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智能穿戴设备的“器官”:心率传感器
来源:深圳市赛亿科技开发有限公司日期:2017-05-31 14:21:26点击:253次

  授人以鱼不如授人以渔!面对市面上这么多杂乱无章的“垃圾”,小编不想去误导读者的价值取向和选择意向。小编我只想从行业产品本身的功能技术原理出发,给大家分享一下小编的个人见解,希望能对大家在购买时起到一定的帮助。

  好了废话不多说,下面进入干货时刻。(P.S:部分资料查自网络)

  智能手环应该是现阶段除了VR眼镜,大家入手最多的智能产品了,因为价格低廉,普及率也远远大于智能手表和其他一些昂贵的智能硬件。而智能手环可以大体分为带心率监测功能的手环和普通手环,今天小编我就以智能手环的心率传感器精准度而言,给大家聊聊这玩意儿的技术含量!(部分资料查自网络)

  从技术的角度大体上可以分为两种类型:

  第一种:PPG 光电容积脉搏波描记法原理

  (Photo Plethysmo Graphy)

  简单来说,就是反射而已,利用血液中透光率的脉动变化,折算成电信号,通过软件算法转换,对应的就是心率。

  市面上代表的产品:Fitbit charge

  

「技术宅」智能穿戴设备的“器官”:心率传感器

 

  当一定波长的光束照射到指端皮肤表面时,光束将通过透射或反射方式传送到光电接收器,在此过程中由于受到指,端皮肤肌肉和血液的吸收衰减作用,检测器检测到的光强度将减弱。其中皮肤、肌肉组织等对光的吸收在整个血液循环中是保持恒定不变的,而皮肤内的血液,容积在心脏作用下呈搏动性变化。当心脏收缩时外周血容量最多光吸收量也最大,检测到的光强度最小。而在心脏舒张时,正好相反,检测到的光强度最大,使光接收器接收到的光强度随之呈脉动性变化。

  那肯定就有人想问为什么常见的都是绿色LED?

  因为在血液这种红色液体面前,绿光的吸收率是最大的,对于数据判断是比较准确的。

  当用户的心脏跳动时,会有更多的血液流过用户的手腕,绿光的吸收量也会越大。在心脏跳动间隙,血液流量减少,导致绿光的吸收也会减少。

  举个例子,假设手环的发光数值为100,皮肤肌肉组织吸收恒定的10,血液总吸收为15,那反射后为100-10*2-15=65,然后动脉血过来,红细胞含氧增多,血液总吸收变成了2被,那反射后为50,

  之后会一直处于65-50-65-50-65-50-65-50-65-50……,通过计算每秒多少次脉冲变化,就得出你的心率。

  这种方法的的原理也是它所存在的缺点,如果手环和皮肤直接有很多汗液呢?那数值就会不准确。

  如果你的数值是这样变化,65-50-65-50-65-50-66-51-62-50-65等,这也会让机器蒙逼了。

  总的来说这种方法测量静息脉搏和正常有规则运动(跑步等)还是比较准的,但对于无规则的运动,如足球羽毛球等无规则运动,举例所说的假设数值会乱蹦,会稍微准确度下降。但也是相差几个数值来说,对于非专业人士,小编我感觉应该足够了吧。

  第二种:心电信号测量,类似ECG(心电图)

  这个说的简单点,其实有点类似你去医院做过的心电图。不同的是,医院需要在心口、脚上、手腕上都要加上电极,需要测量更多的数据,而腕式手表就不需要那么多数据,仅仅心率就够了。

  简单来说,心脏周围的组织和体液都能导电,因此可将人体看成为一个具有长、宽、厚三度空间的容积导体。心脏好比电源,无数心肌细胞动作电位变化的总和可以传导并反映到体表。在体表很多点之间存在着电位差,也有很多点彼此之间无电位差是等电的。通过收集到的电极变化,经过算法处理,可以还原出很多数值,其中可以还原出心率数值。

  

「技术宅」智能穿戴设备的“器官”:心率传感器

 

  

「技术宅」智能穿戴设备的“器官”:心率传感器

 

  (图片看看就算了,如果侵权联系我删除)

  每次心跳,人的体表都会有微小的电极变化,而捕捉到这些电极变化,再经过算法就可以还原出心率跳动的频率。据我所知,手环内,好像jawBong UP 3采用的是心电测量技术,其它大部分都是光电技术。截图为例

  

「技术宅」智能穿戴设备的“器官”:心率传感器

 

  至于心率带,一般也都采用心电测量,检测体表电极变化,还原出心率数值。

  再多说几句,心率带有硬性和软性两种材料,区别很简单,看是不是有柔性薄膜电极。通常情况下,有柔性薄膜电极的数值会准确一点,而且沾点水会更紧密些。(想想我去测量一些对比心率数值时,会偶尔用嘴舔下然后粘上去,画面不敢想象)

  为什么要用柔性薄膜点击?

  柔性薄膜电极可以紧密地贴住胸部轮廓,光滑的电极表面沾水后会产生很强的吸附性,牢牢地粘附在皮肤表面,大大降低了运动中胸带位移摩擦对心率信号的干扰。目前主流的心率表厂家比如POLAR 博能,, Suunto 松拓, GARMIN 佳明,MIO迈欧等等都有相关产品,小编我就不做广告了。

  那么有人问心电测量有什么缺点?

  这个必须有啊。想象你做心电图的时候,一次都要百十块钱,凭什么啊?因为数据处理复杂,它测量的电极变化中,不仅仅只有心率数据而已,还有更多的信息,心率只是其中很小的数据,各个组织器官正常和病变情况下的数据也都是不同的。微小的变化,是好事也是坏事,一方面精准,一方面更难把控。

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