可穿戴传感器主要有哪些分类
各种传感器让一个个戴在身上的小东西实现运动跟踪、数据收集、信息传输和互动。
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好的,可穿戴传感器主要根据其测量对象(物理量、生理参数、环境信息等)和应用领域进行分类。以下是主要的中文分类:
一、 按测量参数(主要功能)分类
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生理参数传感器: 这是可穿戴设备最重要的类别,直接监测人体生理信号。
- 心率监测传感器: 通常采用光电容积脉搏波法,测量手腕、耳垂等部位的血流变化来测算心率(PPG)。常用在心率带、智能手表手环上。
- 心电图传感器: 测量心脏电活动(ECG),提供比心率更详细的心脏功能信息。需要多个电极接触皮肤(如智能手表ECG功能、胸带)。
- 血压监测传感器: 相对复杂。有无创连续测量技术(如PPG信号估算、脉搏波传导时间),但精度在医学认证方面仍有提升空间;也有集成袖带式方案的设备。
- 血氧饱和度传感器: 利用PPG技术,通常指脉氧(SpO2)。测量血红蛋白结合氧的比例,尤其关注低血氧状态,广泛应用于智能手表、手环、指夹式设备。
- 体温传感器: 测量体表温度或核心体温(后者更复杂)。常用在腕带、贴片、耳塞式设备中。
- 呼吸传感器: 监测呼吸频率和模式。技术多样:胸/腹带监测运动、鼻腔气流监测、利用加速度计检测躯干运动变化、甚至声学传感器分析呼吸音。
- 肌电传感器: 测量肌肉收缩时产生的电信号。主要用于运动分析、康复训练、控制假肢或外骨骼。
- 脑电波传感器: 测量大脑活动产生的微弱电信号。用于脑机接口、专注力/放松度监测、睡眠阶段分析(分辨率较低)、神经科学研究等。对电极放置位置要求高。
- 皮肤电反应传感器: 测量皮肤电导变化,反映交感神经活动(兴奋、紧张、压力等)。常用于情绪、压力研究。也叫皮电活动。
- 葡萄糖监测传感器: 检测组织液中的葡萄糖浓度(CGM)。早期多指有创/微创传感器(需穿刺皮肤),新一代“无创”技术(如光学、电化学)正在发展中。
- 汗液分析传感器: 检测汗液中的电解质(Na+, K+, Cl-)、代谢物(乳酸、葡萄糖)、激素、炎症标志物等,用于评估水合状态、运动表现、压力水平及部分疾病指标。
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运动与活动传感器: 测量人体的姿态、运动状态和活动量。
- 加速度计: 检测设备在三个轴向(X, Y, Z)的线性加速度变化。用于计算步数、识别行走/跑步/静止状态、监测睡眠动作、感知姿势改变(如跌倒检测)。
- 陀螺仪: 检测设备在三个轴向的旋转角速度。与加速度计配合使用,能更精确地判断复杂动作和身体朝向(如计步、游泳姿势分析、头部运动追踪)。
- 磁力计: 检测地球磁场强度和方向,提供绝对方向信息(类似电子罗盘)。与加速度计和陀螺仪数据融合,能更精准地进行运动追踪和方向定位。
- 气压计: 测量大气压力。主要用于估算海拔高度的变化(例如爬楼梯、登山高度差),在室内定位中也可辅助判断楼层。
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位置传感器:
- 全球定位系统接收器: 主要用于室外定位,提供经纬度和速度信息。用于跑步、骑行、登山等户外运动轨迹记录和速度计算。耗电较大。
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环境传感器:
- 环境光传感器: 测量周围光线强度,主要用于自动调节设备屏幕亮度,有时也用于分析睡眠环境(光照变化)。
- 紫外线传感器: 测量环境中的UV辐射强度,用于提示防晒。
- 温湿度传感器: 测量周围环境的温度和相对湿度。
- 麦克风: 收集环境声音或语音指令。用于语音助手、通话、环境噪音监测(如听力保护提醒),结合AI也可用于咳嗽检测等健康应用。
- 空气质量传感器: (相对少见)可集成微型的PM2.5、VOCs传感器,监测周围空气状况。
二、 按应用领域(场景)分类
- 健康监测类:
- 专注于慢病管理、老年人监护、术后康复等。常见的传感器包括:ECG、PPG(心率和血氧)、血压(尝试性)、体温、活动/跌倒检测传感器、CGM(糖尿病管理)。
- 运动健身类:
- 专注于训练指导、运动表现分析、卡路里消耗等。核心传感器是:加速度计、陀螺仪、磁力计(即9轴IMU)、GPS(户外)、心率(PPG)、气压计(高度)、乳酸(汗液分析)。
- 消费电子产品类:
- 集成在智能手表、手环、TWS耳机、智能服装、AR/VR设备中。最常见的是:加速度计、陀螺仪、PPG(心率/血氧)、环境光传感器、麦克风、触摸传感器。功能侧重便捷性、信息显示和通知。
- 行为与心理状态感知类:
- 用于研究或应用层面,如压力监测、情绪识别、专注力训练。传感器包括:EDA、心率变异性(从心率和ECG计算)、体温、活动传感器(姿态变化)、甚至脑电波传感器(较高级或专用设备)。
三、 按技术原理(可选)
- 光学传感器: PPG(心率、血氧)、部分早期血糖无创方案、环境光、UV。
- 电化学传感器: ECG、EMG、EEG、EDA、CGM、汗液分析(多数)。
- MEMS传感器: 加速度计、陀螺仪、磁力计、气压计(微机电系统技术是核心)。
- 压阻/压电传感器: 一些压力传感方案(如部分呼吸带)。
- 声学传感器: 麦克风。
重要特点
- 多传感器融合: 现代可穿戴设备很少使用单一传感器,通常融合多种传感器数据(如IMU + PPG + GPS)来提供更全面、准确的信息。例如,跌倒检测同时需要加速度计的剧烈变化和陀螺仪的身体姿态变化来确认。
- 软硬件与算法结合: 传感器的原始数据需要强大的嵌入式算法(如数字信号处理、机器学习模型)进行降噪、计算和解释,才能输出有意义的指标(如步数、睡眠阶段、心率变异性)。
以上分类提供了可穿戴传感器的主要脉络。理解其测量对象和用途是关键。
可穿戴设备中都有哪些传感器?主要的分类(1)
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