2020年09月02日 | 可穿戴设备中都有哪些传感器？主要可分为几个大类

可穿戴设备是一种可以安装在人、动物和物品上，并能感知、传递和处理信息的计算设备，传感器是可穿戴设备的核心器件，可穿戴设备中的传感器是人类感官的延伸，增强了人类“第六感”功能。

随着生物科技的发展，以及传感器小微型化与智能化方向的发展，可穿戴设备也许将会进化成植入人体的智能设备。

在各种令人耳目一新的可穿戴式设备中，都有一个关键装置——传感器。它可以感受外界情况的变化，比如冷暖、快慢，并作出相应的反应，就像我们的皮肤一样。

可穿戴设备中都有哪些传感器？

一般来说，可穿戴设备中的传感器的主要可分为以下几个大类。

运动传感器

运动传感器运动控制传感器是一种将非电量（如速度、压力）的变化转变为电量变化的原件。包括：加速度传感器、陀螺仪、地磁传感器或者说电子罗盘传感器、大气压传感器（通过测量大气压力可以计算出海拔高度）等。

这些传感器主要实现的功能有运动探测、导航、娱乐、人机交互等，其中电子罗盘传感器可以用于测量方向，实现或辅助导航。生命在于运动，运动是生命中不可或缺的重要组成部分。

因此，通过运动传感器随时随地测量、记录和分析人体的活动情况具有重大价值，用户可以知道跑步步数、游泳圈数、骑车距离、能量消耗和睡眠时间，甚至分析睡眠质量等。

运动传感器的功能及实现原理

通过运动传感器随时随地测量、记录和分析人体的活动情况，用户可以知道跑步步数、游泳圈数、骑车距离、能量消耗和睡眠时间等，同时还能导航、娱乐等。

运动传感器需要实现的功能包括对3种不同类型惯性器件传感数据的采集、姿态角结算和有线通信。运动传感器主要包括5个部分：MCU、加速度传感器、陀螺仪传感器、磁力计和CAN接口。MCU包括同步串行通信总线（I2C）、异步接收发送器（UART）、按键等模块，它控制节点的一系列操作。节点由有线供电，MCU控制3种传感器的数据采集、姿态角解算和CAN收发。

硬件系统框图

生物传感器

生物传感器对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）与适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。

生物传感器包括血糖传感器、血压传感器、心电传感器、肌电传感器、体温传感器、脑电波传感器等，这些传感器主要实现的功能包括健康和医疗监控、娱乐等。

生物传感器的功能及实现原理

健康预警、病情监控，借助可穿戴技术，医生可以提高诊断水平，家人也可以与患者进行更好的沟通。

例如由血压传感器构成的可穿戴医疗设备，可以对用户身体数据进行追踪和监测，分析提炼出医学诊断模型，预测和塑造用户的健康发展状况，为用户提供个体化心血管专项贴身医疗及健康管理方案，同时也帮助家人关怀亲人的健康状况。

血压监测仪是通过传感器来检测人体动脉血管壁震动引起的袖带压力微小变化，最常用的方法是振荡法，其基本原理是利用捆绑在手臂上的袖带，通过充气泵向袖带充气，以阻断血管中脉动的传播，达到一定压力（一般为124~316kPa）后开始放气，当气压到一定程度，血流就能通过血管，且有一定量振荡波，逐渐放气，振荡波愈来愈大，再放气，由于袖带与手臂的接触越来越松，因此，压力传感器所检测到的压力及波动则越来越小，压力传感器就能实时检测到袖带内的压力及波动。

而振荡波通过气管传播到机器里的压力传感器，经过相应的放大、滤波电路、模拟/数字信号转换、中央处理器控制等处理环节，将通过袖带传递到气路中的脉动信号和压力信号转换成数字信号，然后经过进一步处理，得出血压的收缩压、舒张压、平均压等数据。这种动态血压监测仪可通过蓝牙、USB连接到移动设备上，将数据上传至医护人员，平时被使用者穿在外面，提供24小时的血压监控。

环境传感器

环境传感器包括：土壤温度传感器、空气温湿度传感器、蒸发传感器、雨量传感器、光照传感器、风速风向传感器等，不仅能够精确的测量相关环境信息，还可以和上位机实现联网，最大限度满足用户对被测物数据的测试、记录和存储，是科研、教学、实验室和农业部门土肥站、农科所及相关农业环境监测部门首选的高质量仪器。

环境传感器的功能及实现原理

当今世界，人们经常会处于一些对健康有威胁的环境中，比如雾霾、室内甲醛超标等。用颗粒物传感器构成的空气质量检测装置——PM2.5便携式检测仪，可佩戴在人体上，既可单独显示，也可结合手机使用并分享给好友。

PM2.5便携式检测通过采气泵粉尘仪将待测气溶胶吸入检测舱，待测气溶胶在粉尘仪分流处分流成为两部分，一部分经过一个高效过滤器后被过滤为干净的空气，作为保护鞘气来保护传感器室的元器件不受待测气体污染。另一部分气溶胶，作为待测样品直接进入传感器室。

微粒和分子在光的照射下会产生光的散射现象，与此同时，还吸收部分照射光的能量。当一束平行单色光入射到被测颗粒场时，会受到颗粒周围散射和吸收的影响，光强将被衰减。如此一来便可求得入射光通过待测浓度场的相对衰减率。而相对衰减率的大小基本上能线性反应待测场灰尘的相对浓度。光强的大小与经光电转换的电信号强弱成正比，通过测得电信号就可以求得相对衰减率。

皮电传感器

相信每个人都有这样的经历，当你要从事一项非常重要的任务之前，你会觉得紧张，焦虑以至于手脚冒汗。这种心理反应转化成生理反应的过程，我们是可以通过皮电传感器探测出来。

Sensoree的心情毛衣利用皮电反应感知人们的心情，并用不同颜色灯光表现。

皮电传感器是测谎仪的重要组成部分，但它并不能测试出用户的喜怒哀乐，只能感受到用户心理状态是否变化，而通过这种变化，我们可以得到一些结论。例如通过测谎仪的皮电传感器感应被测者说话时的心理变化，从而断定是否说谎。

例如有研究表明，人们在一天的活动中，早晨刚醒以及晚上睡觉时候人体皮电反应水平较低，而上午和下午的某一个时段的皮电水平相对较高，而这一时段正是我们学习或者工作效率最高的时段。

心率传感器

作为个人健康设备的超级武器，以率传感器可以通过监测心率来追踪运动强度，不同的运动训练模式等，并可以针对这一数据推算睡眠周期等与之关联的健康行动数据。

目前心率传感器有两种，通过光反射测量的光电心率传感器以及利用人体不同部位电势测量的电极式心率传感器。

前者尽管测量准确度欠佳，但优势在于体积小，所以目前所有的移动终端都用该种方式测量。后者在医院中测量心电图的时候我们经常会看到，通过测量人体不同点的电势变化，从而测量出心率变化，该方法测量精准，但必须同时监测人体的两个部位，而我们平时用手机和手表的时候都是单手接触产品，所以无法做到持续监测。

气压计

气压计是一个被埋没但非常实用的小东西。它虽然仅能够测量气压数据，但通过该数据我们可以精确得知机器的海拔高度。如果监测一段时间内的气压变化，还能获得机器高度变化数据，从而为进一步的数据处理做准备。

有了气压计，户外运动员可以直观的了解自己所在的高度；未来导航地图不仅可以知道我们所在的平面位置，甚至还能知道我们所在的楼层，而这绝对是未来导航发展的必然趋势；现在穿戴设备只能侦测人们每天所走的步数，而拥有气压计还能侦测所走过的楼梯数，从而令消耗卡路里数据更准确。

穿戴式智能设备的出现， 为我们带来了全新的生活方式。可穿戴智能设备的各类功能，都有赖各类传感器功能性融合和创新来实现，因此，要开发出更精确，小型化，集成化的传感器，才能满足需求。未来，随着现代“电子——传感器”技术地不断进步，可穿戴设备将一如既往向前发展。