CN213606380U - 一种反射式脉搏血氧测量led传感器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种反射式脉搏血氧测量LED传感器件，包括波长535nm的绿光LED芯片、波长660nm的红光LED芯片、波长940nm的红外LED芯片；还包括光敏二极管芯片。本实用新型通过采用适合不同肤色和运动状态下吸收和反射波长的LED红光芯片、LED绿光芯片、红外LED芯片、光敏二极管实施组合一体式结构设计，特别是另外结合了LED绿光芯片，使传感器件便于生产设计、提高工作的准确率；同时，通过结合不同区域的封装层与统一的硅胶封装层，有利于强化器件自身的稳定性。

Description

一种反射式脉搏血氧测量LED传感器件

技术领域

本实用新型涉及LED封装技术，尤其涉及一种可应用于脉搏血氧测量、心率测量等医疗健康领域的反射式脉搏血氧测量LED传感器件。

背景技术

目前，除心率、血压、呼吸频率和温度外，脉搏血氧(PO)被认为是排在第5位的最关键健康状况指标。血红蛋白(Hb)是血细胞的重要组成部分，它负责将氧气从肺部输送到身体的其它组织，血红蛋白在任一时刻所含的氧气量被称为氧饱和度，氧饱和度以百分比表示，它是血红蛋白的含氧量与血红蛋白携氧能力之比。显然，血氧饱和度是反映人体呼吸功能及氧含量是否正常的重要生理参数，它是显示我们人体各组织是否健康的一个重要生理参数，严重缺氧会直接导窒息、休克、死亡等悲剧的发生。

随着人们对血氧监测的重视，血氧仪器已经有很高的普及率，其原理是基于动脉搏动期间光吸收量的变化，分别位于可见红光光谱(660纳米)和红外光谱(940纳米)的两个光源交替照射被测试区，在这些脉动期间所吸收的光量与血液中的氧含量有关，微处理器计算所吸收的这两种光谱的比率，并将结果与存在存储器里的饱和度数值表进行比较，从而得出血氧饱和度。

对于现有典型的血氧仪具有传感器，这一类传感器具有一对LED，它们通过人身体的半透明部位正对着一个光电二极管，其中一个LED是红光的，波长为660nm；另一个是红外线的，波长是940nm，血氧的百分比是根据测量这两个具有不同吸收率的波长的光通过身体后计算出。

同时，监测血氧指标可很好地了解自己的呼吸、免疫系统是否正常，血氧饱和度也已成为普通家庭日常监测的重要生理指标，以及医护人员在查房和出诊的必监测项目，另外，一些户外运动者、登山爱好者、体育运动者在运动时都需要使用血氧仪，及时知道自己的身体情况，并采取必要的保护措施。

当然，血氧脉搏传感器的应用不仅限于限于血氧仪，其已经开始得到广泛的应用，特别是在如今的智能手表、智能手环、智能手机、便携医疗仪器等产品中均有应用。例如，传统的血氧脉搏传感器是由独立封装的发光LED与独立封装的光敏管组成，或是由现有硅光电二极管芯片与发光LED芯片封装组成。

技术人员在针对血氧脉搏传感器件不断的开发过程中体会到，市场上的主流产品还是单独采用红光波长660nm，本实用新型技术方案之研发人员对这种单独采用红光的血氧脉搏传感器件进行分析之后发现，因其结构设计不合理而导致应用的局限性，其暴露出的缺陷具体为：

①因现有的主流产品几乎全部采用单色光波的形式，例如，采用红光波长660nm，由于单色波长测试受限制，效率不高，导致数据的准确度降低；

②现有同类产品的器件并非一体封装，一般采用分体设计，即透射式的设计，这增加了生产成本与设计复杂度，且透射式测量方式受透射面影响，检测部位受到限制；

③现有该类产品结构对于LED芯片与光敏管的封装完全采用整体式封装，没有单独对这两部分各自所在区域进行有针对性的封装，长期使用之后，不利于器件运行的稳定性；

④对于LED芯片装配区域、光敏管的装配区域一般都是并列装在支架内底部的同一水平面上，基于器件体积趋于小型化的设计前提下，这种位置的设计也不适合LED芯片周围的散热。

因此，本实用新型之技术方案也是为了克服以上缺陷，合理优化LED器件结构，以便能够拓展应用范围且提高封装结构的稳定性，并且能够适当增加脉搏血氧LED传感器件性能。当然，本实用新型技术方案之研发人员在分析出以往弊端之后，将各个测试研发阶段所采取的中间方案有效的进行整合与多次性能测试，最终利于得到本实用新型趋于最佳优化的技术方案。

综上所述，本实用新型正是在现有公知技术的基础上，为了满足目前以及今后的本领域LED传感器件产品的实际应用需求，对本技术领域内的LED器件结构提出进一步研发，提出一种反射式脉搏血氧测量LED传感器件，其通过采用适合不同肤色和运动状态下吸收和反射波长的LED红光芯片、LED绿光芯片、红外LED芯片、光敏二极管的组合一体设计，来促进传感器件便于生产设计、提高工作的准确率、强化器件自身的稳定性。因而，所提出的技术方案能够缓解、部分解决或能够完全解决现有技术存在的问题。

实用新型内容

为克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题，本实用新型提供一种反射式脉搏血氧测量LED传感器件，其通过采用适合不同肤色和运动状态下吸收和反射波长的LED红光芯片、LED绿光芯片、红外LED芯片、光敏二极管组合一体式设计，使传感器件便于生产设计、提高工作准确率、强化器件自身的稳定性。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种反射式脉搏血氧测量LED传感器件，其LED支架外壳内部具有两个装配区域，即LED芯片封装区与光敏管封装区，该反射式脉搏血氧测量LED传感器件包括：

位置相邻的三个LED芯片，其均装配于LED芯片封装区，包括波长535nm的绿光LED芯片、波长660nm的红光LED芯片、波长940nm的红外LED芯片；

光敏二极管芯片，其装配于光敏管封装区，并且通过金线与LED芯片封装区的芯片连接；

硅胶封装层，其设置于LED支架内部的封装区上方，并且使三个LED芯片与光敏二极管芯片均封闭于LED传感器件底部。

结合以上本实用新型之技术方案，技术人员还可结合实际需求对技术方案进一步限定或补充，可供限定或补充的技术手段包括以下任意一项：

其中，绿光LED芯片、红光LED芯片、红外LED芯片与光敏二极管封装组合为一体式传感单元；

对于光敏二极管芯片，其包括具有光电容积脉搏波描记法PPG信号测试功能的光敏二极管；

对于光敏二极管芯片，其包括具有低暗电流功能的光敏二极管；

对于红外LED芯片，其构成用于探测标示皮肤是否存在的接触式传感器。

在结合具体应用时，技术人员还可得到相应的技术方案，包括：

技术人员可实施，在LED支架外壳内部装配区域开设一向下凹陷的凹位并且将光敏二极管芯片装配于该凹位内部；

技术人员可实施，光敏二极管芯片设置相应的发射接收模块。

通过对于以上技术方案的封装结构，技术人员可进一步实施以下任意一项：

首先，绿光LED芯片、红光LED芯片、红外光LED芯片采用区域封装，形成LED区域封装层；

其次，光敏二极管芯片采用区域封装形成芯片区域封装层；

最后，LED区域封装层与芯片区域封装层统一封装形成一体的封装层。

本实用新型通过采用适合不同肤色和运动状态下吸收和反射波长的LED红光芯片、LED绿光芯片、红外LED芯片、光敏二极管实施组合一体式结构设计，特别是另外结合了LED绿光芯片，使传感器件便于生产设计、提高工作的准确率；同时，通过结合不同区域的封装层与统一的硅胶封装层，有利于强化器件自身的稳定性。

附图说明

下面根据附图对本实用新型作进一步详细说明。

图1是本实用新型所实施的反射式脉搏血氧测量LED传感器件，其内部结构示意图；

图2是本实用新型所实施的反射式脉搏血氧测量LED传感器件，其剖面示意图；

图3是本实用新型所实施的反射式脉搏血氧测量LED传感器件，其芯片的发射接收模块示意图；

图4是本实用新型所实施的反射式脉搏血氧测量LED传感器件，其LED芯片部分示意图；

图5是本实用新型所实施的反射式脉搏血氧测量LED传感器件，其内部封装示意图一；

图6是本实用新型所实施的反射式脉搏血氧测量LED传感器件，其内部封装示意图二。

图中：

1、LED支架外壳；

2、LED焊接管脚；

3、绿光LED芯片；

4、红光LED芯片；

5、红外光LED芯片；

6、光敏二极管芯片；

7、LED区域封装层；

8、芯片区域封装层；

9、凹位；

10、硅胶封装层；

11、金线；

12、发射接收模块。

具体实施方式

本实用新型拟实施的反射式脉搏血氧测量LED传感器件，所实施的技术手段要达到的目的在于，解决以往用于测量脉搏血氧的LED传感器件因全部采用单一的单色光波组件而导致单色波长测试受限制且数据准确度降低、以及因器件采用分体结构而导致增加设计复杂度与生产成本的技术问题。

本实用新型所实施之技术方案，主要通过采用由绿光LED芯片、红光LED芯片、红外光LED芯片结合光敏二极管构成用于测量脉搏血氧LED传感器件的技术手段，并且再从局部的一些结构设计来促进提高器件整体的稳定性，由于LED芯片应用的条件与构建LED传感器件的需求可能有所不同，对于不在本实用新型技术方案范围之内的常规技术手段，例如，本实施例无必要将电路中每个微小的元器件的型号、无关紧要的元件、连接方式、导线之间的实物连接等细化出来，例如，电路之间的连接显然采用常规技术手段，技术人员显然能够根据芯片对各个模块选择适宜的位置进行安装。因而，所实施的技术方案实际上是一种能够让本领域技术人员结合常规技术手段参照及实施的脉搏血氧测量LED传感器件，技术人员根据不同的应用条件以及设计需求，按照本申请形成的技术方案进行实际应用调试，能够构建成最优化的LED传感器件，并且通过所构建成的LED传感器件结构实际获得一系列优势，这些优势会在实际应用中逐步体现出来，用途包括脉搏血氧测量、心率测量等。

如图1、图2、图4所示，本实用新型拟实施的反射式脉搏血氧测量LED传感器件，其LED支架外壳1外围设置若干LED焊接管脚2，该LED支架外壳1内部具有两个装配区域，即LED芯片封装区与光敏管封装区，并且这两个封装区在各自的组件装配完毕之后采用先各自封装再统一封装的方式，具体构造为：

其中，LED芯片封装区依次装配三个LED芯片，包括绿光LED芯片3、红光LED芯片4、红外光LED芯片5，该区域在组件装配完毕且连接完相应的金线11之后进行区域封装，形成LED区域封装层7，经过性能测试和对比，绿光波长作为光源得到的信号更佳，信噪比也优于其它光源；

其中，光敏管封装区装配光敏二极管芯片6，该区域组件装配完毕且连接完相应的金线11之后进行区域封装，形成芯片区域封装层8；

相应地，该脉搏血氧测量LED传感器件于LED区域封装层7与芯片区域封装层8上方进行整统一封装，形成一体的硅胶封装层10。

如图5-6所示，本实用新型拟实施的反射式脉搏血氧测量LED传感器件，为了进一步避免因LED芯片与光敏管芯片位置过于集中而影响器件的整体稳定性，LED芯片的装配位与光敏管的装配位不设置在相同的平面内，技术人员可于LED支架外壳1内部装配区域开设一向下凹陷的凹位9并且将光敏二极管芯片6装配于该凹位9内部，从而使光敏二极管芯片6装配区域与LED芯片装配区域不在同一水平面，以避免相互之间的影响，例如，散热性能等。

以上本实用新型拟实施的反射式脉搏血氧测量LED传感器件，当LED芯片的光射向皮肤，透过皮肤组织反射回的光被光敏传感器接受并转换成电信号再经过AD转换成数字信号；技术人员可经过严格选用适合不同肤色和运动状态下吸收和反射波长芯片，例如，采用红光660nm、绿光535nm、红外IR940nm与光敏二极管组合一体设计；所实施的技术方案便于生产设计以及光电信息的反射接收，利于提高准确率和效率。

进一步地，技术人员可选择具有光电容积脉搏波描记法PPG信号测试功能的光敏二极管芯片6，反射式PPG信号测量可测试到以往的透射式所无法测试到的身体部位，也有利于减小器件的体积。

进一步地，技术人员可选择具有低暗电流功能的光敏二极管，适合低噪声应用，同时具高度线性，使测试的血氧饱和度更准确；由于光敏二极管电流通常放大和转化成一个外部电压跨阻放大器，低电容和快速响应使产品适用短波脉冲时减少电力消耗。

进一步地，若采用红外IR940nm二极管，则可作为一个接触式传感器来探测标示皮肤是否存在；

以上实用新型拟实施的反射式脉搏血氧测量LED传感器件，技术人员还可结合所采用的光敏二极管芯片6设置相应的发射接收模块12，所列举的模块电路图可参考图3所示，显然，技术人员能够根据现有常规技术手段选用相适宜的电路，因而，有关该部分电路设计并不包括在本实用新型技术方案之内，图3给出的电路图仅供参考而已。

在本说明书的描述中，若出现术语“实施例一”、“本实施例”、“具体实施”等描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型或发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例；而且，所描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以恰当的方式结合。

在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”、“设置”、“具有”等均做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接或在不影响部件关系与技术效果的基础上通过中间组件间接进行，也可以是一体连接或部分连接，如同此例的情形对于本领域普通技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用，熟悉本领域技术的人员显然可轻易对这些实例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本案不限于以上实施例，对于以下几种情形的修改，都应该在本案的保护范围内：①以本实用新型技术方案之LED绿光芯片、LED红光芯片、红外LED芯片以及光敏二极管通过一体式设计组合形成的反射式脉搏血氧测量LED传感器件，或再结合现有公知常识所实施的新的技术方案，该新的技术方案所产生的技术效果并没有超出本实用新型技术效果之外；②采用公知技术对本实用新型技术方案的部分特征的等效替换，例如，对可替换实施的电路模块、芯片型号等进行替换，所产生的技术效果与本实用新型技术效果相同；③以本实用新型技术方案为基础进行拓展，拓展后的技术方案的实质内容没有超出本实用新型技术方案之外；④利用本实用新型文本记载内容所作的等效变换，将所得技术手段应用在其它相关技术领域的方案。

Claims (10)

1.一种反射式脉搏血氧测量LED传感器件，其LED支架外壳内部具有两个装配区域，即LED芯片封装区与光敏管封装区，其特征在于，所述反射式脉搏血氧测量LED传感器件包括：

位置相邻的三个LED芯片，其均装配于所述LED芯片封装区，包括波长535nm的绿光LED芯片、波长660nm的红光LED芯片、波长940nm的红外LED芯片；

光敏二极管芯片，其装配于所述光敏管封装区，并且通过金线与所述LED芯片封装区的芯片连接；

硅胶封装层，其设置于LED支架内部的封装区上方，并且使三个LED芯片与光敏二极管芯片均封闭于所述LED传感器件底部。

2.根据权利要求1所述的反射式脉搏血氧测量LED传感器件，其特征在于：所述绿光LED芯片、红光LED芯片、红外LED芯片与光敏二极管封装组合为一体式传感单元。

3.根据权利要求1所述的反射式脉搏血氧测量LED传感器件，其特征在于：所述光敏二极管芯片包括具有光电容积脉搏波描记法PPG信号测试功能的光敏二极管。

4.根据权利要求3所述的反射式脉搏血氧测量LED传感器件，其特征在于：所述光敏二极管芯片包括具有低暗电流功能的光敏二极管。

5.根据权利要求1-4任一项所述的反射式脉搏血氧测量LED传感器件，其特征在于：所述红外LED芯片构成用于探测标示皮肤是否存在的接触式传感器。

6.根据权利要求1所述的反射式脉搏血氧测量LED传感器件，其特征在于：所述LED支架外壳内部装配区域开设一向下凹陷的凹位并且将光敏二极管芯片装配于该凹位内部。

7.根据权利要求1所述的反射式脉搏血氧测量LED传感器件，其特征在于：所述光敏二极管芯片设置相应的发射接收模块。

8.根据权利要求1所述的反射式脉搏血氧测量LED传感器件，其特征在于：所述绿光LED芯片、红光LED芯片、红外光LED芯片采用区域封装，形成LED区域封装层。

9.根据权利要求8所述的反射式脉搏血氧测量LED传感器件，其特征在于：所述光敏二极管芯片采用区域封装形成芯片区域封装层。

10.根据权利要求9所述的反射式脉搏血氧测量LED传感器件，其特征在于：所述LED区域封装层与芯片区域封装层统一封装形成一体的封装层。

Images