智能手環中有哪些傳感器,它們的作用是什麼?

先來解剖下智能手環,看看一塊手滑內有哪些東東,那麼裡面的小秘密也就迎刃而解了。

智能手環中有哪些傳感器,它們的作用是什麼?

智能手環鼻祖Fitbit Flex的拆解


智能手環中有哪些傳感器,它們的作用是什麼?


2012年左右,智能手環還僅僅是一個簡單的計步器,除此之外一點也不智能。到2015年,智能手環才能算是進入輕度智能的階段。2017的它們已經完全不同,計步功能是作為一個稱之為手環的必備因素,而且計步的準確性也大大提升;可以監測心率、監測睡眠、血壓、血壓,甚至是紫外線指數。大量傳感器的植入讓手環的監測項目越來越全面、智能。

1、加速度傳感器

嚴肅百科:加速度傳感器,英文名稱為acceleration transducer。是一種利用感受加速度並將其轉換為電信號的方式來測量加速力的設備。目前已在汽車安全、智能產品、遊戲控制等眾多領域都得到廣泛的應用。

說人話:加速度傳感器就是用來記錄步數、跑步的基本傳感器。

通過測量方向和加速度力量,加速度計能夠判斷設備處於水平或是垂直位置,並能判斷設備是否移動,從而達到計步操作。

加速度傳感器基本款式是兩軸、三軸,兩軸只能測量平面,準確度是有待提高;三軸傳感器則可更好地檢測設備在三維空間中X軸、Y軸、Z軸的位置,實現更精準的記錄。

現在的智能手環,基本都是配置三軸加速度傳感器。

普及程度:★★★★★


2、光學心率傳感器

嚴肅百科:光學心率傳感器是目前運動監測設備逐漸流行的配置,使用LED發光照射皮膚、血液吸收光線產生的波動來判斷心率水平,實現更精準的運動水平分析。

說人話:光學心率傳感器就是用來監測心率的。

普及程度:★★★★

智能手環中有哪些傳感器,它們的作用是什麼?


心率監測原理通常方法:

  • 光電透射測量法:手環與皮膚接觸的傳感器會發出一束光打在皮膚上,測量反射/透射的光。血液對特定波長的光有吸收作用,每次心臟泵血時,該波長都會被大量吸收,以此就可以確定心跳。缺點是耗電量大,同時會受環境光干擾。目前市面上的智能手環或手錶監測心率的功能多是採用了光電透射測量法。
  • 測試心電信號法:手環的傳感器可通過測量心肌收縮的電信號來判斷使用者的心率情況,原理和心電圖類似原理。缺點是電路比較複雜,佔PCB空間比較大,易受電磁干擾,同時傳感器必須緊貼皮膚,放置位置相對固定,很少有手環採用這種測量方式。
  • 振動式測量:每次心跳都會引起身體的震動,通過高精度的傳感器捕捉這種震動,再經過信號處理可以得到心跳,一般來說智能坐墊或智能按摩器一類的產品多會採用這種測量方法,手環則比較少見。


至於光學心率傳感器的準確性,平時的運動、姿勢、甚至皮膚顏色等因素都會對光電法的心率測量結果產生影響。所以大多數手環和手錶測出的心率基本都不是完全準確的,但基本能正確地反映出心率變化趨勢,對於普通人的運動心率監測來說已經夠用。

如何判斷一款手環有沒有心率監測功能?看看背後就知道了。

智能手環中有哪些傳感器,它們的作用是什麼?

▲ 一抹幽暗的綠光,心率監測燈


3、全球定位系統(GPS)

GPS目前已經是非常普及的技術,通過使用29顆地球總軌道衛星中的四顆進行定位,便能夠獲得誤差較小的精確位置。GPS定位已經廣泛使用在多種電子產品中。

由於耗電量偏大,目前尚未在運動手環中全面普及,只有一些定位專業運動監測的運動手錶才具備GPS芯片,用於記錄用戶的地理位置、跑步路線等等。而且,具備GPS定位系統的手環,應該稱之為手錶更為合適了,一般價位都比較高。

比如華米手錶799元,Ticwatch手錶999元+。

普及程度:★★★


4、溫度傳感器

由於手環與皮膚直接接觸,溫度傳感器可測出皮膚溫度。

通過體溫的上升,智能手環就判斷是正在運動還是可能發燒,同時配合心率變化,可監測人體體溫的異常。

溫度傳感器是一款簡單但實用的傳感器。目前手環中有溫度傳感器的,不多哉。

普及程度:★★★


5、氣壓傳感器

嚴肅百科:由氣壓傳感器測量出所在位置的氣壓大小,從而計算出海拔高度。在由運動過程中微弱的氣壓變化計算出所在位置的高度變化。精確度在10層樓的高度運動過程中可以控制在10CM以內。

說人話:氣壓傳感器就是用來測量高程的,可更精準的測量運動數據。

普及程度:★★★

智能手環中有哪些傳感器,它們的作用是什麼?


氣壓傳感器雖僅能夠測量氣壓數據,但通過該數據可精確得知海拔高度。氣壓傳感器能檢測高度的變化,從而在大型shopping mall、山區等GPS覆蓋不到的情況下提供準確的高度信息。市面上的部分品牌手環增加了氣壓傳感器。

氣壓傳感器還能助於提高健身追蹤器的精度,特別是在計算熱量的應用中。

智能手環中有哪些傳感器,它們的作用是什麼?


通常情況下,卡路里消耗不僅取決於加速度計得到的計步數據,還取決於個人的生理數據(如年齡、體重和身高等)。取決於設備內部的傳感器,心率數據或GPS記錄的速度、距離和高度也可包括在計算中。

跑步、爬樓梯、爬山等運動所消耗的熱量各不相同。雖然加速度傳感器可以判斷出人在爬坡,但它不能確定這個人是在上坡還是下坡。通過壓力傳感器引入高度運動數據,再使用相應算法,便能精確計算出用戶所消耗的能量。


6、皮電反應傳感器

皮電反應傳感器是一種更高級的生物傳感器,通常配備在一些可以監測汗水水平的設備上。

大部分人會有這樣的體會:當要從事一項非常重要的任務之前,可能會覺得緊張,甚至會焦慮以至於手腳冒汗。這種心理反應轉化成生理反應的過程,是可以通過皮電傳感器探測出來。人類的皮膚是一種導電體,當開始出汗,皮電反應傳感器便可以檢測出汗水率,配合加速度計及先進的軟件算法,有利於更準確地監測用戶的運動水平。

普及程度:★★


7、環境光及紫外線傳感器

環境光傳感器模擬人類眼鏡對光線的敏感度,可根據周圍光線的明暗來判斷時間,並有效節省手環的電力消耗。

紫外線傳感器則是利用某些半導體、金屬或金屬化合物的光電發射效應,在紫外線照射下會釋放出大量電子,檢測這種放電效應可計算出紫外線強度。可監測到光線中的紫外線指數,實現防曬提醒操作。

目前手環上有環境光及紫外線傳感器的,不多。

普及程度:★★


8、血氧飽和度SPO2傳感器

血液中血紅蛋白和氧合血紅蛋白對紅外光和紅光的吸收比率不同,用紅外光和紅光兩個LED同時照射手指,測量反射光的吸收光譜,就可以測量血氧含量。

智能手環中有哪些傳感器,它們的作用是什麼?


血氧飽和度可能對普通用戶用處不大,但對於登山愛好者來說,它可以及時提醒避免出現缺氧狀況,對於有類似哮喘等呼吸系統疾病的用戶也十分有用。

普及程度:★★


9、電容傳感器

嚴肅百科:英文名稱為capacitive type transducer,是一種將其他量的變換以電容的變化體現出來的傳感器。

說人話:就是用來檢測是否有佩戴手環。

很多手環有一個脫腕檢測功能,其實就是利用電容傳感器監測到電容電壓的變化,從配合算法自動檢測用戶是否佩戴手環並作出相應提醒。避免沒有佩戴手環場景下的睡眠誤判、心率監測等,

普及程度:★★


10、霍爾傳感器

嚴肅百度:根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器。當電流通過一個位於磁場中的導體的時候,磁場會對導體中的電子產生一個垂直於電子運動方向上的的作用力,從而在導體的兩端產生電勢差。

說人話:在手環中用來檢測耳機是否佩戴在耳槽。

手環腕帶上內置磁鐵,通過感應耳機和腕帶之間磁通量的變化判斷耳機在腕帶上還是離開腕帶。當將其摘下來之後,聲音會自適應從手機轉換為藍牙輸出。在手機中十分常見,在手環中不常見,多用於藍牙耳機手環,如華為B3。

普及程度:★


11、生物電阻抗傳感器

可通過生物肌體自身阻抗來實現血液流動監測,並轉化為具體的心率、呼吸率及皮電反應指數,是一種更先進的綜合生物傳感器,準確性也相對更高。

普及程度:★


嘿嘿,近年來得益於傳感器的進化,讓手環監測數據越來越多,越來越準確。在未來,將會有更多功能更強大的傳感器逐步增加到手環中,配合將會配置更先進的軟件算法,幫助獲得更準確的監測數據。


分享到:


相關文章: