可穿戴设备为什么体验不佳?它们可能没选对传感器

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那些被用户闲置的可穿戴设备

伴随着智能硬件概念的兴起,以及越来越多智能可穿戴设备的出现,如今许多人们都喜欢戴上智能手环、智能手表,用来监测心率健康,或是监测运动状态等等。

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然而令人尴尬的现状却是,很多消费者在兴冲冲地购买了可穿戴设备之后,往往还没用上几次就将其束之高阁。原因就在于在使用过程中,用户发现这些可穿戴设备的续航能力极差,需要频繁为其充电,烦不胜烦;另外在户外活动等较为复杂的应用环境中,由于受到红外线等因素影响,不少可穿戴设备的监测精度也差强人意;另外包括在产品的体积、便携等细节方面,这些产品也难以让用户获得舒适的佩戴体验。

其实以上这些用户痛点,都跟可穿戴设备的核心功能部件——脉搏传感器有关。

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可穿戴设备为什么体验不佳

要了解脉搏传感器为什么会存在精度不准等问题,需要简单介绍一下常见的可穿戴设备检测心率的原理。

目前市面上主流价位的可穿戴设备,采用的是PPG光电容积脉搏波描记法原理。即通过测量LED照射光的反射强度,来测量脉动引起的血管容量变化,从而监测出脉搏的波形。譬如当心脏收缩时,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,则正好相反,检测到的光强度最大。

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然而基于这种原理的测量方法,在某些应用环境中也容易导致测量结果不够精准的问题。其原因主要有以下两点:

一、环境光干扰

用户在佩戴可穿戴设备时,往往是在室外环境下使用,因而不可避免地会受到太阳光中的红外线影响。要知道太阳光谱是一个复杂的光谱,除了我们熟悉的可见光之外,还有紫外光和红外光。其中红外光是可以穿透人体的,在户外检测的时候,即使人体紧贴着芯片,红外线还是可以穿过用户的手指让芯片检测到。这就造成了很多智能手环在室外检测脉搏的时候,检测精度和结果会出现较大误差的问题。

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二、剧烈运动干扰

人们在戴着可穿戴设备在户外运动的时候,设备通常会跟人体之间产生相对运动,在这个偏差当中会产生一些噪音,也会对脉搏监测产生干扰。这导致很多智能设备在测量静息脉搏和正常有规则运动时(比如慢跑)可以做到相对准确,但是一旦换成无规则的剧烈运动,譬如足球、羽毛球等,准确度则会大幅下降。

除此以外,脉搏传感器芯片虽然看上去很小,但同样也要消耗能量。而轻巧的佩戴体验与充沛的续航时间,原本就是“鱼与熊掌不可兼得”的事情。这也导致许多可穿戴设备在续航能力的表现上差强人意。

以上这种种因素,就是许多用户在购买了可穿戴设备之后,对其实际使用体验大失所望,并最终“用后即弃”的原因。

罗姆传感器的两大利器:光学滤片+加速度传感器

那么对于广大用户来说,有没有一种既能提供高精度,又能控制低功耗,而且还轻巧便携的解决方案呢?

回答显然是肯定的。

近日,全球知名半导体制造商罗姆(ROHM)针对运动手环和智能手表等可穿戴设备领域,推出了一款高精度、低功耗的脉搏传感器“BH1790GLC”。其通过“光学滤片+加速度传感器”大大提高了检测精度,且功耗比以往产品下降了74%,达到了业界功耗的最低标准。

针对前面提到的传统脉搏传统器的几大痛点,罗姆BH1790GLC都能够很好地加以解决。

首先,针对环境光干扰,罗姆采用专有的滤光片结构(如下图),可以通过红外截止滤光片,去除红外线对传感器的影响。另外还可以看到,使用了彩色滤光片能够将可见光当中除了绿光的部分全部过滤掉,只让绿光通过。

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这样一来,脉搏传感器不仅实现了高精度,而且将红外线的影响降低到以往产品的1/10以下。即使是在太阳光等红外线干扰较强的环境下,也可以获得稳定精准的脉搏数据。对比没有滤光片结构的传感器,滤光片结构可以排除光线干扰,获得高品质的脉搏波信号。

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其次,针对剧烈运动干扰,罗姆利用了Kionix的加速度传感器与脉搏传感器同时采集信号。因为加速度传感器可以实时监控人的运动状态,只要在频域中找出跟加速度传感器信号频率一致的脉搏噪音,把它去除掉,就可以获得纯粹的脉搏波信号。

业界最低功耗是怎么做到的?

由于脉搏传感器本身可以做到高精度检测,所以驱动LED灯的电流并不需要很强,就可以检测到较高质量的信号,这就进一步减少了电流。

除此以外,罗姆还优化了电路构造,其采用了电容式的积分放大器,代替了传统的跨阻式放大器,从而进一步减少了电流消耗。最终脉搏传感器“BH1790GLC”的整体功耗比以往产品下降了74%左右,成为了当前业界最低功耗的传感器。

打造更加便利舒适的智能生活

作为全球知名的半导体厂商,罗姆在收购Kionix和LAPIS公司后,在IC、分立元器件、光学元器件、无源元件、模块、半导体应用产品等方面的优势更加稳固。目前旗下传感器产品已涵盖照度、温度、气压、加速度、陀螺仪、地磁等众多领域。而在同类产品中出类拔萃的脉搏传感器“BH1790GLC”,可以说正是罗姆在行业内技术领先优势的最佳体现。

在智能可穿戴设备日益普及的今天,人们对设备的精准度、节能化和小型化的要求也正在变得越来越高。相信随着罗姆脉搏传感器在更多智能设备上的广泛应用,未来罗姆也将给越来越多的用户带来更加智能、更加便利、更加舒适的应用体验。

值得一提的是,为了让更多合作伙伴体验评估脉搏传感器的效能,罗姆已推出传感器评估套件和脉搏传感器扩展板,任何客户购买后可通过与全球应用广泛的Arduino Uno连接,利用开放平台(通用微控制器开发板)进行体验。安装设置方法请点击阅读原文或者打开链接:
https://www.rohm.com.cn/web/china/sensor-shield-support/heart-rate-sensor

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