CN105686818A - 测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量装置及方法，属于电子设备领域。所述测量装置包括：PPG模组、信号处理单元、生成单元、显示单元和弹性元件；所述弹性元件固定在所述PPG模组的下方，用于在用户按住所述PPG模组时调节用户施加在所述PPG模组上的压力。本发明在PPG模组下方固定设置弹性元件，能够在用户按住PPG模组时根据该弹性元件产生的弹力对施加在PPG模组上的压力进行调节，从而避免了压力过大或过小的情况，提高了PPG信号的信号质量，提高了测量数据的准确性。

Description

测量装置及方法

技术领域

本发明涉及电子设备领域，特别涉及一种测量装置及方法。

背景技术

PPG(PhotoPlethysmoGrahy，光电容积脉搏波描计)是一种用于探测人体组织血管中血量变化的光学测量技术，可以广泛应用于测量心率、血压等数据。

PPG测量装置的工作原理为：用户按住PPG模组，PPG模组会发射PPG信号，PPG信号穿透用户的皮肤表层，射到血管后反射或散射回来，PPG模组接收返回来的PPG信号，根据返回来的PPG信号得到心率、血压等数据。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

由于PPG信号的信号质量容易受到用户施加在PPG模组上的压力的影响，当压力过大或过小时会导致PPG信号的信号质量较差，影响测量数据的准确性。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种测量装置及方法。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种测量装置，测量装置包括：光电容积脉搏波描计PPG模组、信号处理单元、生成单元、显示单元和弹性元件；

所述PPG模组与所述信号处理单元连接，所述信号处理单元与所述生成单元连接，所述生成单元与所述显示单元连接；

所述PPG模组用于在用户按住所述PPG模组时产生第一PPG信号，传输给所述信号处理单元；所述信号处理单元用于对所述第一PPG信号进行滤波处理，得到第二PPG信号，传输给所述生成单元；所述生成单元用于根据所述第二PPG信号生成测量结果，传输给所述显示单元；所述显示单元用于显示所述测量结果；

所述弹性元件固定在所述PPG模组的下方，用于在用户按住所述PPG模组时调节用户施加在所述PPG模组上的压力。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能实现方式中，所述测量装置包括壳体，所述PPG模组突出于所述测量装置的壳体表面。

结合第一方面的第一种可能实现方式，在第一方面的第二种可能实现方式中，所述PPG模组突出所述壳体表面的高度与所述弹性元件的最大形变距离相等。

结合第一方面的第一种可能实现方式，在第一方面的第三种可能实现方式中，所述PPG模组突出所述壳体表面的高度为0.1-2毫米。

结合第一方面，在第一方面的第四种可能实现方式中，所述信号处理单元还用于计算所述第二PPG信号的信号质量，当所述信号质量大于预设阈值时，将所述第二PPG信号传输给所述生成单元。

结合第一方面，在第一方面的第五种可能实现方式中，所述信号质量为信噪比。

结合第一方面，在第一方面的第六种可能实现方式中，所述测量装置还包括压力传感器，所述压力传感器与所述信号处理单元连接，所述信号处理单元与所述显示单元连接；

所述压力传感器设置在所述测量装置的壳体表面上，能够在用户按住所述PPG模组时，检测用户施加在所述PPG模组上的压力，并传输给所述信号处理单元；

所述信号处理单元用于将所述压力与预设压力进行比较，将比较结果传输给所述显示单元；所述显示单元用于根据所述比较结果显示提示信息。

结合第一方面的第六种可能实现方式，在第一方面的第七种可能实现方式中，所述显示单元用于当所述压力大于所述预设压力时，显示第一提示信息，提示用户减小施加在所述PPG模组上的压力；

所述显示单元还用于当所述压力小于所述预设压力时，显示第二提示信息，提示用户增大施加在所述PPG模组上的压力。

第二方面，提供了一种测量方法，所述方法包括：

在用户按住光电容积脉搏波描计PPG模组时，所述PPG模组产生第一PPG信号，传输给信号处理单元，且压力传感器检测用户施加在所述PPG模组上的压力，传输给所述信号处理单元；

所述信号处理单元将所述压力与预设压力进行比较，将比较结果传输给所述显示单元；

所述显示单元根据所述比较结果显示提示信息。

结合第二方面，在第二方面的第一种可能实现方式中，所述显示单元根据所述比较结果显示提示信息，包括：

当所述压力大于所述预设压力时，所述显示单元显示第一提示信息，提示用户减小施加在所述PPG模组上的压力；

当所述压力小于所述预设压力时，所述显示单元显示第二提示信息，提示用户增大施加在所述PPG模组上的压力。

结合第二方面的第一种可能实现方式，在第二方面的第二种可能实现方式中，所述信号处理单元将所述压力与预设压力进行比较，将比较结果传输给所述显示单元，包括：

所述信号处理单元对所述第一PPG信号进行滤波处理，得到第二PPG信号，并计算所述第二PPG信号的信号质量；

当所述信号质量不大于预设阈值时，将所述压力与预设压力进行比较，将比较结果传输给所述显示单元。

结合第二方面的第二种可能实现方式，在第二方面的第三种可能实现方式中，所述信号质量为信噪比，所述计算所述第二PPG信号的信号质量，包括：

计算所述第二PPG信号的波峰与波谷之间的差值；

从所述第二PPG信号中提取多段固定长度的信号；

对每段信号进行拟合，得到每段信号的拟合曲线，并计算每段信号与对应的拟合曲线之间的差值，得到每段信号的噪声；

计算所述多段信号的噪声的均方根值；

计算所述波峰与波谷之间的差值与所述均方根值之间的商，得到所述第二PPG信号的信噪比。

结合第二方面的第二种可能实现方式，在第二方面的第四种可能实现方式中，所述方法还包括：

当所述信号质量大于预设阈值时，所述信号处理单元将所述第二PPG信号传输给生成单元；

所述生成单元根据所述第二PPG信号生成测量结果，传输给所述显示单元；

所述显示单元显示所述测量结果。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的装置及方法，通过在PPG模组下方固定设置弹性元件，能够在用户按住PPG模组时根据该弹性元件产生的弹力对施加在PPG模组上的压力进行调节，从而避免了压力过大或过小的情况，提高了PPG信号的信号质量，提高了测量数据的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种测量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种测量装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种测量方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的一种测量方法的流程图；

图5是本发明实施例提供的一种PPG信号的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例提供的一种测量装置的结构示意图，参见图1，该测量装置可以为PPG测量设备或者PPG测量设备上的装置等，本发明实施例对此不做限定。该测量装置包括：PPG模组101、信号处理单元102、生成单元103、显示单元104和弹性元件105。

PPG模组101与信号处理单元102连接，信号处理单元102与生成单元103连接，生成单元103与显示单元104连接；

PPG模组101用于在用户按住PPG模组101时产生第一PPG信号，传输给信号处理单元102；信号处理单元102用于对第一PPG信号进行滤波处理，得到第二PPG信号，传输给生成单元103；生成单元103用于根据第二PPG信号生成测量结果，传输给显示单元104；显示单元104用于显示测量结果。

其中，该PPG模组101可以为PPG传感器，PPG传感器可以发射PPG信号，并接收返回的PPG信号。该信号处理单元102可以为MCU(MicroContollerUnit，微控制单元)或者其他具有处理信号功能的单元。

与现有技术的测量装置的不同之处在于，本发明实施例提供的测量装置中还包括弹性元件105，弹性元件105固定在PPG模组101的下方，用于在用户按住PPG模组101时调节用户施加在PPG模组101上的压力。

其中，该弹性元件105可以为弹簧、弹性介质、包括多个弹簧的弹簧阵列或者其他弹性结构等，本发明实施例对此不做限定。

具体地，在用户向下按住PPG模组101的过程中，PPG模组会向下移动，并挤压下方的弹性元件105，此时弹性元件105发生形变，并产生向上的弹力，用户即可通过PPG模组感知该弹力。用户施加在PPG模组101上的压力越大，该弹力也越大，因此用户通过感受到的弹力大小可以获知自己所施加在PPG模组101上的压力大小，从而调节该压力，最终保证该压力接近于预设压力。其中，该预设压力是指产生的PPG信号质量较高时用户施加在PPG模组101上的压力，可以为一个压力值，也可以为包括多个压力值的压力范围，本发明实施例对此不做限定。

可选地，该测量装置包括壳体106，PPG模组101突出于壳体表面，以便用户按住PPG模组101。例如，PPG模组101突出该壳体表面的高度为0.1-2毫米，当然，PPG模组101突出该壳体表面的高度还可以为其他数值范围，本发明实施例对此不做限定。

进一步地，考虑到实际操作时，用户按压PPG模组101时通常会在PPG模组101的上表面与壳体表面处于一个平面时停止继续按压，则为了保证在用户停止继续按压PPG模组101时施加到PPG模组101上的压力为预设压力，可以将PPG模组101突出该壳体表面的高度设置为与该弹性元件的最大形变距离相等，以便在用户停止继续按压PPG模组101时，弹性元件发生的形变最大。且，可以根据弹性元件的最大形变距离和该预设压力确定弹性元件的弹性系数，使得当弹性元件发生最大形变时，产生的弹力等于该预设压力，从而保证了用户停止继续按压PPG模组101时施加到PPG模组101上的压力为预设压力。

本发明实施例提供的测量装置，在PPG模组下方固定设置弹性元件，能够在用户按住PPG模组时根据该弹性元件产生的弹力对施加在PPG模组上的压力进行调节，从而避免了压力过大或过小的情况，提高了PPG信号的信号质量，提高了测量数据的准确性。

可选地，为了提高信号质量，信号处理单元102对第一PPG信号进行滤波处理，得到第二PPG信号之后，可以不立即将该第二PPG信号传输给生成单元103，而是先计算第二PPG信号的信号质量，并判断该信号质量是否大于预设阈值，当该信号质量大于预设阈值时，表示第二PPG信号的信号质量已满足要求，则将第二PPG信号传输给生成单元103。而当该信号质量不大于该预设阈值时，表示第二PPG信号的信号质量还未满足要求，则不再将该第二PPG信号传输给该生成单元103，而是继续采集滤波处理后的PPG信号，直至后续获取到信号质量大于该预设阈值的PPG信号时再传输给生成单元103。

其中，该信号质量可以为信号强度、信噪比或其他类型的参数，每种参数所对应的预设阈值可以由技术人员根据一般情况下产生较高的PPG信号时的信号质量确定，本发明实施例对此均不做限定。

进一步地，当该信号质量为信噪比时，信号处理单元102计算该信号质量的过程可以包括：

计算第二PPG信号的波峰与波谷之间的差值，从第二PPG信号中提取多段固定长度的信号，对每段信号进行拟合，得到每段信号的拟合曲线，并计算每段信号与对应的拟合曲线之间的差值，得到每段信号的噪声，计算多段信号的噪声的均方根值，计算波峰与波谷之间的差值与均方根值之间的商，得到第二PPG信号的信噪比。

可选地，参见图2，为了更加精确地检测用户施加在PPG模组上的压力，该测量装置还可以包括压力传感器107，该压力传感器107与信号处理单元102连接，信号处理单元102也与显示单元104连接。

该压力传感器107设置在测量装置的壳体106表面上，且能够在用户按住所述PPG模组101时，检测用户施加在所述PPG模组101上的压力，并传输给所述信号处理单元102。

参见图2，该压力传感器107设置于PPG模组101的预设范围内，当用户按住PPG模组101时，手指或手腕等部位会与该压力传感器107相接触，此时压力传感器107即可检测到压力，该压力可以认为是用户施加到PPG模组101上的压力。

其中，该预设范围可以由技术人员根据一般用户手指的大小预先设置，且该预设范围的形状可以为以PPG模组101所在的位置为中心的长条形，也可以为以PPG模组101所在的位置为圆心的圆形或者其他形状，本发明实施例对此不做限定。

信号处理单元102接收到压力传感器107检测到的压力时，可以将该压力与预设压力进行比较，将比较结果传输给显示单元104；显示单元104即可根据比较结果显示提示信息，提示用户调节施加在PPG模组上的压力。

该比较结果可能为该压力大于预设压力、该压力等于预设压力或者该压力小于预设压力，根据不同的比较结果，该显示单元104显示的提示信息也不同。

具体地，当压力大于预设压力时，该显示单元104显示第一提示信息，提示用户减小施加在PPG模组上的压力。当压力小于预设压力时，该显示单元104显示第二提示信息，提示用户增大施加在PPG模组上的压力。当压力等于预设压力时，该显示单元104可以不显示提示信息，或者显示第三提示信息，提示用户保持目前施加在PPG模组上的压力。

其中，该预设压力为一个压力值范围时，该压力大于预设压力是指该压力大于该压力值范围中的最大值，该压力小于预设压力是指该压力小于该压力值范围中的最小值，而该压力等于该预设压力是指该压力属于该压力值范围。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。

由于目前的PPG测量装置在测量过程中，PPG信号需要穿透人的皮肤表层，射到毛细血管并被反射或散射回来，由于人的动作对皮肤和皮下组织的扰动，使得PPG信号很容易受到干扰，而影响测量准确性。而且，由于人的手指或其它身体部位需要直接跟PPG模组接触，接触的力度因人而异，不同的接触力度会很大程度上影响PPG信号的信号质量。当接触力度较大时，用户施加在PPG模组上的压力较大，会导致PPG信号质量较差，甚至会导致PPG信号饱和，降低了测量的心率、血氧、血压等数据的精度。那么，为了保证测量的准确性，只能提前让用户学习按压PPG模组的力度，对用户的要求较高，降低了PPG模组的用户体验。

而本发明实施例提供的测量装置无需用户学习按压PPG模组的力度，降低了对用户的要求，在使用过程中用户可以根据感受到的弹性元件的弹力，自动调节力度，提高了PPG信号的信号质量，提高了测量数据的准确性，而且提升了用户体验。进一步地，在PPG模组与用户的接触区域内配置压力传感器，能够检测用户施加在PPG模组上的压力，从而向用户反馈压力大小，以使用户调节该压力，进一步提高了PPG信号的信号质量，提高了测量数据的准确性。

图3是本发明实施例提供的一种测量方法的流程图。该发明实施例的执行主体为测量装置，该测量装置包括PPG模组、压力传感器、信号处理单元、显示单元。参见图3，方法包括：

301、在用户按住PPG模组时，PPG模组产生第一PPG信号，传输给信号处理单元，且压力传感器检测用户施加在PPG模组上的压力，传输给信号处理单元。

302、信号处理单元将压力与预设压力进行比较，将比较结果传输给显示单元。

303、显示单元根据比较结果显示提示信息。

本发明实施例提供的方法，通过设置压力传感器，在用户按住PPG模组时，压力传感器可以检测用户施加在该PPG模组上的压力，传输给信号处理单元，信号处理单元即可将检测到的压力与预设压力进行比较，显示单元根据比较结果显示提示信息，能够提示用户调节压力，从而避免了压力过大或过小的情况，提高了PPG信号的信号质量，提高了测量数据的准确性。

图4是本发明实施例提供的一种测量方法的流程图。该发明实施例的执行主体为测量装置，该测量装置包括PPG模组、压力传感器、信号处理单元、生成单元、显示单元。参见图4，方法包括：

401、在用户按住PPG模组时，PPG模组产生第一PPG信号，传输给信号处理单元，且压力传感器检测用户施加在PPG模组上的压力，传输给信号处理单元。

402、信号处理单元读取压力传感器传输的压力，并对第一PPG信号进行滤波处理，得到第二PPG信号，计算第二PPG信号的信号质量。

403、信号处理单元判断该信号质量是否大于预设阈值，如果是，执行步骤406，如果否，执行步骤404。

其中，该信号质量可以为信号强度或者信噪比等类型的参数，本发明实施例对此不做限定。

例如，参见图5，当该信号质量为信噪比时，信号处理单元计算该信号质量的过程可以包括：

根据第二PPG信号的波形查找波峰和波谷，计算第二PPG信号的波峰与波谷之间的差值，从第二PPG信号中的上升平滑处提取多段固定长度的信号，对每段信号进行拟合，得到每段信号的拟合曲线，并计算每段信号与对应的拟合曲线之间的差值，即为每段信号的噪声，得到多段信号的噪声之后，计算多段信号的噪声的均方根值，计算波峰与波谷之间的差值与均方根值之间的商，得到第二PPG信号的信噪比。

404、当信号质量不大于预设阈值时，将压力与预设压力进行比较，将比较结果传输给显示单元。

需要说明的是，本发明实施例仅是以当信号质量不大于预设阈值时才将压力与预设压力进行比较，而在实际应用中，无论信号质量是否大于预设阈值，信号处理单元均可以将压力与预设压力进行比较，将比较结果传输给显示单元，本发明实施例对此不做限定。

405、显示单元根据比较结果显示提示信息。具体可以包括：

当压力大于预设压力时，显示单元显示第一提示信息，提示用户减小施加在PPG模组上的压力；当压力小于预设压力时，显示单元显示第二提示信息，提示用户增大施加在PPG模组上的压力。当压力等于预设压力时，该显示单元可以不显示提示信息，或者显示第三提示信息，提示用户保持目前施加在PPG模组上的压力。

406、当信号质量大于预设阈值时，信号处理单元将第二PPG信号传输给生成单元，生成单元根据第二PPG信号生成测量结果，传输给显示单元，显示单元显示测量结果。

其中，生成单元可以采用预设统计算法，根据第二PPG信号生成测量结果，该预设统计算法可以由技术人员预先确定，或者，生成不同类型的测量数据时采用不同的预设统计算法，可以根据操作者当前选定的测量数据的类型确定，该测量数据可以包括心率、血氧、血压等多种类型，本发明实施例对此不做限定。

本发明实施例提供的方法，在PPG模组与用户的接触区域内配置压力传感器，能够检测用户施加在PPG模组上的压力，从而向用户反馈压力大小，以使用户调节该压力，从而得到信号质量较高的PPG信号，无需用户提前学习按压PPG模组的力度，降低了对用户的要求，提高了PPG信号的信号质量，提高了测量数据的准确性。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：光电容积脉搏波描计PPG模组、信号处理单元、生成单元、显示单元和弹性元件；

所述PPG模组与所述信号处理单元连接，所述信号处理单元与所述生成单元连接，所述生成单元与所述显示单元连接；

所述PPG模组用于在用户按住所述PPG模组时产生第一PPG信号，传输给所述信号处理单元；所述信号处理单元用于对所述第一PPG信号进行滤波处理，得到第二PPG信号，传输给所述生成单元；所述生成单元用于根据所述第二PPG信号生成测量结果，传输给所述显示单元；所述显示单元用于显示所述测量结果；

所述弹性元件固定在所述PPG模组的下方，用于在用户按住所述PPG模组时调节用户施加在所述PPG模组上的压力。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括壳体，所述PPG模组突出于所述测量装置的壳体表面。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述PPG模组突出所述壳体表面的高度与所述弹性元件的最大形变距离相等。

4.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述PPG模组突出所述壳体表面的高度为0.1-2毫米。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述信号处理单元还用于计算所述第二PPG信号的信号质量，当所述信号质量大于预设阈值时，将所述第二PPG信号传输给所述生成单元。

6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述信号质量为信噪比。

7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括压力传感器，所述压力传感器与所述信号处理单元连接，所述信号处理单元与所述显示单元连接；

所述压力传感器设置在所述测量装置的壳体表面上，能够在用户按住所述PPG模组时，检测用户施加在所述PPG模组上的压力，并传输给所述信号处理单元；

所述信号处理单元用于将所述压力与预设压力进行比较，将比较结果传输给所述显示单元；所述显示单元用于根据所述比较结果显示提示信息。

8.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，所述显示单元用于当所述压力大于所述预设压力时，显示第一提示信息，提示用户减小施加在所述PPG模组上的压力；

所述显示单元还用于当所述压力小于所述预设压力时，显示第二提示信息，提示用户增大施加在所述PPG模组上的压力。

9.一种测量方法，其特征在于，所述方法包括：

在用户按住光电容积脉搏波描计PPG模组时，所述PPG模组产生第一PPG信号，传输给信号处理单元，且压力传感器检测用户施加在所述PPG模组上的压力，传输给所述信号处理单元；

所述信号处理单元将所述压力与预设压力进行比较，将比较结果传输给所述显示单元；

所述显示单元根据所述比较结果显示提示信息。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述显示单元根据所述比较结果显示提示信息，包括：

当所述压力大于所述预设压力时，所述显示单元显示第一提示信息，提示用户减小施加在所述PPG模组上的压力；

当所述压力小于所述预设压力时，所述显示单元显示第二提示信息，提示用户增大施加在所述PPG模组上的压力。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述信号处理单元将所述压力与预设压力进行比较，将比较结果传输给所述显示单元，包括：

所述信号处理单元对所述第一PPG信号进行滤波处理，得到第二PPG信号，并计算所述第二PPG信号的信号质量；

当所述信号质量不大于预设阈值时，将所述压力与预设压力进行比较，将比较结果传输给所述显示单元。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述信号质量为信噪比，所述计算所述第二PPG信号的信号质量，包括：

计算所述第二PPG信号的波峰与波谷之间的差值；

从所述第二PPG信号中提取多段固定长度的信号；

对每段信号进行拟合，得到每段信号的拟合曲线，并计算每段信号与对应的拟合曲线之间的差值，得到每段信号的噪声；

计算所述多段信号的噪声的均方根值；

计算所述波峰与波谷之间的差值与所述均方根值之间的商，得到所述第二PPG信号的信噪比。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述信号质量大于预设阈值时，所述信号处理单元将所述第二PPG信号传输给生成单元；

所述生成单元根据所述第二PPG信号生成测量结果，传输给所述显示单元；

所述显示单元显示所述测量结果。