穿戴装置及其心率读值的补偿方法制造方法及图纸

一种穿戴装置，其配戴于一使用者，并具有一参考点。该穿戴装置包含一锯齿状凹槽模块、一弹性连接构件模块、一应变规模块、一皮肤电阻传感器模块、以及一处理单元。该弹性连接构件模块有接触使用者之多个皮肤位置的多个接触垫。该应变规模块配置于弹性连接构件模块上，以量测该弹性连接构件模块的一变形量，并响应于该变形量而输出一第一讯号。该皮肤电阻传感器(GSR)模块配置于该多个接触垫上，以分别量测该参考点与该多个皮肤位置之间的多个电阻，并响应于该多个电阻而输出一第二讯号。该处理单元响应于该第一讯号及该第二讯号而产生一心率补偿值来补偿该穿戴装置的一心率读值。

The compensation method of wearable device and the reading value of heart rate

A wearable device that is worn by a user and has a reference point. The wearable device includes a toothed groove module, an elastic connection module, a strain gauge module, a skin resistance sensor module and a processing unit. The elastic connecting component module has a plurality of contact mats to contact the user's multiple skin positions. The strain gauge module is arranged on the elastic connecting component module to measure the deformation amount of the elastic connector module, and output a first signal in response to the deformation amount. The skin resistance sensor (GSR) module is arranged on the plurality of contact pads, to measure multiple resistances between the reference point and the multiple skin positions, and to output a second signal in response to the multiple resistors. The processing unit generates a core rate compensation value in response to the first signal and the second signal to compensate for the one heart rate reading value of the wearer.

【技术实现步骤摘要】
穿戴装置及其心率读值的补偿方法
本专利技术是关于穿戴装置及其心率读值的补偿方法，特别是关于用于补偿一使用者的一心率读值的穿戴装置，及强化其心率读值的信赖度的补偿方法。先前技术由于微小化运动传感器的普及，以及健身运动的风行，感知使用者运动状况以提供健康信息的穿戴式装置，譬如用于走路的计步器，跑步的跑步计，健身运动的动作传感器，可监测日常运动甚至睡眠状态的侦测器，甚至侦测水中运动的，如游泳水中运动传感器等类型的穿戴式装置便逐渐流行。除了监测运动之外，运动时心率的感测，对使用者了解当下的运动强度及身体反应来说也变成不可或缺，因此具有心率传感器功能的穿戴装置于是广为流行。请参阅图1A，其为已知穿戴装置1的PPS心率传感器105心率读值操作。目前穿戴于手腕上的穿戴式装置1一般是搭配PPG(photoplethysmogram)光学式心率传感器105，心率的量测方式是将穿戴装置1以表带112(只显示大约半个表带周长)适当的紧迫度缚紧在手腕上，使穿戴装置1上的光学式心率传感器105紧密地贴合皮肤，藉由发出入射光108穿过肢体表皮层血管110,投射到真皮层血管111来感测此真皮血管之脉搏，并藉侦测反射光109来读取包含有脉搏相关信息之反射光109讯号以获得心率读值，如图1A所示。在图1A中，光学式心率传感器105包含光发射器106与光接收器107，肢体血管则包含表皮层血管110与真皮层血管111。请参阅图1B，其为已知穿戴装置1的PPS心率传感器105心率读值之失效模式1，其中水膜115形成光路116于心率传感器105及皮肤113之间。这样感测的心率读值的可参考性或信赖度却极易受到穿戴装置1及光学式心率传感器105在穿戴位置上的可移动程度，在肢体113上的缚紧程度或光学式心率传感器105与皮肤113的接触紧迫度，光学式心率传感器105与所接触之皮肤113间产生的间隙114，以及皮肤113上的水分或穿戴装置1上的光学式心率传感器105所沾染的水分等因素所影响，例如在图1B中，光学式心率传感器105与皮肤113之间因穿戴装置1与皮肤113之间缚紧程度较松而具有间距117，而在光学式心率传感器105与皮肤113之间形成了水膜115，此水膜115造成了光路116，然而此光路116会将发自光发射器106的入射光108直接导向光接收器107，使得光接收器107所接收的光讯号不含脉博信息，导致光学式心率传感器105量测错误。请参阅图1C，其为已知穿戴装置1的PPS心率传感器105心率读值之失效模式2，其中穿戴装置1松动，形成间隙于心率传感器105及皮肤113之间造成晃动及运动还显著地影响心率读值。目前穿戴式装置1的普遍缺点是，它的穿戴方式或方法不仅不能有效抗拒因运动所造成的扰动而极易晃动、松脱，还无法感知上述的会明确影响心率读值可信赖度之相关影响因素，也就是穿戴缚紧状态的变化，穿戴装置1及光学式心率传感器105之位移运动情形，以及光学式心率传感器105与肢体皮肤113间的接触状态或间隙121的发生，这些影响因素会以如图1C所示的沿着穿戴装置1的穿戴位置周围移动或晃动、上下移动及左右移动等运动方式来表现。这种移动或晃动会造成LED光路径118的偏差而使接收器107接收不到LED光的讯号，或是穿戴装置的运动或晃动讯号混入脉搏讯号中而由反射光带入光接收器107，使其所接收之反射自血管组织120的反射光119的所传递之脉博值受影响而发生偏差。而之所以目前市面上流行的穿戴装置1易松脱，其大多是由于以表带112结构的穿戴装置1附着于肢体上，其穿戴方式类似于一般手表的穿戴方式，就是将表带112本身一端穿过其另一端的扣环，接着将表带112拉紧到所需的紧迫度之后，将安装在扣环上的定位销穿过表带112上的定位小孔，藉销与孔结合使表带112维持在所需的紧迫度而使穿戴装置1附着在肢体上。但是，这种藉由传统表带112结构来将穿戴装置1附着于肢体的穿戴方式却有如下不可避免的缺点，那就是由于使用者运动时的身体及肢体晃动，肢体肌肉收缩舒张变形，身体发热升温，流汗，甚至身体所处环境之温度变化，遭遇的水分，譬如雨水等因素造成操作环境变化而让使用者于运动时其穿戴装置1之操作中缚紧条件之穿戴环境不同于初始穿戴时其初始缚紧条件所处的初始环境，因此穿戴装置1与接触的肢体皮肤间的接触应力及摩擦力发生变化，使穿戴装置1不若初始的紧迫度附着在肢体上，而易离开原特定位置甚至与肢体皮肤113间的接触紧迫度变低，造成光学式心率感测计105与皮肤113间接触紧迫度变松、甚至产生间隙，再加上这种传统表带112的单纯孔销配合的缚紧方式确实无法抗拒因运动所致之操作环境变化的影响而使穿戴装置1更易因此而移位变化，进而松脱，造成心率传感器105与接触位置皮肤113分离，如此不仅使穿戴装置1在运动中的移位运动造成使用者运动之运动量测失准，还严重扭曲心率量测读值的可信赖度，让穿戴装置1于操作中获得正确的量测数据以提供使用者了解自身运动状况及运动相关的心跳数据的功能受到极严重的影响。此外，身体，肢体及穿戴装置1的松脱或位移运动还会干扰光学系统。事实上光学式心率传感器105具有LED光源的光发射器106及光接收器107，其与皮肤113间的运动是会减低光讯号的灵敏度。然而，当以光学式心率传感器105感测运动训练中的使用者之心率时，要消除因运动而引起的人为因素对光学心率传感器105的感应读值所生的干扰，实际上是有其技术门坎。另外，运动训练中的身体运动频率也可能干扰受测的心率，因此运动也必须被量测以补偿量得的心率读值。一般的使用经验是，当穿戴装置1被更紧迫地缚紧在身体上时，对心率量测的准确度冲击越低，反之，则越受不良影响。总之穿戴装置1侦测运动训练的情形，运动发生是必然，然而运动发生又会影响穿戴装置1的缚紧度进而影响心率量测的准确度，所以，对于因缚紧度变化，穿戴装置1及光学式心率传感器105之位移，光学式心率传感器105脱离接触量测皮肤，光学式心率传感器105及皮肤113之间的水分，以及肢体运动等所导致的心率量测准确度的变化情形，确实有克服的必要。
技术实现思路
为改善上述穿戴装置之心率感测读值在运动训练中易遭受人为或环境因素干扰之缺失，本专利技术提出了使用应变规(StrainGauge)、皮肤电阻传感器(GSR)，并搭配特定的缚紧穿戴结构来适当地安置这种传感器，让它们可在运动状况中有效侦测穿戴状态，来感测穿戴装置的缚紧度变化、可移动性或位移量、及心率传感器与皮肤之接触状态、水分或润滑度的发生，并使用穿戴装置之运动传感器，如加速度计(Accelerometer/G-sensor)及陀螺仪(Gyro)感测得的运动状态，如运动振幅，运动频率，运动方向，运动方式等感测数据，藉本专利技术所定义的一补偿关系式计算出心率感知读值之补偿值，以补偿心率感知读值，提高其可信赖性。本专利技术藉由监测穿戴紧迫度指针、穿戴装置及心率计可位移运动指标、缚紧带接触压应力指标、肢体晃动振幅指标、以及肢体晃动频率指针，来决定心率补偿值。依据上述构想，本专利技术揭示一种用于补偿一使用者的一心率读值的穿戴装置，其中该穿戴装置具有一参考点，包含多个弹性连接构件，多个锯齿状凹槽以及相对应地配置于该多个锯齿状凹槽底部的多个接触垫、多个应变规、多个应变感测电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于补偿一使用者的一心率读值的穿戴装置，其中该穿戴装置具有一参考点，包含：多个锯齿状凹槽，其包含多个侧壁及多个底部，该多个侧壁有多个顶部，该多个底层有多个接触垫；多个弹性连接构件，其相对应地配置于该多个侧壁的该多个顶部，该多个接触垫分别接触该使用者之多个皮肤位置；多个应变规，其相对应地配置于该多个弹性连接构件上，并分别响应于该多个弹性连接构件的多个第一变形量而产生多个第二变形量；多个应变感测电路，其相对应地电性连接于该多个应变规，并分别响应于该多个第二变形量而输出多个第一电性讯号；多个皮肤电阻传感器，其相对应地配置于该多个接触垫上，以分别量测该参考点与该多个皮肤位置之间的多个电阻；多个皮肤电阻感测电路，其相对应地电性连接于该多个皮肤电阻传感器，以分别响应于该多个电阻而输出多个第二电性讯号；以及一处理单元，其响应于该多个第一电性讯号及该多个第二电性讯号而产生一心率补偿因子来补偿该心率读值。

【技术特征摘要】
2016.06.24 TW 1051200501.一种用于补偿一使用者的一心率读值的穿戴装置，其中该穿戴装置具有一参考点，包含：多个锯齿状凹槽，其包含多个侧壁及多个底部，该多个侧壁有多个顶部，该多个底层有多个接触垫；多个弹性连接构件，其相对应地配置于该多个侧壁的该多个顶部，该多个接触垫分别接触该使用者之多个皮肤位置；多个应变规，其相对应地配置于该多个弹性连接构件上，并分别响应于该多个弹性连接构件的多个第一变形量而产生多个第二变形量；多个应变感测电路，其相对应地电性连接于该多个应变规，并分别响应于该多个第二变形量而输出多个第一电性讯号；多个皮肤电阻传感器，其相对应地配置于该多个接触垫上，以分别量测该参考点与该多个皮肤位置之间的多个电阻；多个皮肤电阻感测电路，其相对应地电性连接于该多个皮肤电阻传感器，以分别响应于该多个电阻而输出多个第二电性讯号；以及一处理单元，其响应于该多个第一电性讯号及该多个第二电性讯号而产生一心率补偿因子来补偿该心率读值。2.如权利要求1所述的穿戴装置，其中：该穿戴装置还包含一光学式心率感测计，该参考点位于该光学式心率感测计的位置；该多个第一电性讯号与该多个弹性连接构件的一穿戴紧密程度相关；该多个第二电性讯号与该多个接触垫的一湿滑移位程度相关；该心率补偿因子×该心率读值＝经补偿后的心率读值；该心率补偿因子相关于至少一穿戴紧迫度指标、一可位移运动指标、一缚紧带接触压应力指标、一肢体晃动振幅指标、一肢体晃动频率指针、一运动状态指标、以及各指标的一权重比例；该穿戴装置还包含具有一第一弹性系数的一缚紧带；每一弹性连接构件包括用来配置单一该应变规的单一该锯齿状凹槽，该锯齿状凹槽包括具有一第二弹性系数的单一该侧壁与单一该底层，且该侧壁与该底层之间形成一锐角，其中该第二弹性系数小于该第一弹性系数；当该缚紧带被拉伸时，由于该第二弹性系数小于该第一弹性系数，而使该弹性连接构件沿着拉伸之水平方向的总变形量大于该缚紧带的总变形量，从而使该侧壁与该底层之间的一侧壁角度趋近于90度，此时该侧壁同时受到一水平两侧往外的拉力以及一垂直往下的压力，该水平两侧往外的拉力使该应变规产生一水平变形量，同时该垂直往下的压力经该底层作用在该接触垫，而使该接触垫紧密接触皮肤，其中该水平变形量转换成该第一电性讯号以侦测该穿戴紧密程度；当该参考点与该多个皮肤位置之间具有相对应的多个水分分布时，该相对应的多个水分分布会影响相对应的该多个电阻；该穿戴装置还包含：一加速度计，其量测该穿戴装置的一第一三维空间运动，其包括量测该穿戴装置的一晃动振幅及一晃动频率，以分别产生一振幅讯号及一频率讯号；一陀螺仪，其量测该穿戴装置的一第二三维空间运动，包括量测该穿戴装置的一角速度，并藉该加速度估计一角加速度，以产生一运动状态讯号；以及一补偿运算模块，其内建于该处理单元中或独立于该处理单元之外而与该处理单元电连接，并利用一补偿算法来处理该多个第一电性讯号、该多个第二电性讯号、该振幅讯号、该频率讯号、及该运动状态讯号，以计算该心率补偿因子；各该应变感测电路包含：一第一电桥电路，其由一第一电压供电，并包括互相并联的一第一电阻器群组与一第二电阻器群组，该第一电阻器群组包括互相串联于一第一中继点的一第一电阻器与一第二电阻器，该第二电阻器群组包括互相串联于一第二中继点的一第三电阻器与一第四电阻器，其中相对应的该应变规形成该第三电阻器，该第一中继点与该第二中继点之间具有一第一电压差以形成相对应的该第一电性讯号，相对应的该应变规之变形量使该第三电阻器的电阻改变而使该第一电压差产生变化，而该处理单元侦测相对应的该第一电性讯号以判断相对应的该弹性连接构件的一穿戴紧密程度；以及各该皮肤电阻感测电路包含：一第二电桥电路，其由一第二电压供电，并包括互相并联的一第三电阻器群组与一第四电阻器群组，该第三电阻器群组包括互相串联于一第三中继点的一第五电阻器与一第六电阻器，该第四电阻器群组包括互相串联于一第四中继点的一第七电阻器与一第八电阻器，其中相对应的该多个接触垫所接触的该多个皮肤位置之间的电阻形成该第七电阻器的电阻，该第三中继点与该第四中继点之间具有一第二电压差而形成一第三电性讯号；以及一差动放大器，其响应于该第三电性讯号而输出相对应的该第二电性讯号，而该处理单元侦测相对应的该第二电性讯号以判断相对应的该接触垫的一湿滑位移程度。3.一种用于补偿一穿戴装置上的一心率读值的方法，该穿戴装置具有一参考点，该方法包含下列步骤：相对应地将多个应变规配置于多个弹性连接构件上，其中该多个弹性连接构件具有相对应地配置于其上的多个锯齿状凹槽的多个侧壁之多个顶层；分别响应于该多个弹性连接构件的变形量而输出多个第一电性讯号；相对应地将多个皮肤电阻传感器配置于该多个锯齿状凹槽的底部的多个接触垫上，其中该参考点与该多个接触垫所接触的多个皮肤位置之间具有多个电阻，并根据该多个电阻而输出多个第二电性讯号；以及响应于该多个第一电性讯号及该多个第二电性讯号而产生一心率补偿因子来补偿该心率读值。4.如权利要求3所述的方法，其中：该心率补偿因子×该心率读值＝经补偿后的心率读值；该心率补偿因子相关于至少一穿戴紧迫度指标、一可位移运动指标、一缚紧带接触压应力指标、一肢体晃动振幅指标、一肢体晃动频率指针、一运动状态指标、以及各指标的一权重比例；该方法还包含下列步骤：量测该穿戴装置的一第一三维空间运动，其包括量测该穿戴装置的一晃动振福及一晃动频率，以分别产生一振幅讯号及一频率讯号；量测该穿戴装置的一第二三维空间运动，其包括量测该穿戴装置的一角速度以及一角加速度，以产生一运动状态讯号；以及处理该多个第一电性讯号、该多个第二电性讯号、该振幅讯号、该频率讯号、及该运动状态讯号，以计算该心率补偿因子；以及该方法还包含下列步骤：侦测各该应变规的一第一初始状态，其包括侦测各该应变规的一初始长度与一第一初始电阻、以及各该第一电性讯号的一初始电压；相对应地响应于该多个弹性连接构件的变形量而相对应地改变该多个应变规的多个等效电阻；相对应地响应于该多个等效电阻的改变而相对应地输出该多个第一电性讯号；侦测各该皮肤电阻传感器在该参考点与该多个皮肤位置之间的一第二初始状态，其包括侦测各该皮肤电阻传感器在该多个皮肤位置之间的一第二初始电阻、以及各该第二电性讯号的一初始电压；相对应地响应于该多个第一电阻和该多个第二电阻而输出多个第三电性讯号；以及相对应地响应于该多个第三电性讯号而输出该多个第二电性讯号。5.一种穿戴装置，其配戴于一使用者，并具有一参考点，包含：一弹性连接构件模块，其连接一锯齿状凹槽模块的一侧壁模块顶部；一应变规模块，其配置于该弹性连接构件模块上，以量测该弹性连接构件模块的一变形量，并响应于该变形量而输出一第一讯号；一皮肤电阻传感器模块，其配置于该锯齿状凹槽模块底部的一接触垫模块上，以分别量测该参考点与该多个皮肤位置之间的多个电阻，并响应于该多个电阻而输出一第二讯号；以及一处理单元，其响应于该第一讯号及该第二讯号而产生一心率补偿因子来补偿该穿戴装置的一心率读值。6.如权利要求5所述的穿戴装置，其中：该心率补偿因子×该心率读值＝经补偿后的心率读值；该心率补偿因子相关于至少一穿戴紧迫度指标、一可位移运动指标、一缚紧带接触压应力指标、一肢体晃动振幅指标、一肢体晃动频率指针、一运动状态指标、以及各指标的一权重比例；该第一讯号与该弹性连接构件模块的一穿戴紧密程度相关；该第二讯号与该接触垫模块的一湿滑移位程度相关；该穿戴装置还包含：一加速度计，其量测该穿戴装置的一第一三维空间运动，其包括量测该穿戴装置的一晃动振幅及一晃动频率，以分别产生一振幅讯号及一频率讯号；一陀螺仪，其量测该穿戴装置的一第二三维空间运动，包括量测该穿戴装置的一角速度以及一角加速度，以产生一运动状态讯号；一补偿运算模块，其内建于该处理单元中或独立于该处理单元之外而与该处理单元电性连接，并利用一补偿算法来处理该第一电性讯号、该第二电性讯号、该振幅讯号、该频率讯号、及该运动状态讯号，以计算该心率补偿因子；该弹性连接构件模块包含：一弹性连接构件；以及一锯齿状凹槽的一侧壁顶部，该弹性连接构件配置于其上；该应变规模块包含：一应变规，其配置于该弹性连接构件上，以量测该弹性连接构件的变形量；以及一应变感测电路，其电性连接于该应变规，以响应于该弹性连接构件的变形量而输出该第一讯号；以及该皮肤电阻传感器模块包含：一皮肤电阻传感器，其配置于该接触垫模块的一接触垫上，以量测该参考点与该接触垫所接触的该多个皮肤位置之间的该多个电阻；以及一皮肤电阻感测电路，其电性连接于该皮肤电阻传感器，以响...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄镫辉，
申请(专利权)人：晶翔微系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71