4. 传感器选型与信号链设计
无创血压监测系统要获得可靠的收缩压、舒张压与平均压，前端信号链的设计质量往往比后端算法更关键。传感器负责把袖带压力、动脉容积搏动、柯氏音等物理量转换为电信号，气路与接口决定压力传递的保真度，放大滤波与模数转换则决定信号能否被算法正确识别。本节围绕压力传感器、光电容积脉搏波（PPG）传感器、麦克风、袖带与气路接口，以及放大滤波与 ADC 方案，梳理选型要点与信号链设计方法。
一、压力传感器：静态与动态的双重要求
袖带压力测量本质上是一个低频、大动态范围的绝对压力测量问题。示波法测量中，袖带压力从约 200 mmHg 缓慢放气至 20 mmHg 以下，放气速率通常控制在 2～5 mmHg/s，叠加其上的动脉搏动幅度仅为 0.5～5 mmHg。这意味着压力传感器既要准确测量静态压力（决定收缩压、舒张压的绝对数值），又要分辨微弱的动态搏动（决定振荡波包络的形状）。
选型时优先考虑集成式硅压阻传感器，量程 0～300 mmHg（约 0～40 kPa），精度 ±1 mmHg 以内，分辨率优于 0.1 mmHg。压阻式传感器输出为差分毫伏级信号，典型灵敏度约 5 μV/V/mmHg，在 3.3 V 激励下满量程输出仅约 5 mV，因此必须配合仪表放大器。若选用带 I²C 输出的数字压力传感器，可省去模拟前端，但需注意其内部采样率与滤波带宽是否覆盖 0.5～5 Hz 的搏动频段，且过采样率不足时会损失振荡波细节。
压力传感器与气路的连接方式同样重要。传感器应通过短支管直接接入袖带气路，避免长导管带来的压力衰减与相位滞后；导管内径不宜过小，否则在放气过程中形成附加流阻，使传感器读数滞后于袖带真实压力。
二、PPG 传感器：容积搏动的光学采集
光电容积脉搏波传感器通过 LED 照射皮肤，由光电二极管接收反射或透射光，血液容积变化调制光强，从而得到与动脉搏动同步的 PPG 信号。在血压监测中，PPG 常用于连续血压趋势估计、脉搏波传导时间（PTT）计算，或作为袖带充放气过程中的辅助搏动检测。
选型关注三点：波长、采样率与信噪比。绿光（约 525 nm）对浅表毛细血管搏动敏感，适合腕部可穿戴；红外（约 940 nm）穿透更深，适合指端透射式测量。PPG 交流分量通常仅占直流分量的 1%～5%，因此需要高分辨率 ADC 与直流抑制电路。采样率建议不低于 100 Hz，若用于 PTT 计算，应提升至 250 Hz 以上以减小脉搏波特征点的时间量化误差。
三、麦克风：柯氏音的声学拾取
柯氏音法依赖麦克风拾取袖带下方动脉血流恢复时产生的低频声信号，频率范围约 20～300 Hz，主能量集中在 50～150 Hz。选型时应选择低频响应好、本底噪声低的驻极体或 MEMS 麦克风，灵敏度约 -40 dBV/Pa，信噪比不低于 60 dB。麦克风应紧贴袖带下缘、靠近肱动脉位置安装，并通过柔性耦合减少袖带充放气时的机械噪声。由于柯氏音幅度随压力变化剧烈，前端需要可编程增益放大器（PGA），增益范围建议 20～60 dB 可调。
四、袖带与气路接口
袖带尺寸直接决定测量准确性。袖带气囊宽度应为上臂周长的 40%，长度应覆盖周长的 80%。袖带过窄会导致读数偏高，过宽则偏低。气路接口包括充气泵、放气阀、袖带接头与压力传感器支路。充气泵应能在 20 s 内将袖带充至 200 mmHg；放气阀需支持线性放气控制，典型采用比例阀配合 PWM 驱动，实现 2～5 mmHg/s 的稳定放气速率。气路各接头应保证气密性，泄漏率低于 1 mmHg/min，否则放气曲线畸变会直接影响振荡波包络的对称性。
五、放大滤波与模数转换方案
压力通道的信号链可设计为：传感器差分输出 → 仪表放大器（增益 100～500）→ 二阶低通滤波（截止 5 Hz）→ 16 bit ADC。由于袖带压力为单极性缓变信号，也可在仪表放大器后加入电平搬移电路，将信号抬升至 ADC 输入范围中点。若采用 24 bit Σ-Δ ADC，可直接对毫伏级信号采样，省去高增益模拟级，但需注意其输出速率与建立时间是否满足放气过程的实时性。
PPG 通道需要处理大直流背景上的小交流信号。常见方案是使用跨阻放大器将光电流转换为电压，再通过高通滤波（截止 0.5 Hz）抑制直流分量，随后以 16～18 bit ADC 采样。若 ADC 动态范围足够，也可保留直流分量，由数字域分离 AC/DC，便于计算灌注指数。
麦克风通道则需覆盖 20～300 Hz 音频带宽，前置放大器增益约 40 dB，后接带通滤波与 16 bit ADC，采样率 1 kHz 即可满足柯氏音包络提取。三路信号应尽量同步采样，或在时间戳上对齐，以便算法将振荡波、PPG 与柯氏音在时间轴上关联判断。
综合来看，压力传感器决定绝对压力基准，PPG 与麦克风提供搏动与声学辅助信息，袖带与气路保证压力传递的物理保真，放大滤波与 ADC 则把微弱信号转换为算法可用的数字序列。四者需要在量程、带宽、噪声与同步性上协同设计，才能为后续的振荡波包络提取与血压判定提供可靠输入。