CN111616716B - 一种基于多波长光源联合的步频测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多波长光源联合的步频测量装置及方法，该装置包括外壳，和设置于外壳内部的存储器、两个或两个以上发光频率相同的光源、感光部件、显示模块和运动干扰信号处理电路。本发明可以采集多种光源的多路经过人体组织的反射信号，无需参考三轴加速度计或其它运动传感器，即可根据多路光信号互为参考对被测者的步频进行计算估计。

Description

一种基于多波长光源联合的步频测量装置及方法
技术领域
本发明属于光电传感器领域，尤其涉及一种基于多波长光源联合的步频测量装置及方法。
背景技术
目前市场上的绝大多数步频传感类产品，使用运动传感器或加速度计等对步频进行估计，存在下述的问题：
1）计算步频时仅使用运动传感器或加速度计信号，存在将日常的非规律运动计算为步行频率的可能；
2）市场上现阶段可穿戴类产品多数包含心率测量功能，包含有运动传感器或加速度计。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提出一种基于多波长光源联合的步频测量装置及方法。
一种基于多波长光源联合的步频测量装置，包括外壳，和设置于外壳内部的存储器、两个或两个以上发光频率相同的光源、感光部件、显示模块和运动干扰信号处理电路；所述光源与感光部件的感光面位于同一平面上，感光部件与运动干扰信号处理电路和存储器相连，显示模块与运动干扰信号处理电路相连；感光部件用于采集光源经过人体组织后的反射信号；存储器用于存储感光部件采集到的反射信号；运动干扰信号处理电路用于根据感光部件采集到的反射信号计算步频，显示模块用于显示运动干扰信号处理电路所计算的步频。
进一步的，还包括电源，电源用于为存储器、光源、感光部件、显示模块和运动干扰信号处理电路供电。
进一步的，感光部件为光电二极管。
进一步的，光电二极管后端的采样频率与光源发光频率一致。
进一步的，感光部件上覆盖有透明透光层。
进一步的，反射信号包括PPG信号。
一种基于多波长光源联合的步频测量方法，包括以下步骤：
S1：通过两个或两个以上发光频率一致的光源照射人体组织，发光时间远小于两次亮灯之间的间隔，使得各个光源在同一频率不同时隙上发光；
S2：使用感光部件在相应时隙采集各个光源经过人体组织反射后的信号；
S3：在时域或频域上完全剥离出运动干扰信号和生理信号；
S4：从运动干扰的信号中得到步频。
本发明的有益效果：可以采集多种光源的多路经过人体组织的反射信号，无需参考三轴加速度计或其它运动传感器，即可根据多路光信号互为参考对被测者的步频进行计算估计。
附图说明
图1是本发明装置实施例结构框图。
图2是本发明流程框图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1-2所示，一种基于多波长光源联合的步频测量装置，包括外壳，和设置于外壳内部的电源、存储器、发光频率相同的光源1和光源2、感光部件、显示模块和运动干扰信号处理电路；电源与存储器、光源、光电二极管、显示模块和运动干扰信号处理电路连接进行供电，光源与感光部件的感光面位于同一平面上，感光部件与运动干扰信号处理电路和存储器相连，显示模块与运动干扰信号处理电路相连；感光部件用于采集光源经过人体组织后的PPG信号；存储器用于存储感光部件采集到的反射信号；运动干扰信号处理电路用于根据感光部件采集到的反射信号计算步频，显示模块用于显示运动干扰信号处理电路所计算的步频。
运动干扰信号处理电路通过通带频率为0.5Hz～4Hz的带通滤波器对采集到的信号A、B进行滤波，并通过CPU求解信号A、B在一段时间长度上的相关系数，再对信号A、B进行归一化处理，归一化处理后的A、B信号相互扣减后通过过零检测处理得到步频。
光电二极管后端的采样频率与光源发光频率一致，光电二极管上覆盖有透明透光层。
一种基于多波长光源联合的步频测量方法，包括以下步骤：
S1：通过两个发光频率一致的光源照射人体组织，发光时间远小于两次亮灯之间的间隔，使得两个光源在同一频率不同时隙上发光；其中光源1为绿光，光源2为红光；
S2：使用感光部件在相应时隙采集两个光源经过人体组织反射后的PPG（光电容积描计信号）信号，令其分别为信号A和信号B；所采集到的信号，可以直接发送给存储器进行存储，以备计算存储，也可以直接传送给生理信号处理电路，用于计算步频；
S3：信号A、B经过一带通滤波器，进行滤波，滤波器通带频率为0.5Hz～4Hz，包含人的运动频率和心率频率；求解信号A、B在一段时间长度上的相关系数，令其为a；信号A和B分别进行归一化，归一化的依据是信号A和B在一段时间长度上的最大值和最小值，归一化方法为 A/(max(A)–min(A))，其中max和min分别表示对于一段信号A取其最大值和最小值的操作，归一化后的信号记为A1和B1；使用式子 A1 –a*B1 = C，得到相互消除后的扣减信号C，使用A1-C=D，得到被扣减部分的信号D；
S4：在信号D中，步频功率占据主要成分，通过过零检测的方法，即可得到步频。
本发明可以采集多种光源的多路经过人体组织的反射信号，无需参考三轴加速度计或其它运动传感器，即可根据多路光信号互为参考对被测者的步频进行计算估计。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于多波长光源联合的步频测量装置，其特征在于，包括外壳，和设置于外壳内部的存储器、两个或两个以上发光频率相同的光源、感光部件、显示模块和运动干扰信号处理电路；所述光源与感光部件的感光面位于同一平面上，感光部件与运动干扰信号处理电路和存储器相连，显示模块与运动干扰信号处理电路相连；感光部件用于采集光源经过人体组织后的反射信号；存储器用于存储感光部件采集到的反射信号；运动干扰信号处理电路用于根据感光部件采集到的反射信号计算步频，显示模块用于显示运动干扰信号处理电路所计算的步频；干扰信号处理电路通过通带频率为0.5Hz～4Hz的带通滤波器对采集到的信号A、B进行滤波，并通过CPU求解信号A、B在一段时间长度上的相关系数，再对信号A、B进行归一化处理，归一化处理后的A、B信号相互扣减后通过过零检测处理得到步频；所述感光部件为光电二极管，所述光电二极管后端的采样频率与光源发光频率一致。
2.根据权利要求1所述的一种基于多波长光源联合的步频测量装置，其特征在于，还包括电源，电源用于为存储器、光源、感光部件、显示模块和运动干扰信号处理电路供电。
3.根据权利要求1所述的一种基于多波长光源联合的步频测量装置，其特征在于，所述感光部件上覆盖有透明透光层。
4.根据权利要求1所述的一种基于多波长光源联合的步频测量装置，其特征在于，所述反射信号包括PPG信号。
5.一种基于多波长光源联合的步频测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过两个或两个以上发光频率一致的光源照射人体组织，发光时间远小于两次亮灯之间的间隔，使得各个光源在同一频率不同时隙上发光；
S2：使用感光部件在相应时隙采集各个光源经过人体组织反射后的信号，令其分别为信号A和信号B，所采集到的信号，可以直接发送给存储器进行存储，以备计算存储，也可以直接传送给生理信号处理电路，用于计算步频；
S3：信号A、B经过一带通滤波器，进行滤波，在时域或频域上完全剥离出运动干扰信号和生理信号，具体包括：求解信号A、B在一段时间长度上的相关系数，令其为a；信号A和B分别进行归一化，归一化的依据是信号A和B在一段时间长度上的最大值和最小值，归一化方法为 A/(max(A)–min(A))，其中max和min分别表示对于一段信号A取其最大值和最小值的操作，归一化后的信号记为A1和B1；使用式子 A1 –a*B1 = C，得到相互消除后的扣减信号C，使用A1-C=D，得到被扣减部分的信号D；
S4：在信号D中，通过过零检测的方法从运动干扰的信号中得到步频。
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