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Fitness-Tracking mit Wearables Sensor misst Herzfrequenz und Sauerstoffsättigung des Blutes

Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Anbieter zum Thema

OSRAM Opto Semiconductors GmbH
Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG
ODU GmbH & Co. KG
EBV Elektronik GmbH & Co. KG

Verbesserter Energieverbrauch und Signalqualität: Mit dem Sensormodul SFH 7060 für Smartwatches und Fitnessarmbänder lassen sich Puls und Blutsauerstoff optisch messen.

Verbesserter Sensor für Wearables: Mit dem SFH 7060 lassen sich Herzfrequenz und der Sauerstoffgehalt des Blutes messen.(Bild: Osram Opto Semiconductor)
Verbesserter Sensor für Wearables: Mit dem SFH 7060 lassen sich Herzfrequenz und der Sauerstoffgehalt des Blutes messen.
(Bild: Osram Opto Semiconductor)

Speziell für Smartwatches und Fitnessarmbänder hat Osram Opto Semiconductor einen Sensor entwickelt, mit dem sich kontinuierlich Körperfunktionen überwachen lassen. Im Vergleich zum Vorgängermodell wurde der SFH 7060 hinsichtlich Energieverbrauch und Signalqualität optimiert.

Sensormodul SFH 7060 im Detail: Es besteht aus drei grünen, einer roten und einer infraroten LED sowie einer großflächigen Photodiode. (Osram Opto Semiconductor)
Sensormodul SFH 7060 im Detail: Es besteht aus drei grünen, einer roten und einer infraroten LED sowie einer großflächigen Photodiode.
(Osram Opto Semiconductor)

Das Sensormodul besteht aus drei grünen sowie je einer roten und infraroten LED und einer großflächigen Photodiode, die durch einen lichtdichten Steg optisch von den Emittern getrennt ist. In der Anwendung strahlt der Sensor Licht in die Haut ein, welches von Blut und vom umliegenden Gewebe unterschiedlich absorbiert und auf den Detektor reflektiert wird. Aus Absorptionsmessungen mit verschiedenen Wellenlängen lassen sich die Herzfrequenz und die Blutsauerstoffsättigung ermitteln.

Für die Pulsmessung am Handgelenk eignet sich grünes Licht am besten. Die grünen LEDs verfügen über eine Wellenlänge von 530 nm. Zudem sind sie nach der UX:3-Chiptechnik gefertigt. Im optimalen Arbeitspunkt bei einem Strom von 20 mA betrieben, liefern sie eine optische Leistung von 3,4 mW bei einer Spannung von 3,2 V je Chip.

Den Sauerstoffgehalt des Bluts messen

Die Sauerstoffsättigung des Bluts wird aus der unterschiedlichen Absorption von rotem Licht mit 660 nm und infrarotem Licht mit 940 nm ermittelt. Das dahinter stehende Verfahren nennt sich Pulsoxymetrie. Dabei hängt die Qualität der Messung erheblich von dem erreichbaren Signal-Rausch-Verhältnis sowie von der Linearität des Photodetektors ab.

Die integrierte Photodiode bietet eine aktive Fläche von 1,3 mm x 1,3 mm. Zusätzlich ist im neuen Sensormodul SFH7060 der Abstand zwischen den beiden Sendern und der Photodiode größer ausgelegt als im SFH 7050. Auf diese Weise dringt das Licht tiefer in die Haut ein, bevor es auf den Detektor zurück reflektiert wird, was zu stabileren Signalen und zu einem besseren Signal-Rausch-Verhältnis führt.

Wie beim Vorgänger ist die Wellenlänge des roten Senders auf eine sehr enge Toleranz von ±3 nm spezifiziert, um präzise Messungen zu gewährleisten. Die spektralen Bandbreiten der infraroten und grünen LED betragen jeweils 30 nm.

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