一种基于不同发射吸收功能光电皮肤传感器

技术领域

本发明涉及传感器，具体是指一种基于不同发射吸收功能光电皮肤传感器。

背景技术

生物传感器是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器，是由固定化的生物敏感材料作识别元件(包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质)、适当的理化换能器(如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等)及信号放大装置构成的分析工具或系统；根据生物传感器中分子识别元件即敏感元件可分为五类：酶传感器、微生物传感器、细胞传感器、组织传感器、和免疫传感器，显而易见，所应用的敏感材料依次为酶、微生物个体、细胞器、动植物组织、抗原和抗体；根据生物传感器的换能器即信号转换器分类有：生物电极传感器、半导体生物传感器、光生物传感器、热生物传感器、压电晶体生物传感器等，换能器依次为电化学电极、半导体、光电转换器、热敏电阻、压电晶体等；以被测目标与分子识别元件的相互作用方式进行分类有生物亲和型生物传感器、代谢型或催化型生物传感器。

随着科技的发展，与人体相关的技术及服务装置越来越多，与人体相关的生物传感器的使用也越来越广泛，一些常用的生物识别技术包括指纹、虹膜、面部、手的几何形状、语音、步态、签名和击键等；目前，对于人体检测，多使用红外传感器，但是红外传感器仅能检测是否存在生物，不能对是否存在人体皮肤进行检测，并且，目前我国市场尚未有自主生产的新型皮肤传感器，不能满足使用需求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种基于不同发射吸收功能光电皮肤传感器，包括多个在人体皮肤反射强度不同的光电二极管以及接收上述光电二极管反射光的光电接收二极管，所述光电二极管与集成放大器电连接，所述集成放大器与ADC电路电连接，所述ADC电路与时钟电路电连接，所述ADC电路还与Ch0数据寄存器、Ch1数据寄存器电连接，所述Ch0数据寄存器、Ch1数据寄存器通过IIC接口与微处理器电连接，由微处理器读取Ch0数据寄存器、Ch1数据寄存器的数据，所述微处理器与缓冲器、比较器电连接。

本发明还公开了其实现方法，包括以下步骤：

S1、1042±10NMnm波长光电二极管、1448±10NMnm波长光电二极管分别发射出1042±10NMnm波长的光、1448±10NMnm波长的光，两个光路经人体皮肤后反射，反射后的光进入光电接收二极管内；

S2、光电接收二极管经集成放大器将其接收的信号放大，ADC电路将放大的光电二极管电压转换为提供高达16位分辨率的数字值，在转换周期完成后，将转换结果传送到Ch0数据寄存器、Ch1数据寄存器，Ch0数据寄存器、Ch1数据寄存器向微处理器读输出数据；

S3、定义1042±10NMnm波长的光、1448±10NMnm波长的光在人体表面反射光的比率为R，且R的误差范围为Q；

S3、微处理器将接收到的反射光数据X与R对比，若X不在范围Q内，则判断当前物体不是皮肤；若X在范围Q内，则判断当前物体是皮肤。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明采用两个不同波段的光电传感器和光电接收传感器，利用1042±10NMnm波长发射芯片与1448±10NMnm波长发射芯片对皮肤反射强度的差异，并找出不同物体反射出来的差异值进行接收并加以算法进行计算，得出可以对检测物体是不是皮肤的判断，能够实现对皮肤是否存在进行判断，是一种低功耗、高精度的皮肤传感器。

附图说明

图1是本发明一种基于不同发射吸收功能光电皮肤传感器的电路连接示意图。

图2是本发明一种基于不同发射吸收功能光电皮肤传感器的内部设置示意图。

图3是本发明一种基于不同发射吸收功能光电皮肤传感器的上部结构示意图。

图4是本发明一种基于不同发射吸收功能光电皮肤传感器的底部结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

结合附图1-4，本实施公开了一种基于不同发射吸收功能光电皮肤传感器，包括多个在人体皮肤反射强度不同的光电二极管1以及接收上述光电二极管1反射光的光电接收二极管2，本实施例中，光电二极管1的数量为两个，分别选择1042±10NMnm波长光电二极管101及1448±10NMnm波长光电二极管102；光电接收二极管2选择940nm-1500nm波长的光电接收二极管2；光电二极管1与集成放大器3电连接，集成放大器3与ADC电路4电连接，ADC电路4与时钟电路5电连接，ADC电路4还与Ch0数据寄存器、Ch1数据寄存器6电连接，Ch0数据寄存器、Ch1数据寄存器6通过IIC接口7与微处理器8电连接，由微处理器8读取Ch0数据寄存器、Ch1数据寄存器6的数据，微处理器8与缓冲器9、比较器10电连接。

光电二极管1、光电接收二极管2封装于传感器壳体11内，传感器壳体11上表面设置与光电二极管1、光电接收二极管2对应的光发出窗口12、光接收窗口13。传感器壳体11底部还设置有与光电二极管1连接的高波负极接口14、高波正极接口15、低波负极接口16、低波正极接口17，以及与光电接收二极管2连接的接收负极18、接收正极19。

本实施例中，光电接收二极管2的接收芯片由PDInGaAs/InP PIN PD Chip组成，光电二极管1的发射芯片为14mil InP紅外光LED晶粒，发射芯片P-pad在上单电极垂直结构，并以Au金属作为焊线电极(Bondingpad)，接收PD芯片首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号，再通过进一步把电信号转化成数字信号，本实施例利用1042±10NMnm波长发射芯片与1448±10NMnm波长发射芯片对皮肤反射强度的差异，并找出不同物体反射出来的差异值进行接收并加以算法进行计算，得出可以对检测物体是不是皮肤的判断。

具体的，本实施例的实现方法，包括以下步骤：

S1、1042±10NMnm波长光电二极管101、1448±10NMnm波长光电二极管102分别发射出1042±10NMnm波长的光、1448±10NMnm波长的光，两个光路经人体皮肤后反射，反射后的光进入光电接收二极管2内；

S2、光电接收二极管2经集成放大器3将其接收的信号放大，ADC电路4将放大的光电二极管1电压转换为提供高达16位分辨率的数字值，在转换周期完成后，将转换结果传送到Ch0数据寄存器、Ch1数据寄存器6，Ch0数据寄存器、Ch1数据寄存器6向微处理器8读输出数据；

S3、定义1042±10NMnm波长的光、1448±10NMnm波长的光在人体表面反射光的比率为R，且R的误差范围为Q；

其中，R、Q的数值可以经过大量实验验证并得到。

S3、微处理器8将接收到的反射光数据X与R对比，若X不在范围Q内，则判断当前物体不是皮肤；若X在范围Q内，则判断当前物体是皮肤。

一、实验验证

1、表一：1042±10NMnm波长试验的数据

2、表二：1448±10NMnm波长试验数据

3、表三：不同物体的比率值

由上述表格可知，1042±10NMnm波长光电二极管、1448±10NMnm波长光电二极管对皮肤的反射的是不同的，因此根据IIC的通信协议读取Ch0与Ch1的寄存器，将读取到的Ch0与Ch1数据进行处理，为了更精准的测量，把误差降到最低，将读取到的Ch0与Ch1数据各定义一个20位u32Color_CH0[20]与u32Color_CH1[20]的数组存起来，再通过冒泡排序法void BBsort(uint32_t*Color,uint8_t size)函数，进行从大到小的排序方式，然后通过求平均值与去两位除最大值最小值uint32_t Get_Data(uint32_t*Color1)函数，得出两个精准的1042±10NMnm与1448±10NMnm传感器采集经过处理的数据U32_Data_CH0与U32_Data_CH1，通过算法公式：

R＝((4011-CH1)/(4746-CH0))*100

可以得到检测比率R，当R在150-250的范围内，可以得出结论，皮肤是存在的；

部分代码如下：

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。