一种改进可穿戴设备的血氧测量精度的传感器设计与验证

专利名称：一种血氧特征检测的方法及系统
专利类型：发明专利
发明人：严朗,陈基快,朱江波,侍文婧,张晓芳,田逸君,李磊,许硕贵,戴小宇,李劲锋
申请号：CN202010307676.0
申请日：20200417
公开号：CN112156444A
公开日：
20210101
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种血氧特征检测的系统，其特征在于，包括若干穿戴设备，其中一个供教练员使用，其余供训练人员使用，每个穿戴设备使用相同的配置，该穿戴设备至少能够满足接入三轴运动传感器，陀螺仪，提问传感器和心率传感器，穿戴设备和协议网关信号连接，服务器对穿戴设备的传感数据进行分析处理。

一种血氧特征检测的方法，具体包括：步骤一：穿戴设备对教练员和训练人员进行检测并生成的传感数据；步骤二：穿戴设备以自身的设备编号对传感数据进行标注；步骤三：标注后的传感数据传递给协议网关；步骤四：通过协议网关将标注后的传感数据传递给服务器；步骤五：服务器通过识别教练员的设备编号，提取教练员的传感数据作为标准样本；步骤六：将训练人员的数据与教练员的传感数据进行比对分析，计算各项差值并逐一进行统计。

本申请的技术效果，能够在现有技术基础上，提供了一种血氧特征检测的方法及系统，能够实时分析出训练人员与教练员之间的差异，进而判断训练的效果，能够有效作为科学的参考依据。

申请人：中国人民解放军第二军医大学
地址：200433 上海市杨浦区翔殷路800号
国籍：CN
代理机构：东台金诚石专利代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：刘登科
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可穿戴设备中的生物传感器应用研究一、简介随着科技的快速发展，可穿戴设备成为了人们的新宠儿。

可穿戴设备的概念最早源于健康监测，而最近几年人们对于健康的重视与科技的进步，使得可穿戴设备在生物传感器应用方面变得越来越重要。

生物传感在可穿戴设备中的应用是过去十年最激动人心的技术之一，极大地提高了人们生活的质量。

本文旨在探讨生物传感器在可穿戴设备中的应用研究，从智能手环、智能手表、智能衣物等方面进行分析。

二、智能手环中的生物传感器应用研究智能手环是一种基于传统手表和运动手环的智能设备，通过内置传感器监测用户的运动情况、心率、睡眠等数据。

其中，生物传感器是智能手环不可或缺的组成元素。

智能手环中的生物传感器可以通过光学、电学以及磁学等方式监测血氧饱和度等数据。

这些数据能够为用户提供更加准确、及时的健康服务，例如运动记录、健康监测以及失眠诊断等。

目前，市面上的智能手环一般都内置了心率监测功能，升级后亦可以监测血氧饱和度等生物指标。

在这样一个信息爆炸的时代，智能手环中的生物传感器让用户能够根据自己的生理表现，作出更好的健康选择。

三、智能手表中的生物传感器应用研究智能手表是一种全新类型的智能硬件，与人们的生活息息相关。

智能手表内置传感器，可以监测用户的步数、血氧饱和度等生物指标，同时还可以接入天气预报等多个功能，具有更为广泛的应用，更是给人们生活增添了无数便利。

生物传感器在智能手表中的应用，大大增加了智能手表的功能。

传感器可以随时随地监测用户的生理数据，提醒用户宜行走或静待，甚至是帮用户订餐或购物，力图为用户体验做出更大的优化。

智能手表中的生物传感器不仅提高了用户体验，而且在医学场景下具有应用潜力，可用于监测病人的生理指标。

四、智能衣服中的生物传感器应用研究智能衣物是一种让人类感应技术无处不在的嵌入式系统，可以穿上身去监测你的心率、体温以及呼吸等生理指标，尤其适合户外爱好者或者一些积极训练者。

智能衣物的应用主要是通过内置的传感器对用户进行连续监测，从而发现异常情况，例如持续性心率异常、体温异常、以及呼吸异常等。

蓝牙低功耗可穿戴血氧监测设备的设计薛俊伟;黄岳山;杜欣;吴秀勇;曾伟杰;席玉胜;陈益民;赵毓;吴凯【期刊名称】《中国生物医学工程学报》【年(卷),期】2015(034)006【摘要】设计一种基于蓝牙低功耗技术的可穿戴血氧饱和度监测设备,用于实时、连续检测人体血氧饱和度和脉率.主要工作包括设计实现耳夹式光电传感器、太阳能电池插接件以及蓝牙模块等核心部件.设备和硬件设计采用低功耗元件及模块,数据通过低功耗蓝牙技术传至手机App,软件设计优化数据发送策略,具有低功耗、可穿戴、稳定可靠等特点,适合户外运动或者缺氧性疾病的血氧监测.测试表明,设备蓝牙通信误码率最终控制为0,脉率精度高达98.0％,当模拟仪输出血氧饱和度大于75％时,设备的检测精度高达97.9％.此外,创新性地使用太阳能电池进行冗余供电,整机待机电流为11μA,全功率工作时长为18h以上,续航性能优于市面上主流的指夹式血氧仪.【总页数】7页(P701-707)【作者】薛俊伟;黄岳山;杜欣;吴秀勇;曾伟杰;席玉胜;陈益民;赵毓;吴凯【作者单位】华南理工大学生物医学工程系,广州510006;华南理工大学生物医学工程系,广州510006;华南理工大学生物医学工程系,广州510006;华南理工大学生物医学工程系,广州510006;中国人民解放军第421医院,广州510318;中国人民解放军第421医院,广州510318;中国人民解放军第421医院,广州510318;华南理工大学校医院,广州510640;华南理工大学生物医学工程系,广州510006【正文语种】中文【中图分类】R318.6【相关文献】1.可穿戴式无创血氧饱和度监测仪的设计 [J], 周洪建2.可穿戴的心率和血氧监测耳机设计 [J], 刘艳萍;金菲;李杰;胡东阳;刘泽宇3.一种改进可穿戴设备的血氧测量精度的传感器设计与验证 [J], 董琴;郭清;袁贞明4.便携式低功耗可穿戴心率血氧监测系统的设计 [J], 吴全玉;贾恩祥;戴飞杰;张文悉;王烨;刘晓杰5.便携式低功耗可穿戴心率血氧监测系统的设计 [J], 吴全玉;贾恩祥;戴飞杰;张文悉;王烨;刘晓杰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

专利名称：一种血氧饱和度监护仪传感器专利类型：实用新型专利
发明人：杨玉星
申请号：CN93248116.7
申请日：19931229
公开号：CN2180993Y
公开日：
19941026
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：该实用新型涉及一种医疗器械，特别适用于人体 动脉血氧饱和度监护场合。

它由上下两个半体组成， 通过轴固定的外壳，弹簧、LED管，光电转换器、散光 片、预放电路等元器件构成，本实用新型由于可以采 用国产光电器件设计制造，更由于它对元件和材料的 要求低，因此成本大为降低，且功能及测量精度不低 于国际同类产品，设备、加工、装配工艺较简单，适于 国内推广使用。

申请人：华中理工大学
地址：430074 湖北省武汉市武昌珞瑜路151号
国籍：CN
代理机构：华中理工大学专利事务所
代理人：骆如碧
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可穿戴设备中的智能传感器设计与实现随着科技的发展和普及，可穿戴设备已经成为很多人生活中的重要组成部分。

这些设备包括腕表、眼镜、手环等等，它们与人的身体连接，可以监测心率、步数、睡眠等指标，并提供用户定制化的数据分析和健康建议。

但是，这种可穿戴设备的核心是智能传感器，传感器的设计和实现，直接影响到可穿戴设备的性能和用户体验。

一、智能传感器的基本原理智能传感器是一种将物理量转化为电信号输出的装置。

它们能够感知生物体的运动和生理状态，比如测量心率、血氧、体温等参数。

其基本原理是利用鸡蛋石原理，即根据物理量的变化，改变传感器内部的电阻、电容、电感等参数，进而输出电信号。

这些电信号被智能芯片采集后，经过一系列处理和算法分析，就可以成为人们能够理解和利用的数据。

二、智能传感器的拓扑结构智能传感器的拓扑结构是指传感器内部的电路连接方式。

一般来说，智能传感器的拓扑结构分为三种：桥式、共模、差分式。

桥式结构：桥式结构是一种常见的及准确的传感器结构，因其有二次灵敏度而被称为完全桥。

传感器所测量的受力或应变将会通过四个电阻变化而变化，二次变化也将会通过不同输出漂移。

不同的传感器可能有不同的桥结构。

共模结构：共模结构是一种抗干扰能力和低噪声的传感器结构，其中最常用的是开关式传感器，传感器在获得信号时开关闭合，从而获得一个可定位的信号，同时减少不必要的噪音。

差分结构：差分结构是一种高精度的传感器结构，可提供良好的抗干扰性和线性范围。

三、智能传感器的应用范围智能传感器的应用范围非常广泛，不仅涵盖了健康管理和运动监测，还涉及到机器人、环境监测等领域，尤其是在实时监测和大数据分析方面有着广泛的应用。

1. 健康管理领域：智能传感器在健康管理领域发挥着重要的作用，包括睡眠监测、心率监测、血氧监测等，能够通过数据分析和算法计算提供个性化的健康建议。

2. 运动监测领域：智能传感器在运动监测领域也有着广泛的应用，包括长跑速度、步数、运动距离等信息的监测。

传感器在医学领域人体血氧监测中的应用设计
传感器在医学领域人体血氧监测中的应用设计通常基于可穿戴设备或医疗设备
上的血氧监测功能。

以下是一个典型的应用设计示例：
1. 传感器选择：选择合适的光学传感器或电化学传感器用于测量血氧水平。

光学传感器通常使用红外光和红光通过皮肤测量血液中血红蛋白的氧合程度，电化学传感器则使用电极测量氧分压变化。

2. 设备设计：将传感器集成到可穿戴设备（如手环或腕带），或者设计成便携式医疗设备（如指夹式血氧仪）。

设备需要包括传感器和相关的电子元件，例如模数转换器和微处理器。

3. 数据采集和处理：传感器通过测量获取的数据传输到设备中，设备通过内置的处理器分析和处理这些数据。

通常，设备会测量血氧饱和度（SpO2），心率
和脉搏波形等参数。

4. 用户界面和显示：设备通常需要一个用户界面，以显示测量结果和其他相关信息。

可穿戴设备可以通过连接到智能手机应用程序或通过内置显示屏展示结果。

医疗设备可以有一个较大的显示屏幕和用户交互按钮。

5. 数据存储和分享：设备可以具备数据存储功能，将测量数据保存在内存中，以供用户后续查看和分析。

有些设备还可以通过无线连接将数据上传到云端，以
便医生和用户随时查看和分享数据。

6. 警报和通知：设备可以设置警报功能，当血氧水平低于或超过设定阈值时触发警报。

警报可以通过声音、振动或显示屏通知用户，以便及时采取相应的行动。

以上是传感器在医学领域人体血氧监测中的一个基本应用设计。

具体的设计可能因设备类型和特定应用需求而有所不同。

可穿戴设备中的传感器技术及其应用研究随着科技的不断发展，可穿戴设备已经成为时尚和健康的代名词。

随着这些设备的日益普及，它们内部的传感器技术也在不断发展，以提高其功能和性能。

本文将探讨可穿戴设备中的传感器技术及其应用研究。

一、传感器技术的发展历程传感器技术是可穿戴设备中最重要的组成部分之一。

通过传感器，设备能够感知周围环境的变化并反馈给用户。

传感器技术的发展经历了三个阶段：1. 第一阶段：传统传感器技术传统传感器技术是第一代可穿戴设备所采用的技术，例如智能手表和智能手环等。

这些设备大多采用光电传感器、加速度计和陀螺仪等技术。

然而，这些技术在精度和灵敏度方面存在一定的局限性。

2. 第二阶段：生物传感器技术第二代可穿戴设备开始采用生物传感器技术。

这种技术可以监测人体内的生理参数，例如心率、血压、呼吸等，大大提高了可穿戴设备的功能。

此外，生物传感器技术还可以用于身体姿势、睡眠监测和血氧饱和度等方面。

3. 第三阶段：多传感器融合技术第三代可穿戴设备采用了多传感器融合技术。

这种技术可以同时采集大量的生理数据，并通过机器学习算法对这些数据进行分析和处理。

这种技术可以进一步提高可穿戴设备的精度和准确性，并且可以实现更加精确的健康监测和诊断。

二、传感器技术在可穿戴设备中的应用随着传感器技术的不断进步，可穿戴设备在健康监测、运动追踪和交互体验方面的应用得到了进一步的扩展。

下面将分别介绍这三个方面的应用。

1. 健康监测可穿戴设备中的生物传感器技术可以监测人体的生理参数，例如心率、血压、体温、睡眠和运动状态等。

这些数据可以与用户的个人健康档案相结合，用于让医生和用户更好地了解健康状况。

例如，Fitbit和Apple Watch等可穿戴设备都可以监测用户的心率和运动状态，为用户提供健康数据和健康建议。

2. 运动追踪可穿戴设备也可以用于运动追踪和健身计划。

这些设备可以监测用户的步数、距离、卡路里消耗和睡眠情况，并根据这些数据自动调整健身计划。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201720252705.1(22)申请日 2017.03.14(73)专利权人 杭州电子科技大学地址 310000 浙江省杭州市下沙高教园区2号大街(72)发明人 曹鹗　闫力　张松雯　吴松　谢玲燕　(74)专利代理机构 上海骁象知识产权代理有限公司 31315代理人 赵俊寅(51)Int.Cl.A61B 5/1455(2006.01)(54)实用新型名称可穿戴式无线心率血氧检测装置(57)摘要本实用新型公开了一种可穿戴式无线心率血氧检测装置，包括壳体和检测电路，所述检测电路设有传感器模块和主控制芯片，所述壳体上设有供检测者手指进入的检测通道，所述检测通道上开设有透光孔，所述传感器模块设置于透光孔远离检测通道的一侧；所述检测电路还包括前端处理芯片、电源模块和通信模块，所述传感器模块检测到参数将其传输至前端处理芯片进行初步处理，随后前端处理芯片将处理后的芯片传输至主控制芯片，所述通信模块用于和外部进行通讯。

本实用新型可以实现连续无损伤安全可靠的血氧饱和度测量，且只进行行数据采集与数据发送，减小了仪器体积，做到可穿戴，同时造价低，性价比高；可以通过配套APP实现数据共享功能。

权利要求书1页 说明书4页 附图5页CN 207186621 U 2018.04.06C N 207186621U1.可穿戴式无线心率血氧检测装置，其特征在于，包括壳体(1)和检测电路，所述检测电路设有传感器模块和主控制芯片，所述壳体(1)上设有供检测者手指进入的检测通道(11)，所述检测通道(11)上开设有透光孔(12)，所述传感器模块设置于透光孔(12)远离检测通道(11)的一侧；所述传感器模块安装在设置于壳体(1)上的第一凸台(13)内，在所述壳体(1)上与第一凸台(13)相对的设置有第二凸台(14)；所述检测电路还包括前端处理芯片、电源模块和通信模块，所述传感器模块检测到参数将其传输至前端处理芯片进行初步处理，随后前端处理芯片将处理后的芯片传输至主控制芯片，所述电源模块用于供电，所述通信模块用于和外部进行通讯。

可穿戴设备中的生物传感技术研究与应用随着科技的不断进步，可穿戴设备已经成为人们生活中不可或缺的一部分。

而在可穿戴设备中，生物传感技术的研究与应用也越来越受到关注。

本文将探讨可穿戴设备中的生物传感技术的研究进展以及其在各个领域的应用。

一、生物传感技术的研究进展生物传感技术是指利用生物体内的生理信号来监测、分析和记录相关数据的技术。

在可穿戴设备中，生物传感技术的研究主要集中在以下几个方面。

首先是心率监测。

通过可穿戴设备内置的心率传感器，可以实时监测用户的心率变化。

这对于心脏病患者来说尤为重要，可以帮助他们及时发现异常情况并采取相应措施。

同时，心率监测也对运动爱好者有很大的帮助，可以帮助他们控制运动强度，避免过度运动。

其次是睡眠监测。

通过可穿戴设备内置的睡眠监测传感器，可以监测用户的睡眠质量和睡眠时间。

这对于那些长期睡眠不足或睡眠质量差的人来说尤为重要。

通过分析睡眠数据，可以找出导致睡眠问题的原因，并采取相应的改善措施，从而提高睡眠质量。

此外，还有体温监测、血压监测等功能。

通过可穿戴设备内置的传感器，可以实时监测用户的体温和血压变化。

这对于一些患有高血压或其他疾病的人来说尤为重要，可以帮助他们及时发现异常情况并采取相应的治疗措施。

二、生物传感技术在各个领域的应用生物传感技术在可穿戴设备中的应用不仅仅局限于个人健康领域，还可以应用于其他许多领域。

首先是运动领域。

通过可穿戴设备内置的传感器，可以实时监测用户的运动数据，如步数、距离、卡路里消耗等。

这对于运动爱好者来说非常有用，可以帮助他们了解自己的运动情况，并根据数据进行合理的运动计划。

其次是医疗领域。

通过可穿戴设备内置的传感器，可以实时监测患者的生理信号，如心率、血压、血氧饱和度等。

这对于医护人员来说非常有用，可以帮助他们及时了解患者的身体状况，并采取相应的治疗措施。

此外，生物传感技术还可以应用于智能家居领域。

通过可穿戴设备内置的传感器，可以实时监测用户的生理信号，如体温、心率等。