CN109091143A - 一种穿戴设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种穿戴设备，包括本体，所述本体包括上壳、下壳和肌电信号检测模块，所述上壳的外壁设有柔性显示屏和至少一个控制按键；所述上壳的容置区域内设有肌氧信号检测模块、电路板和储能模块；所述储能模块与所述电路板电连接，所述电路板包括信号调制模块和主控芯片，所述肌氧信号检测模块和所述肌电信号检测模块均与所述信号调制模块的输入端电连接，所述信号调制模块的输出端与所述主控芯片的输入端电连接，所述主控芯片的输出端与所述柔性显示屏电连接。本发明能够获取肌氧数值和生物电活动情况，并通过柔性显示屏进行实时显示，在运动健身或者医疗康复时提高锻炼效率且防止过量运动，从而保障用户的运动安全。

Description

一种穿戴设备
技术领域
本发明涉及检测设备领域，特别涉及一种穿戴设备。
背景技术
随着科技的发展，越来越多的穿戴设备在人们健身活动或者专业运动员的竞技训练过程中被广泛使用，比如可以通过肌氧传感器采集肌氧数据，或者通过肌电仪采集肌电数据等等。现有的肌氧传感器一般采用光电原理进行测量，不仅佩戴过程麻烦、容易脱落而且难以过滤环境光，从而对检测精度有较大影响。同时，现有技术的检测设备功能比较单一，难以同时采集肌氧数据和肌电数据，因此用户难以全面了解自己的身体状况，影响锻炼或者运动康复效果。
发明内容
本发明提供了一种穿戴设备，解决了以上所述的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种穿戴设备，该穿戴设备包括穿戴设备，其包括本体，所述本体包括上壳、下壳和肌电信号检测模块，所述上壳的外壁设有柔性显示屏和至少一个控制按键；所述上壳的容置区域内设有肌氧信号检测模块、电路板和储能模块；
其中，所述储能模块与所述电路板电连接，所述电路板包括信号调制模块和主控芯片，所述肌氧信号检测模块和所述肌电信号检测模块均与所述信号调制模块的输入端电连接，所述信号调制模块的输出端与所述主控芯片的输入端电连接，所述主控芯片的输出端与所述柔性显示屏电连接。
本发明实施例中，穿戴设备集成肌氧信号检测模块和肌电信号检测模块，能够获取血氧饱和度等肌氧数值，还可以获取肌肉电活动幅度、电发送频率以及电活动传递速度等生物电活动情况，并通过柔性显示屏进行实时显示，进而方便用户更加了解自己的身体状态，尤其适用于用户在运动健身或者医疗康复的场景。通过佩戴本发明实施例中的穿戴设备，能够提高用户对目标肌肉的锻炼效率，还可以防止过量运动，以及保障用户的运动安全。同时，本发明设置了弹性绷带，可以方便地将本体固定在测量部位，且佩戴方便、不易脱落，适合长时间连续佩戴使用。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以对穿戴设备做如下改进。
在一种可能的设计中，所述下壳的外壁设有橡胶层，即所述下壳的外壁与用户皮肤接触的部位设有橡胶层。通过设置橡胶层，不仅可以防止环境光进入肌氧信号检测模块的光探测器，从而提高检测精度，同时可以吸住皮肤以使本体更好地与皮肤接触，防止在测量过程中本体滑落。
在一种可能的设计中，所述主控芯片的输入端包括第一输入端和第二输入端，所述信号调制模块包括数据采集电路、信号调制电路、滤波检波电路和信号放大电路；
其中，所述肌氧信号检测模块的输出端、所述数据采集电路、所述信号调制电路、所述滤波检波电路、所述信号放大电路与所述第一输入端依次电连接；
所述肌电信号检测模块的输出端、所述数据采集电路、所述信号调制电路、所述滤波检波电路、所述信号放大电路与所述第二输入端依次电连接。
可见，通过设置数据采集电路、信号调制电路、滤波检波电路和信号放大电路，分别对肌氧信号检测模块检测到的肌氧信号以及肌电信号检测模块检测到的肌电信号进行信号处理，在去除干扰信号、放大有用信号的同时可以保持信号的同步性，进一步提高本发明穿戴设备的检测效果。
在一种可能的设计中，所述肌氧信号检测模块包括光源、内层光探测组和外层光探测组，所述内层光探测组包括至少一个第一光探测器，所述外层光探测组包括至少一个第二光探测器，所述至少一个第一光探测器分布在以所述光源为圆心的第一圆周上，所述至少一个第二光探测器分布在所述以光源为圆心的第二圆周上。
由于肌氧信号检测模块设置了包括至少一个光探测器的内层光探测组和外层光探测组，能够提高检测效率和检测精度，而且在其中一个光探测器损坏时有备用的其他光探测器继续进行检测，从而提高了本发明穿戴设备的使用寿命和检测效果。
在一种可能的设计中，所述第一圆周与所述光源的间距小于所述第二圆周与所述光源的间距。
在一种可能的设计中，所述上壳的容置区域内还设有固定板，所述光源、所述至少一个第一光探测器和所述至少一个第二光探测器均安装在所述固定板上；所述下壳的内壁设有用于容纳所述光源的第一凹槽、用于容纳所述第一光探测器的第二凹槽以及用于容纳所述第二光探测器的第三凹槽，其中，所述第一凹槽、所述第二凹槽和所述第三凹槽均为透明凹槽。
可选的，所述第一凹槽、所述第二凹槽和所述第三凹槽均为透明凹槽。
可选的，第一光探测器和第二光探测器均为多个时，所有第一光探测器可在所述第一圆周上均匀分布，所有第二光探测器在第二圆周上均匀分布。
在一种可能的设计中，所述肌电信号检测模块包括至少一个肌电传感器，每个所述表面肌电传感器包括一对用于获取用户肌肉表面上的肌电信号的肌电电极。
通过肌电电极采集用户肌肉表面上的肌电信号，方便易行、不会造成损伤也容易被用户接收；同时本进一步技术方案包括多对表面肌电传感器，可以采集整个肌肉的肌电信号从而形成整个肌肉的肌电图，进一步提高了检测效率和检测效果。
在一种可能的设计中，所述第一圆周与所述光源的间距为0.1-2.0cm，所述第二圆周与所述光源的间距为0.8-5.0cm。
在一种可能的设计中，所述光源为可调LED光源，所述可调LED光源的波长范围为300-1100nm。由于光源采用可调LED光源，通过所述控制按键可以在测量过程中对所述可调LED光源的波长进行调节，满足用户各种使用需求，进一步扩宽穿戴设备的使用场合。
在一种可能的设计中，所述光源、所述第一光探测器和所述第二光探测器通过FPC排线连接所述电路板。
附图说明
图1为本发明实施例中的穿戴设备的一种示意图；
图2为本发明实施例中的穿戴设备的一种结构示意图；
图3为本发明实施例中的穿戴设备的另一种结构示意图；
图4为本发明实施例中的肌氧信号检测模块的一种结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为实施例中穿戴设备的一种示意图，图1所示的穿戴设备包括本体和弹性绑带，本体上包括显示屏和控制按键，显示屏上本体的上壳上。本发明基于图1所示的穿戴设备进行电路和结构上的改进，能够解决上述技术问题。该肌肉疲劳度检测装置可以独立存在，也可以集成在穿戴设备中，具体应用场景本申请不作限定。本发明中的穿戴设备可以为运动手环、智能手表、可穿戴医疗器械等，具体本申请不作限定。
如图2所示的穿戴设备内部电路的一种结构示意图，图2中，所述穿戴设备包括本体，所述本体包括上壳、下壳和肌电信号检测模块，所述上壳的外壁设有柔性显示屏和至少一个控制按键；所述上壳的容置区域内设有肌氧信号检测模块、电路板和储能模块；
其中，所述储能模块与所述电路板电连接，所述电路板包括信号调制模块和主控芯片，所述肌氧信号检测模块和所述肌电信号检测模块均与所述信号调制模块的输入端电连接，所述信号调制模块的输出端与所述主控芯片的输入端电连接，所述主控芯片的输出端与所述柔性显示屏电连接。
一些实施方式中，电路板可采用柔性电路板，显示屏可采用柔性显示屏，储能模块采用柔性电池，比如柔性锂电池，因此重量轻、厚度薄、弯折性好，使用方便。所述柔性显示屏除了显示心率、肌氧数值和生理活动特征等信息外，还可以显示电量、检测状态、无限连接状态等信息，方便用户了解该穿戴设备的使用状态。
一些实施方式中，主控芯片的输出端还可以通过无线接口或者有线接口连接存储卡或者其他外部智能终端，比如手机、电脑、平板等等，方便对采集到的心率、肌氧数值和生理活动特征等信息进行存储和进一步处理。
与现有机制相比，本发明实施例中，穿戴设备集成肌氧信号检测模块和肌电信号检测模块，能够获取血氧饱和度等肌氧数值，还可以获取肌肉电活动幅度、电发送频率以及电活动传递速度等生物电活动情况，并通过柔性显示屏进行实时显示，进而方便用户更加了解自己的身体状态，尤其适用于用户在运动健身或者医疗康复的场景。通过佩戴本发明实施例中的穿戴设备，能够提高用户对目标肌肉的锻炼效率，还可以防止过量运动，以及保障用户的运动安全。同时，本发明设置了弹性绷带，可以方便地将本体固定在测量部位，且佩戴方便、不易脱落，适合长时间连续佩戴使用。
可选的，在本发明的一些实施例中，穿戴设备上还可设置弹性绷带，所述弹性绷带用于将所述本体固定在测量部位。通过该弹性绷带，能够方便用户将穿戴设备的本体固定在用户身上的测量部位，且佩戴方便、不易脱落，适合长时间连续佩戴使用。
可选的，在本发明的一些实施例中，如图4所示，所述下壳的外壁设有橡胶层，即所述下壳的外壁与用户皮肤接触的部位设有橡胶层。通过设置橡胶层，能够有效的防止环境光进入肌氧信号检测模块的光探测器，从而提高检测精度。还能吸住用户的皮肤使得本体更好地与皮肤接触，进而防止在测量过程中本体滑落的问题。可选的，该项教程的厚度可为0.3-1mm，在橡胶层中间还可以分布细孔，这些细孔用于排汗，孔径可以为0.2mm。
可选的，在本发明的一些实施例中，如图3所示，所述主控芯片的输入端包括第一输入端和第二输入端，所述信号调制模块包括数据采集电路、信号调制电路、滤波检波电路和信号放大电路。
其中，所述肌氧信号检测模块的输出端、所述数据采集电路、所述信号调制电路、所述滤波检波电路、所述信号放大电路与所述第一输入端依次电连接；
所述肌电信号检测模块的输出端、所述数据采集电路、所述信号调制电路、所述滤波检波电路、所述信号放大电路与所述第二输入端依次电连接。
可见，通过设置数据采集电路、信号调制电路、滤波检波电路和信号放大电路，分别对肌氧信号检测模块检测到的肌氧信号以及肌电信号检测模块检测到的肌电信号进行信号处理，在去除干扰信号、放大有用信号的同时可以保持信号的同步性，进一步提高本发明穿戴设备的检测效果。
在其他实施例中，还可以设置两个信号调制模块，分别对肌氧信号检测模块和肌电信号检测模块检测到的信号进行针对性的调制，通过这种调制，能够进一步提高检测效果和检测精度。
举例来说，对于肌电信号检测模块，当采用表面阵列电极时，还可以将放大电路和滤波电路设置在安装有电极阵列的电极板上，采用放大电路和滤波电路分别对电极阵列中两两相邻电极对应电位之间的差值进行一次放大和滤波处理，以获得多个具有第一放大倍数的低阻抗表面肌电信号，然后通过设置在柔性电路板上的放大电路、滤波电路进行另一次放大和滤波处理，以获得多个具有第二放大倍数的表面肌电信号。
可选的，在本发明的一些实施例中，如图4所示，所述肌氧信号检测模块包括光源、内层光探测组和外层光探测组，所述内层光探测组包括至少一个第一光探测器，所述外层光探测组包括至少一个第二光探测器，所述至少一个第一光探测器分布在以所述光源为圆心的第一圆周上，所述至少一个第二光探测器分布在所述以光源为圆心的第二圆周上。
由于肌氧信号检测模块设置了包括至少一个光探测器的内层光探测组和外层光探测组，所以能够提高检测效率和检测精度。而且，当该肌氧信号检测模块中的其中一个光探测器损坏时，也有备用的光探测器继续进行检测，从而提高本发明穿戴设备的使用寿命和检测效果。此外，这种圆环式设计能够尽可能的降低系统误差，也可以更全面的反应整块肌肉的肌氧的运输和利用情况。
举例来说，当把穿戴设备的下壳贴紧皮肤并通过弹性绷带固定后，肌氧信号检测模块的光源会发射某一波长的光，依次穿透人体的皮肤和脂肪层到达肌肉层，记录到肌肉附近氧的消耗和供应的信息，大部分光将会在这个过程中发生吸收、散射和折射而损失掉，仅有少部分光能传出到肌氧信号检测模块的光探测器，光探测器探测到的微弱光信号经过光电转换以及信号调制模块后进入主控芯片，从而获取血氧饱和度、心率等肌氧数值。同时，肌电信号检测模块可以记录肌肉电信号，通过信号调制模块进行调制后进入主控芯片，从而获取肌肉电活动幅度、电发送频率以及电活动传递速度等肌肉的生理活动特征，并通过柔性显示屏实时显示所述肌氧数值和所述生理活动特征等信息。
可选的，在本发明的一些实施例中，所述第一圆周与所述光源的间距小于所述第二圆周与所述光源的间距。
可选的，在本发明的一些实施例中，所述第一圆周与所述光源的间距为0.1-2.0cm，例如可为0.2cm、0.6cm、0.9cm、1.2cm、1.6cm等。所述第二圆周与所述光源的间距为0.8-5.0cm，例如可为1.3cm、1.7cm、2.4cm、3.2cm、4.1cm等。
可选的，在本发明的一些实施例中，所述上壳的容置区域内还设有固定板，所述光源、所述至少一个第一光探测器和所述至少一个第二光探测器均安装在所述固定板上。所述下壳的内壁设有用于容纳所述光源的第一凹槽、用于容纳所述第一光探测器的第二凹槽以及用于容纳所述第二光探测器的第三凹槽。可选的，所述第一凹槽、所述第二凹槽和所述第三凹槽均为透明凹槽。
举例来说，光源发射的光从第一凹槽穿过后依次穿透人体的皮肤和脂肪层到达肌肉层，记录到肌肉附近氧的消耗和供应的信息，少部分光通过第二凹槽和第三凹槽传播到第一光探测器和第二光探测器，经过第一光探测器和第二光探测器对这少部分光进行光电转换，以及经过信号调制模块后进入主控芯片，从而获取血氧饱和度、心率等肌氧数值，可见，本发明的穿戴设备的结构简单且易于操作。
可选的，第一光探测器和第二光探测器均为多个时，所有第一光探测器可在所述第一圆周上均匀分布，所有第二光探测器在第二圆周上均匀分布。
可选的，在本发明的一些实施例中，所述肌电信号检测模块包括至少一个肌电传感器，每个所述表面肌电传感器包括一对用于获取用户肌肉表面上的肌电信号的肌电电极。
通过肌电电极采集用户肌肉表面上的肌电信号，方便易行，也不会造成损伤，且容易被用户接受。此外，由于所述肌电信号检测模块包括多对肌电传感器，所以，通过这些肌电传感器就可以采集整个肌肉的肌电信号，进而从而形成整个肌肉的肌电图，进一步提高检测效率和检测效果。
在其他实施例中，所述肌电信号检测模块还可以采用针电极或者表面阵列电极，具体电极的类型和数量可以根据实际使用场景自由选择，本发明实施例不作限定。
可选的，在本发明的一些实施例中，所述光源为可调LED光源，所述可调LED光源的波长范围为300-1100nm。由于光源采用可调LED光源，通过所述控制按键可以在测量过程中对所述可调LED光源的波长进行调节，满足用户各种使用需求，进一步扩宽穿戴设备的使用场合。
可选的，在本发明的一些实施例中，所述光源、所述第一光探测器和所述第二光探测器通过FPC排线连接所述电路板。
可选的，本发明实施例中的柔性显示屏可以直观的显示肌肉的疲劳度数值，包括内源性和外源性疲劳度。
肌电信号检测模块采集的数据可展示于显示屏，也可以存储在内置存储卡，也可以通过通讯模块传输至终端，例如通信模块可以是无线wifi或者蓝牙或者ANT，或者有线连接的方式。
可选的，在本发明的一些实施例中，本发明实施例中的穿戴设备还可具备疲劳实时预警和恢复提示功能，运动肌肉达到指定的中度疲劳，可以通过振动和蜂鸣方式报警提醒应该停止运动或进行短暂休息，当疲劳度下降到安全值，提醒可以继续运动，当肌肉达到指定的重度疲劳，可以通过振动和蜂鸣方式报警终止运动。
可选的，在本发明的一些实施例中，整个测量过程可以分为光和电两部分，光是负责肌氧的检测，电是负责肌肉电活动的检测，两者的开始和结束都是自动同步完成。
需要说明的是，本发明中所出现的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种穿戴设备，其特征在于，所述穿戴设备包括本体，所述本体包括上壳、下壳和肌电信号检测模块，所述上壳的外壁设有柔性显示屏和至少一个控制按键；所述上壳的容置区域内设有肌氧信号检测模块、电路板和储能模块；
其中，所述储能模块与所述电路板电连接，所述电路板包括信号调制模块和主控芯片，所述肌氧信号检测模块和所述肌电信号检测模块均与所述信号调制模块的输入端电连接，所述信号调制模块的输出端与所述主控芯片的输入端电连接，所述主控芯片的输出端与所述柔性显示屏电连接。
2.根据权利要求1所述的穿戴设备，其特征在于，所述下壳的外壁设有橡胶层。
3.根据权利要求1或2所述的穿戴设备，其特征在于，所述主控芯片的输入端包括第一输入端和第二输入端，所述信号调制模块包括数据采集电路、信号调制电路、滤波检波电路和信号放大电路；
其中，所述肌氧信号检测模块的输出端、所述数据采集电路、所述信号调制电路、所述滤波检波电路、所述信号放大电路与所述第一输入端依次电连接；
所述肌电信号检测模块的输出端、所述数据采集电路、所述信号调制电路、所述滤波检波电路、所述信号放大电路与所述第二输入端依次电连接。
4.根据权利要求3所述的穿戴设备，其特征在于，所述肌氧信号检测模块包括光源、内层光探测组和外层光探测组，所述内层光探测组包括至少一个第一光探测器，所述外层光探测组包括至少一个第二光探测器，所述至少一个第一光探测器分布在以所述光源为圆心的第一圆周上，所述至少一个第二光探测器分布在所述以光源为圆心的第二圆周上。
5.根据权利要求4所述的穿戴设备，其特征在于，所述第一圆周与所述光源的间距小于所述第二圆周与所述光源的间距。
6.根据权利要求5所述的穿戴设备，其特征在于，所述上壳的容置区域内还设有固定板，所述光源、所述至少一个第一光探测器和所述至少一个第二光探测器均安装在所述固定板上；所述下壳的内壁设有用于容纳所述光源的第一凹槽、用于容纳所述第一光探测器的第二凹槽以及用于容纳所述第二光探测器的第三凹槽。
7.根据权利要求6所述的穿戴设备，其特征在于，所述肌电信号检测模块包括至少一个肌电传感器，每个所述表面肌电传感器包括一对用于获取用户肌肉表面上的肌电信号的肌电电极。
8.根据权利要求7所述的穿戴设备，其特征在于，所述第一圆周与所述光源的间距为0.1-2.0cm，所述第二圆周与所述光源的间距为0.8-5.0cm。
9.根据权利要求7所述的穿戴设备，其特征在于，所述光源为可调LED光源，所述可调LED光源的波长范围为300-1100nm。
10.根据权利要求7所述的穿戴设备，其特征在于，所述光源、所述第一光探测器和所述第二光探测器通过FPC排线连接所述电路板。
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