心率侦测系统与使用其的穿戴式装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种心率侦测系统与使用其的穿戴式装置，包括发光单元、光传感器与处理器。发光单元发射一光线至人体表面，光传感器侦测所述光线的反射光，并根据反射光产生第一电信号。处理器根据第一电信号计算出一低频噪声，并将所述低频噪声由第一电信号中扣除，且根据第一电信号计算出一高频噪声，并将所述高频噪声由第一电信号中扣除。接着，处理器以第一取样率对第一电信号进行峰值侦测，以计算出第一电信号中复数个峰值，再根据第一取样率与第一电信号的峰值，计算出第一电信号的峰值间的复数个时间间隔，最后根据时间间隔计算出一心率。

Heart Rate Detection System and Its Wearable Device

【技术实现步骤摘要】
心率侦测系统与使用其的穿戴式装置
本专利技术乃涉及一种心率侦测系统与使用其的穿戴式装置，特别是指一种能够降低由环境因素所造成的测量噪声的心率侦测系统与使用其的穿戴式装置。
技术介绍
近年来，穿戴式电子装置的种类越来越多，举例来说，运动手环就是很受用户欢迎的产品之一。普遍来说，除了与应用程序的结合，运动手环所配备的基本功能不外乎有计步功能、心律侦测功能、睡眠侦测功能…等。就心律侦测功能来说，目前业内常用的是光体积变化描记图法(Photoplethysmography；PPG)。简单来说，当使用者的心脏跳动时，使用者全身的血管都会有微小波动，光体积变化描记图法的工作原理即为，射出一束光到使用者的手腕上，并用传感器感测反射的光，传感器所感测到的光量有微小变化，就视为心脏跳动一次。更详细地说，人体皮肤肌肉组织等对光的吸收在整个血液循环中是恒定不变的，但皮肤内的血液容积在心脏收缩与舒张的过程中下则会变化。当心脏收缩时，外周血液容积最多，光吸收量也最大，因此传感器所能检测到的光强度最小，然而在心脏舒张时，外周血液容积最少，光吸收量也最小，因此传感器所能检测到的光强度最大。如此一来，透过测器感测反射光的光强度变化就可以计算出使用者的心律。光体积变化描记图法自1938年被提出以来就已经广泛地被应用。单单将光体积变化描记图法应用于运动型手环时，就侦测使用者心律的相对变化而言是准确的。举例来说，当使用者心律为每分钟70下时，运动型手环所侦测到的心律可能为每分钟80下，而当使用者心律为每分钟90下时，运动型手环所侦测到的心律可能为每分钟100下。于此举例中，虽然就量测使用者的实时心率而言，存在有一定的误差，但就使用者的心律随时间的相对变化而言则是准确的。运动型手环量测使用者的实时心率时通常会出现误差的主要是因为光体积变化描记图法容易受到外界因素干扰，如：汗水、与皮肤接触的程度…等。因此，将光体积变化描记图法应用于运动型手环时，通常需要搭配修正或补偿的机制来排除外界因素所带来的噪声。若修正或补偿的机制越完备，则运动型手环越能准确地侦测到使用者的实时心律。
技术实现思路
本专利技术提供一种心率侦测系统，此种心率侦测系统包括至少一发光单元、光传感器与处理器。发光单元用以发射一光线至人体表面，且光传感器用以侦测所述光线的一反射光，并根据所述反射光产生第一电信号。处理器连接于发光单元与光传感器，并用以：将第一电信号由时域信号转为频域信号；根据第一电信号计算出一低频噪声，并将所述低频噪声由第一电信号中扣除；根据第一电信号计算出一高频噪声，并将所述高频噪声由第一电信号中扣除；将第一电信号由频域信号转回时域信号；以第一取样率对第一电信号进行峰值侦测，以计算出第一电信号中复数个峰值；根据第一取样率与第一电信号的所述多个峰值，计算出第一电信号的所述多个峰值之间的复数个时间间隔，并根据所述多个时间间隔计算出一心率。本专利技术提供另一种心率侦测系统，包括至少一发光单元、光传感器、动作传感器与处理器。发光单元用以发射一光线至人体表面，且光传感器用以侦测所述光线的一反射光，并根据所述反射光产生第一电信号。动作传感器用以撷取人体的一动作信息，以根据所述动作信息产生第二电信号。处理器连接于发光单元、光传感器与动作传感器，用以：将第一电信号与第二电信号由时域信号转为频域信号；对第一电信号与第二电信号进行正规化，以使得第一电信号与第二电信号具有相同的振幅；利用外插法扩大计算第一电信号的频率范围与第二电信号的频率范围，并将第一电信号与第二电信号进行滤波；分别对经滤波的第一电信号与第二电信号进行采样，以获得第一离散值列表与第二离散值列表，其中第一离散值列表与第二离散值列表分别包括复数个离散值；根据第一离散值表中的所述多个离散值与第二离散值列表中的所述多个离散值，计算出一主导值；以及根据所述主导值计算出一心率。本专利技术提供还设置有上述心率侦测系统的穿戴式装置，以实时地侦测配戴穿戴式装置的一用户的心率。综上所述，本专利技术所提供的心率侦测系统与使用其的穿戴式装置能针对因外界环境因素所产生的噪声对光传感器所产生的电信号作校正。透过经校正的电信号，本专利技术所提供的心率侦测系统与使用其的穿戴式装置便能准确地计算出使用者的心率。为使能更进一步了解本专利技术的特征及
技术实现思路
，请参阅以下有关本专利技术的详细说明与附图，但是这些说明与附图说明书附图仅用来说明本专利技术，而非对本专利技术的权利要求作任何的限制。附图说明图1为根据本专利技术例示性实施例绘示的心率侦测系统的方块图。图2与图3为图1所绘示的心率侦测系统中的处理器进行心率运算的流程图。图4为根据本专利技术另一例示性实施例绘示的心率侦测系统的方块图。图5、图6-1与图6-2为图4所绘示的心率侦测系统中的处理器进行心率运算的流程图。图7为根据本专利技术例示性实施例绘示的设置有心率侦测系统的穿戴式装置的示意图。具体实施方式在下文将参看随附图式更充分地描述各种例示性实施例，在随附图式中展示一些例示性实施例。然而，本专利技术概念可能以许多不同形式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。确切而言，提供此等例示性实施例使得本专利技术将为详尽且完整，且将向熟习此项技术者充分传达本专利技术概念的范畴。在诸图式中，类似数字始终指示类似组件。[心率侦测系统的一实施例]请参照图1，图1为根据本专利技术例示性实施例绘示的心率侦测系统的方块图。本实施例所提供的心率侦测系统主要是设置于穿戴式装置上，如：智能型手表、运动手环…等，但并不限制穿戴式装置须配戴于用户的哪个部位。如图1所示，本实施例所提供的心率侦测系统包括至少一发光单元12、光传感器14与处理器16，其中处理器16连接于光传感器14与发光单元12。大体而言，本实施例所提供的心率侦测系统是利用光体积变化描记图法来量测使用者的实时心率。简单来说，本实施例所提供的心率侦测系统是利用发光单元12发射一光线至人体表面，接着利用光传感器14侦测所述光线的反射光，并根据所述反射光产生第一电信号，最后处理器16便能根据第一电信号计算出用户的心率。于本实施例中，发光单元12为绿光LED(LightEmittedDiode)，主要原因在于，绿光的波长在500奈米至550奈米之间，因此对于人体的血液而言，绿光不会太深入地穿透身体组织，但又能被血液中的血红素高度吸收。值得注意地是，若单纯利用光体积变化描记图法来量测使用者的实时心率，很容易受到外界因素干扰，如：汗水、与皮肤接触的程度…等。因此，本实施例所提供的心率侦测系统中的处理器16在根据由光传感器14而来的第一电信号计算用户的实时心率的过程中，搭配了用以排除外界因素所带来的噪声的运算机制，使得使用者的实时心律能够更准确地被侦测。接下来，将说明本实施例所提供的心率侦测系统中的处理器16根据由光传感器14而来的第一电信号计算用户的实时心率的运算机制。请参照图2与图3，图2与图3为图1所绘示的心率侦测系统中的处理器进行心率运算的流程图。简单来说，本实施例所提供的心率侦测系统根据由光传感器14而来的第一电信号计算用户的心率的主要工作原理即为，先将第一电信号中的噪声去除，接着再根据已去除噪声的第一电信号计算用户的心率。须说明地是，因外界环境因素所产生的噪声可能是低频信号，也可能是高频信号，例如，因人体手部摆动或身体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种心率侦测系统，其特征在于，包括：至少一发光单元，用以发射一光线至人体表面；一光传感器，用以侦测所述光线的一反射光，并根据所述反射光产生一第一电信号；以及一处理器，连接于所述光传感器与所述发光单元，用以：将所述第一电信号由时域信号转为频域信号；根据所述第一电信号计算出一低频噪声，并将所述低频噪声由所述第一电信号中扣除；根据所述第一电信号计算出一高频噪声，并将所述高频噪声由所述第一电信号中扣除；将所述第一电信号由频域信号转回时域信号；以一第一取样率对所述第一电信号进行峰值侦测，以计算出所述第一电信号中复数个峰值；根据所述第一取样率与所述第一电信号的所述多个峰值，计算出所述第一电信号的所述多个峰值之间的复数个时间间隔，并根据所述多个时间间隔计算出一心率。

【技术特征摘要】
1.一种心率侦测系统，其特征在于，包括：至少一发光单元，用以发射一光线至人体表面；一光传感器，用以侦测所述光线的一反射光，并根据所述反射光产生一第一电信号；以及一处理器，连接于所述光传感器与所述发光单元，用以：将所述第一电信号由时域信号转为频域信号；根据所述第一电信号计算出一低频噪声，并将所述低频噪声由所述第一电信号中扣除；根据所述第一电信号计算出一高频噪声，并将所述高频噪声由所述第一电信号中扣除；将所述第一电信号由频域信号转回时域信号；以一第一取样率对所述第一电信号进行峰值侦测，以计算出所述第一电信号中复数个峰值；根据所述第一取样率与所述第一电信号的所述多个峰值，计算出所述第一电信号的所述多个峰值之间的复数个时间间隔，并根据所述多个时间间隔计算出一心率。2.如权利要求第1项所述的心率侦测系统，其特征在于，所述处理器根据一低频噪声计算公式计算出所述低频噪声，且所述低频噪声计算公式为：其中Y[i]为所述低频噪声，X[i+j]为所述第一电信号，且M为一取样样本数。3.如权利要求第2项所述的心率侦测系统，其特征在于，所述处理器进一步用以：根据一高频噪声计算公式计算出所述高频噪声，且所述高频噪声计算公式为：其中S[i]为所述高频噪声，Z[i+j]为扣除所述低频噪声的所述第一电信号，且M为所述取样样本数。4.如权利要求第3项所述的心率侦测系统，其特征在于，于进行峰值侦测的过程中，所述处理器进一步用以：对所述第一电信号中每个单位时间所对应的一电压值进行判断，且所述单位时间为所述第一取样率的倒数；以及于所述处理器对所述第一电信号中最后一个单位时间所对应的所述电压值进行判断后，所述处理器结束峰值侦测其中，若所述电压值大于前三个单位时间所对应的所有电压值以及大于次三个单位时间所对应的所有电压值，且所述电压值大于所有单位时间所对应的所有电压值的一平均值，则所述处理器判断所述电压值为所述第一电信号的所述多个峰值之一。5.如权利要求第4项所述的心率侦测系统，其特征在于，所述处理器进一步用以：将所述第一电信号中相邻两峰值的差除以所述第一取样率，以计算出所述第一电信号的所述多个峰值之间的所述多个时间间隔；以及根据一第一心率转换公式，利用所述多个时间间隔计算出所述心率，且所述第一心率转换公式为：其中，BPM为所述心率，T为所述第一电信号中相邻两峰值的差，且n为所述第一电信号中峰值的数量。6.一种心率侦测系统，其特征在于，包括：至少一发光单元，用以发射一光线至人体表面；一光传感器，用以侦测所述光线的一反射光，并根据所述反射光产生一第一电信号；一动作传感器，用以撷取人体的一动作信息，以根据所述动作信息产生一第二电信号；以及一处理器，连接于所述发光单元、所述光传感器与所述动作传感器，用以：将所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：狄力士，温黛丽，王敬渊，
申请(专利权)人：光宝新加坡有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG