Biosensor für Wearables Optische Pulsmessung

Mit dem »AS7000« hat ams den erste Vertreter einer Familie von Biosensoren vorgestellt, der per Photoplethysmografie (PPG) eine optische Pulsmessung mit höchster Genauigkeit bei geringstem Stromverbrauch für den Einsatz in Wearables bietet.

Der »AS7000« besteht aus einem hochintegrierten optischen Sensormodul, der zugehörigen Software und Support bei der optomechanischen Integration des Bauteils in Kundensysteme. Der Sensor ist in einem 6,1 mm x 4,1 mm x 1,0 mm großen Gehäuse verbaut. Die Gesamtlösung erlaubt nach Aussage von ams kürzere Entwicklungszyklen bei Fitnessarmbändern, Smart Watches sowie Sportuhren und macht auch den umständlichen und unkomfortablen Herzgurt überflüssig. Neben der Pulsfrequenz und deren Änderung kann das Modul auch die Hauttemperatur und den Hautwiderstand messen. Zu diesem Zweck verfügt das Modul über Anschlüsse für externe Sensoren.

Der AS7000 arbeitet nach dem Prinzip der Photoplethysmografie (PPG). Das von einer LED ausgestrahlte Licht wird von den im Takt des Herzens pulsierenden Blutgefäßen moduliert. Aus der Änderung der Lichtstärke ermittelt man dann die Pulsfrequenz. Andere Pulssensoren geben lediglich Rohdaten aus. Das neue IC aber verfügt über einen eingebauten Prozessor, auf dem eine bei ams entwickelte Firmware läuft. Sie konvertiert die gemessene Lichtstärkeänderung und gibt digitale Werte für die Pulsfrequenz und deren Änderung aus.

Kombiniert man den AS7000 mit einem externen Beschleunigungsmesser, filtert die Firmware Bewegungsartefakte aus. Auch diese führen zu Lichtstärkeänderungen, die sich den durch die Pulswelle verursachten Lichtstärkeänderungen, also den Nutzdaten, überlagern. In Verbindung mit der rauscharmen, hochempfindlichen analogen Schaltung ist der AS7000 also immer gleich genau, unabhängig davon, ob der Träger des Geräts sich bewegt oder nicht (oder sogar Sport treibt).

Ein Armband mit Pulsmessung als Funktionsmuster kann im Online-Shop des Unternehmens bestellt werden. Das Armband enthält einen AS7000 und funkt seine Messwerte per Bluetooth zu einem beliebigen Android-Smartphone oder -Tablet. Dazu hat ams eine App entwickelt, welche die Pulsfrequenz und ihre Änderung anzeigt und alle Daten mitprotokolliert. Der Chip ist aktuell in Musterstückzahlen verfügbar und kostet in Tausenderstückzahlen 6 US-Dollar.

Einen äquivalenten Baustein hat auch Analog Devices vorgestellt. Der Artikel »Smart Watch misst Herzschlag« in der MEDIZIN+elektronik 04/2015 geht ab Seite 18 sehr detailliert auf den »ADPD103« und die Funktionsweise einer PPG ein.