2.1 采用压电式脉搏传感器
1969年Kawai发现经过高倍率拉伸和高电场下极化真空蒸发金属电极后的PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜具有明显的压电特性。经过几十年的应用和基础研究，目前PVDF的性能已明显提高，压电电压输出常数g=174，是所有压电体重最高的[10]。PVDF压电薄膜是敏感的部件，作用是将微弱的低频的脉搏压力信号转换成电信号，因压电薄膜内阻很高，而脉搏信号比较微弱，传感器内设置了前置电荷放大器，起作用是与PVDF压电薄膜阻抗匹配，把输入高阻抗变为低阻抗输出。二是将微弱电荷转换成电压信号并放大。由于基线漂移、人体活动、工频干扰等因素的影响，脉搏信号具有很大的噪声，传感器还进行了去噪设计，使用了一个低通滤波电路吧高频噪声和工频干扰滤除，是脉搏信号有效成分全部通过[11]。
压电式脉搏传感器是采用压电陶瓷通过脉搏的跳动来实现对脉搏信号的采集的，随着人体心脏的跳动，人体手腕的脉搏和颈部的脉搏搏动比较明显，将压电式脉搏传感器通过橡胶带将其紧贴在手腕或是颈部，当脉搏跳动时，压电陶瓷片便会产生相应信号，压电传感器将测得的信号转换成脉冲信号并对该信号进行整形、放大、滤波，最后送入显示器件进行计数和显示，就能对脉搏进行实时的检测。目前市面上的这种传感器还加入了体温测量功能，能在检测人体脉搏的同时检测人体的体温。
目前被人们使用最多的是压电式的HK-2000系列的传感器，其外观如图2-1所示，这种传感器是典型压电式传感器的代表，该种采用高度集成化工艺将力敏元件(PVDF压电膜)、灵敏度温度补偿元件、感温元件、信号调理电路集成在传感器内。压电式原理采集信号，模拟信号输出，输出同步
于脉搏波动的脉冲信号，脉搏波动一次输出一正脉冲。该产品可用于脉率检测，如运动、健身器材设备中的心率测试[12~13]。
图2-1 HK-2000脉搏传感器
2.2 采用光电式脉搏传感器
根据朗伯-比尔（Lamber-Beer）定律，物质在一定波长处的吸光度和它的浓度成正比。当恒定波长的光照射到人体组织上时，通过人体组织吸收、反射衰减后测量到的光强将在一定程度上反映了被照射部位组织结构特征[14]。
人体脉搏主要是由人体动脉舒张和收缩产生的，人体组织半透明度会随着心脏的跳动而随之改变。当血液因心脏收缩而送到人体组织时，人体组织的半透明度会减小；当血液因心脏舒张而流回心脏时，人体组织半的透明度会随之增加。经医学临床研究发现，在人体手指指尖组织中，分布着大量的毛细血管，动脉成分含量高，而且指尖相对于人体其他组织而言的厚度相对比较薄，透过手指后检测到的光强相对变化比较大，加上手指比较灵活，检测起来比较方便，因此通常选择人体指尖作为光电式脉搏传感器的测量部位来测量人体的脉搏数。
在医学上把手指组织分成皮肤、肌肉、骨骼等非血液组织和血液组织两部分，研究表明，非血液组织对的光吸收频率是恒定不变的，在血液中，静脉血的搏动情况相对于动脉血而言是十分微弱的，测量时可以忽略不计，因此动脉血的充盈被认为是引起光透过手指后强度变化的主要原因，那么在恒定波长光源的照射下，通过检测透过手指的光强变化可以间接测量到
人体的脉搏信号。
光电式脉搏传感器充分利用了光的特点，结构比较简单，由一个光源和一个光敏器件组成，操作简单，只需将手指放入光源和光敏器件中间，光会穿透人的手指被光敏器件检测到，血液是高度不透明的液体，光照在一般组织中的穿透性要比在血液中的穿透性高出几十倍，根据这个特点，光电式脉搏传感器采用的是透射式光电效应对手指进行脉搏信号的拾取，这里使用的光敏器件是加了反向偏压的光敏二极管，这种光敏二极管的反向电流具有随光照强度增加而增加的光电效应特性，在一定的光照强度范围内，光敏二极管的反向电流与光照强度呈线性关系，人体的皮肤、肌肉、骨骼对光的吸收频率是恒定不变的，而人体血管中的血液浓度会随着心脏的跳动而呈周期性的变化，光源和光敏二极管分别放置在手指尖端的两侧，光源发出的光照射到指端，当指端血管的血液容积和透光度随心搏的改变而改变时，另一端的光敏二极管接收到的光照强度也会随之发生改变，使得光敏二极管产生的光电流也产生相应的变化，由于心脏跳动是呈周期性的，因此血管中的血液浓度也会呈周期性的变化，由此光敏二极管接收到得光照强度也呈周期性变化，光敏二极管将会产生脉冲电信号，这种脉冲电信号信号通过信号的放大、检波、滤波最后通过传输设备传入单片机进行相应处理和A/D转换，最后通过传输设备传入数码管和播报器显示出测量结果。
2.3 方案确定
压电式脉搏传感器功能比较全面，技术也比较成熟，应用比较广泛，
目前已经被应用于很多领域，但就其操作复杂，一个人很难实现对自己的脉搏进行测量，而且输出波形只有专业医师通过分析之后才能对人体健康状况作出判断，所以很少用在家用电器中，只有在体育器材或是医院的大型专业医疗器械才能用到。而且这种传感器的体温检测功能在本次设计中没有得到体现，且它的价格比较昂贵。
光电式脉搏传感器是当今世界比较先进的脉搏传感器，由于刚被人们使用，技术不是很成熟，是一项新兴的光电技术，还有很多方面需要完善，目前被应用的并不是很多，但其结构比较简单，只需一个光源和一个光敏器件就能实现，操作简单，只需将手指放于光源和光敏器件之间就能实现对脉搏的测量，可以用于个人使用和家庭使用，这种传感器可以自己完成制作且容易实现，不需要花太多的钱去买，精确度高。
考虑到以上诸多因素，本课题采用光电式脉搏传感器。光电式脉搏传感器结构比较简单，制作工艺容易实现，所以本文自行设计的光电传感器我来进行脉搏的测量。