【科普文】关于心率、步数、睡眠相关数据的测量原理与...

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【科普文】关于心率、步数、睡眠相关数据的测量原理与注意事项

一、记步

     关于记步，记步是手环里面最基础的一个功能。在第一代手环上就已经有计步功能。所以记步算是最不可或缺的功能。先给大家普及一下手环记步的硬件和算法部分。

      

  三周加速传感器与记步筛选排错机制

       人体的运动包括三个分量，分别是前向、竖向和侧向所以三轴加速器的原理就是测量中间中X、Y、Z轴的加速度，感应出人在各个方向的震动。人体在行走过程中手臂和腿部的摆动可以当做是 钟摆相似的运动。人行走一步，腿出现蹬地、摆动、触地的运动过程，而手机出现最高点、最低点、最高点的摆动过程。在这个变化过程中，速度和加速度都会随着时间变化。根据这个变化可以看出人体运动的加速度呈现周期性正弦变化。通过测量信号波形的峰值，然后根据运动特征判断有效的步伐，通过记录波峰和波谷的次数就可以反映出行走的步数。

     日常生活中挥挥手，坐颠簸的公交车都有可能产生类似行走的波动，所以进一步的算法根据正常人类的行为作出了一些排错的机制。

     1. 没有连续4~5个波动，那么极大可能是干扰。因为人如果走起来会连续多走几步。

     2. 人走路的波动，会比坐车产生的波动要大，只检测高于某个高度的波峰波谷才计数。

     3. 人的反射神经决定了人快速运动的极限，怎么都不可能两步之间小于0.2秒，因此间隔小于0.2秒的波峰波谷会被筛选。

二、心率

     心率不像步数一直出现在人们的日常生活中。在心率手环还没有普及之前大部分人对心率都很陌生所以这里先普及一下心率的重要性。

     每个人的心率都会因年龄、性别及其他生理情况的不同而不同。一般而言，正常成年人安静时的心率平均在75次/分左右(60~100次/分之间)。同一个人，在安静或睡眠时心率减慢，运动时或情绪激动时心率加快，在某些药物或神经体液因素的影响下，会使心率发生加快或减慢。经常进行体力劳动和体育锻炼的人，平时心率较慢。

运动方面，心率可以体现用户运动时身体的真实信息，如果心率太高运动太剧烈，用户的身体水分蒸发太快，那么这种运动对身体无益，如果只是轻度运动心率不够高，用户也就不可能燃烧足够卡路里。

疾病方面，通过监测静息心率是否在正常范围、日常活动中监测心脏停搏、心率异常增高等可起到及时预防疾病的作用，甚至通过心电监测心率还能检测到心律是否异常。此外，通过指尖光电容积脉搏波描记法还可以监测脉搏波变化，以分析脉率、血氧浓度，糖尿病患者的微循环外周血管状态等。

　　精神方面，通过监测到的心率变异性，可分析自主神经功能评估，如精神压力、紧张与放松程度以及睡眠质量等。

  心率的测量原理和硬件组成：绿光光电测量法

绿光光电测量法是由两个绿色波长的发光LED 和一个光敏传感器组成，位于心率表的背部。 其原理是基于手臂血管中的血液在脉动的时候会发生密度改变而引起透光率的变化。发光LED 发出绿色波长的光波，光敏传感器可以接受手臂皮肤的反射光并感测光场强度的变化并换算成心率。

三、睡眠

      睡眠数据是手环通过您的状态自动识别读取的。后台统一设置了睡眠检测时间段20:00~9：00，在这期间，没有戴着手环睡觉，或者躺着看书、看电视、或手环没有戴在手腕上，即使到点了进入睡眠状态，手环也不读取睡眠数据的，会从您真正开始入睡时间开始计算。但是戴着手环躺着看书/看电视,长时间手臂不动会误认为你进入睡眠模式。

睡眠的检测原理通过加速传感器和绿灯测量法计算出，可以建议的概括为三种

  A. 深睡——入睡时段，睡姿不变或者更换的频率较小
  B.浅睡——入睡时段，睡姿更换较多
  C.清醒——睡眠期间，有起床走动（喝水或上洗手间等）25步以上， 手环默认是清醒状态