与输出频率具有很好的线性关系，对5μm/s以下缓慢移动的目标也能检测出其多普勒移位。与前述编码器一样，中央部分的光敏二极管采用分裂光敏二极管，在一侧光波导前端形成错位的相位移位，从而就连移动方向也能检测出来。

2.血流量传感器

血流量传感器可以以可随身携带的方式进行生物体信息的测定，在医院护理的监控、远距离医疗、在老龄化社会中独居老人的家中医疗、利用长期生物体信息监控器对个人生活习惯病的预防、体育比赛中的生理数据的取得等很多方面都有需要。以往测定末梢组织血流量的激光血流计，多使用光纤型。它是在降温装置上，将模数化的半导体器件、透镜、光纤等个别化学零部件，以光轴重合的方式制成的。光纤型探针尖端是小型的，但光纤的振动和变形对测定是有影响的，并且设备整体非常大，因此以可携带的方式进行测定是不可能的。它需要很多种零部件，同时装配时间也长，因此大幅度地降低成本很困难。这些都是有待解决的问题。(www.xing528.com)

散射光与衍射光一样，在以往的光学测量领域中，被认为是不受欢迎的。但是使被测物体的散射光干涉可以检测出多普勒移位。它使血流传感器得以实现。在血管中流动的血液（特别是红细胞）上照射的光，根据其流速受到多普勒移位F，从而波长有所变化。受到多普勒移位的光的调制部分正比于血液的流动速度，而其光强度正比于移动的血液流量Q。

血流量速度是对该多普勒移位F_D，将时间区域中得到的光强度信号I（t），以频率区域P（ω）进行傅里叶变换。只考虑受到移位后调制的部分时，单位时间内移动的血液流量正比于速度的调制部分ω与其调制频率的功率P（ω）Δω的积，即由ω×P（ω）Δω来给出。

传感器由分布式反馈半导体激光器、端面入射型投影显示器、遮光用罩构成（硅芯片尺寸为2mm×3mm）。从分布式反馈半导体激光器端面出射的激光在氟化聚酰亚胺光波导中传播后入射到皮肤。此后光束穿透皮肤组织，经反复散射后逐渐被吸收。由流动在毛细血管的红细胞上散射的光进行多普勒移位，并与静止的组织上散射的没有进行多普勒移位的光进行干涉后，在投影显示器上变换成电信号。对该信号进行运算处理，作为组织血流量读出。

该微血流传感器具有如下特点：采用分布式反馈半导体激光器的波长为1.31μm的光，其皮肤穿透率高（以往的血流计波长为0.6～0.8μm，在1.1μm以下的波长上黑色素和血红蛋白的吸收大）。即在波长1.31μm上由于皮肤穿透率高，因此更深处的血管血流量测定也是可能的。另外，由于采用受光区域窄的端面入射型投影显示器，因此可以省去以往血流计中使用的针孔等空间滤波器，从而减少零件数目。再加上硅各向异性蚀刻制造的遮光用罩，去除从半导体激光器直接进入投影显示器的杂散光，从而减小信号的背景噪声，提高信噪比。

细波形对应于脉搏。用血压计的袖带夹紧上臂时指尖的血流量急剧减小，而放松时迅速恢复。与市场销售的血流计相比，该血流量传感器能明显地检测出脉波。在这种非侵袭性血流量传感器问世之前，人们是通过在血管中穿刺后，其血流量的流动速度用设在两点的温度差根据pn结来测定的。