生物讯号量测系统、方法及耳机技术方案

本发明专利技术公开一种生物信号量测系统、方法及耳机，该系统包括若干光源，分别向受测者皮肤表层内照射，若干光传感器，分别接收由皮肤内向外反射的若干光源并转换成若干信号；一处理器模块，接收若干信号并计算各信号之间的相关系数以结合成单一PPG信号。本发明专利技术的生物信号量测系统、方法及耳机利于在运动过程中量测，克服了光噪所造成的误差，提高了动态生物信号量测的准确度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物信号量测领域，更具体的是涉及一种提高生物信号量测准确度的系统、方法及耳机。
技术介绍
一种现有的生物信号监测耳机，用以监测心率变异度及心跳率，包括一耳机、一光源及一光传感器，耳机具有一透光材质的耳塞，将耳塞置入耳道内以形成暗房，接着令光源穿透耳塞，在照射耳道内的皮肤后反射，再由光传感器感应光源于一段时间内的变化以获得一光体积变化信号(Photoplethysmography，PPG)，借此解读心跳率(Heart Rate)。运动时，使用者配戴脉搏监测耳机来监控心跳率的变化，以维持较佳的运动强度，借此达到较安全有效率的训练，如慢跑，为了能持续长时间跑动或是维持一定的运动强度，能够利用脉搏监测耳机提供的心跳率来决定跑速。但是，运动时身体势必会产生震动，此时耳机于耳道内随着身体震动时，会间歇性的与耳道内壁产生缝隙，该缝隙将使耳道外的光源进入耳道内产生光噪，使光传感器无法准确测量耳道内的光体积变化，产生误差。因此本专利技术生物信号量测系统、方法及耳机就是为了克服所述缺陷，能够克服光噪所造成的误差，提高动态生物信号量测的准确度。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对所述现有的生物信号监测耳机的不足提出一种提高动态生物信号量测的准确度的生物信号量测系统、方法及耳机。为达成所述目的，本专利技术公开一种生物信号量测系统，包括若
干光源，分别向受测者皮肤表层内照射；若干光传感器，分别接收由皮肤内向外反射的若干光源并转换成若干信号；一处理器模块，接收若干信号并计算各信号之间的相关系数以结合成单一PPG信号；所述相关系数的计算公式为：Rxy=Σi[(xi-x‾)(yi-y‾)]Σi(xi-x‾)2·Σi(yi-y‾)2]]>Rxy为每两个信号为一组的相关系数，其中x及y分别为对应感测信号的信号值；若所有相关系数Rxy在一容许值内时，将所有感测信号相加成为一PPG信号，若否，以下列公式计算若干信号x、y及相关系数Rxy以产生各组所得信号Sxy：Sxy＝(1-Rxy)(x+y)接着在将各组所得信号Sxy相加产生PPG信号。作为进一步的改进，其中PPG信号经过快速傅立叶变换之后进行心律估算与检测。在一实施方式中，其中所述若干光传感器包括第一光传感器用以输入第一感测信号S1、第二光传感器用以输入第二感测信号S2及第三光传感器用以输入第三感测信号S3，经噪声消除后，执行运算各信号间两两的相关系数能够得到相关系数R12、R23及R31，运算出相关系数后，设定当相关系数在容许值内时，以下列公式算出PPG信号：PPG信号＝S1+S2+S3若否，以下列公式计算若干信号及相关系数：PPG信号＝(1-R12)(S1+S2)+(1-R23)(S2+S3)+(1-R31)(S1+S3)接着获得PPG信号后进行快速傅立叶变换以及心律估算与检测。进一步，生物信号量测系统包括一重力传感器，用以感测震动后产生一运动信号并传送至处理器模块，处理器模块处理PPG信号以使振幅接近运动信号的振幅，之后处理PPG信号与运动信号以产生一运动化后的PPG信号。进一步，生物信号量测系统其中所述处理器模块与若干光传感器之间设置一模拟前端传感器。进一步，生物信号量测系统包括一快闪储存器及一无线通信模
块，快闪储存器执行储存处理器模块所运算的心律信息，无线通信模块执行处理器模块与其他电子设备的沟通。一种生物信号量测耳机，包括一耳机壳；一入耳部，设置于耳机壳的一侧；一能够透光的耳塞，设置于入耳部的自由端；若干光源，设置于入耳部，其光线分别于入耳部的径向上以不同角度穿过耳塞；若干光传感器，设置于入耳部，分别接收若干光源以产生若干信号；一处理器模块，设置于耳机壳，接收若干信号并计算各信号之间的相关系数以结合成单一PPG信号；其中，各信号之间的相关系数为：Rxy=Σi[(xi-x‾)(yi-y‾)]Σi(xi-x‾)2·Σi(yi-y‾)2]]>Rxy为每两个信号为一组的相关系数，其中x及y分别为对应感测信号的信号值；若所有相关系数Rxy在一容许值内时，将所有感测信号相加成为一PPG信号，若否，以下列公式计算若干信号x、y及相关系数Rxy以产生各组所得信号Sxy：Sxy＝(1-Rxy)(x+y)接着在将各组所得信号Sxy相加产生PPG信号。且进一步，所述光传感器设置为三个，平均分布于入耳部表面上，并沿着入耳部径向间隔120度。一种生物信号量测方法，包括：(1)获取若干光感测信号，并对若干信号分别进行高通滤波、低通滤波、直流滤波和一般化；(2)以两两一组的组合方式分别计算若干信号以产生相关系数，公式为：Rxy=Σi[(xi-x‾)(yi-y‾)]Σi(xi-x‾)2·Σi(yi-y‾)2]]>其中，Rxy为每两个信号为一组的相关系数，其中x及y分别为对应感测信号的信号值；(3)若所有相关系数Rxy在一容许值内时，将所有感测信号相加成为一PPG信号，若否，以下列公式计算若干信号x、y及相关系
数Rxy以产生各组所得信号Sxy：Sxy＝(1-Rxy)(x+y)接着在将各组所得信号Sxy相加产生一PPG信号。综上所述，与现有技术相比，本专利技术的生物信号量测系统、方法及耳机利于在运动过程中量测，克服了光噪所造成的误差，提高了动态生物信号量测的准确度。附图说明图1是本专利技术生物信号量测系统的电路方块图。图2是本专利技术生物信号量测方法的步骤流程图。图3是本专利技术的原始感测信号示意图。图4是本专利技术的原始感测信号经高通滤波后的信号示意图。图5是本专利技术经高通滤波后的感测信号再经低通滤波后的信号示意图。图6是本专利技术经低通滤波后的感测信号再经直流滤波后的信号示意图。图7是本专利技术生物信号量测方法的详细步骤流程图。图8是本专利技术生物信号量测耳机的立体图。图9是本专利技术生物信号量测耳机的立体分解图。图中各附图标记说明如下。生物信号量测系统 1 光源 10光传感器 11 处理器模块 12重力传感器 13 模拟前端感测器 14快闪储存器 15 无线通信模块 16生物信号量测耳机 2 耳机壳 21入耳部 22 耳塞 221光源 23 光传感器 24第一感测信号 S1 第二感测信号 S2第三感测信号 S3。具体实施方式为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、构造特征、所达成目的及功效，以下兹举例并配合附图详予说明。本专利技术公开一种生物信号量测系统、方法及耳机，是根据多组信号的相关系数以结合成单一PPG信号，借此提高生物信号量测的准确度。请参阅图1，生物信号量测系统1包括若干光源10、若干光传感器11及一处理器模块12。若干光源10用以分别向受测者皮肤表层照射，且分别照射不同区块，使光源穿透皮肤后由组织内部向外反射，再分别透过若干光传感器11由皮肤的不同区块接收内部向外反射的光源并转换成若干信号，借此取得皮肤不同区块的感测信号，处理器模块12接收若干信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物信号量测系统，其特征在于：包括：若干光源，分别向受测者皮肤表层内照射；若干光传感器，分别接收由皮肤内向外反射的若干光源并转换成若干信号；一处理器模块，接收若干信号并计算各信号之间的相关系数以结合成单一PPG信号，所述相关系数的计算公式为：Rxy=Σi[(xi-x‾)(yi-y‾)]Σi(xi-x‾)2·Σi(yi-y‾)2]]>Rxy为每两个信号为一组的相关系数，其中x及y分别为对应感测信号的信号值；若所有相关系数Rxy在一容许值内时，将所有感测信号相加成为一PPG信号，若否，以下列公式计算若干信号x、y及相关系数Rxy以产生各组所得信号Sxy：Sxy＝(1‑Rxy)(x+y)接着将各组所得信号Sxy相加产生PPG信号。

【技术特征摘要】
1.一种生物信号量测系统，其特征在于：包括：若干光源，分别向受测者皮肤表层内照射；若干光传感器，分别接收由皮肤内向外反射的若干光源并转换成若干信号；一处理器模块，接收若干信号并计算各信号之间的相关系数以结合成单一PPG信号，所述相关系数的计算公式为：Rxy=Σi[(xi-x‾)(yi-y‾)]Σi(xi-x‾)2·Σi(yi-y‾)2]]>Rxy为每两个信号为一组的相关系数，其中x及y分别为对应感测信号的信号值；若所有相关系数Rxy在一容许值内时，将所有感测信号相加成为一PPG信号，若否，以下列公式计算若干信号x、y及相关系数Rxy以产生各组所得信号Sxy：Sxy＝(1-Rxy)(x+y)接着将各组所得信号Sxy相加产生PPG信号。2.根据权利要求1所述的生物信号量测系统，其特征在于：PPG信号经过快速傅立叶变换之后进行心律估算与检测。3.根据权利要求1所述的生物信号量测系统，其特征在于：所述若干光传感器包括第一光传感器用以输入第一感测信号S1、第二光传感器用以输入第二感测信号S2及第三光传感器用以输入第三感测信号S3，经噪声消除后，执行运算各信号间两两的相关系数能够得到相关系数R12、R23及R31，运算出相关系数后，设定当相关系数在容许值内时，以下列公式算出PPG信号：PPG信号＝S1+S2+S3若否，以下列公式计算若干信号及相关系数：PPG信号＝(1-R12)(S1+S2)+(1-R23)(S2+S3)+(1-R31)(S1+S3)接着获得PPG信号后进行快速傅立叶变换以及心律估算与检测。4.根据权利要求1所述的生物信号量测系统，其特征在于：进一步包括一重力传感器，用以感测震动后产生一运动信号并传送至处理器模块，处理器模块处理PPG信号以使振幅接近运动信号的振
\t幅，之后处PPG信号与运动信号以产生一运动化后的PPG信号。5.根据权利要求1所述的生物信号量测系统，其特征在于：所述处理器模块与若干光传感器之间设置一模拟前端传感器。6.根据权利要求1所述的生物信号量测系统，其特征在于：进一步包括一快闪储存器及一无线通信模块，快闪储存器执行储存处理器模块所运算的心律信息，无线通信模块执行处理器模块与其他电子设备的沟通。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：李政，吴国扬，许文彬，钟享陵，
申请(专利权)人：富港电子昆山有限公司，正崴精密工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32