CN205961376U - 耳机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种耳机。使用采用集成电极式心率检测单元的耳机，解决了相关技术中可穿戴设备的心率检测精度低的问题，提高了可穿戴设备的心率检测精度。

Description

耳机

技术领域

本实用新型涉及医疗检测设备领域，具体而言，涉及一种具有心率检测功能的耳机。

背景技术

从检测位置来区分，心率监测技术分为：手环心率测试技术和耳部心率测试技术。

如图1所示，相关技术的心率检测系统主要有四个部分组成：(1)低功耗蓝牙无线(BLE Radio)&调制解调器(Modem)；(2)微控制单元(MCU)控制器；(3)传感器(Sensor)；(4)外部存储设备(例如电可擦可编程只读存储器(EEPRM))。

从实现技术来区分，心率测试技术分为：光电式和电极式。

因为电极式需要测量不同两点间的电位，所以可穿戴式的心率测量智能设备一般不采用这个方法。常见的都是采用光电式。但是光电式测量心率的精度远不如电极式。这是因为光信号会被外界因素所干扰，特别是运动的时候，整个监测环境会因为剧烈运动造成封闭性不强，从而导致测量偏差。包括肤色也会有影响。而电极式法，监测精度比较高。且电极式监测方法功耗较小，一般所测的电压范围在0.1mv～1.5mv，电流值也非常小。这个功率消耗比光电式的要小很多。

在研究过程中发现，现有可穿戴光电式测心率设备存在下列的缺陷：

(1)手环测试心率时，测试的位置并不是出于全封闭的密闭空间，容易造成外界光的干扰。

(2)佩戴手环测试时需要绑得很紧才能与手腕部有较好的接触，从而导致戴手环时的不舒适感。

(3)客户端/服务器(C/S)架构容易因连接不稳定导致数据传输中断，无法可靠采集数据。

(4)手指测心率需要一直用手指贴着传感器，无法随时随地轻松地进行心率监测。

(5)耳部测试传感器，与手环测试一样，容易受到外界光的影响，降低准确度。

实用新型内容

本实用新型提供了一种耳机，以至少解决相关技术中可穿戴设备的心率检测精度低的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种耳机，包括：左电极、右电极和电极式心率检测单元，其中，所述左电极与所述电极式心率检测单元电连接，设置在耳机的左扬声器罩的表面；所述右电极与所述电极式心率检测单元电连接，设置在耳机的右扬声器罩的表面。

可选地，所述左电极包括至少两个电极：左一电极和左二电极；所述右电极至少包括两个电极：右一电极和右二电极，其中，所述左一电极与所述右一电极串联在一测量被测物体之间电位差的直流电路中，所述左二电极与所述右二电极串联在一测量通过所述被测物体的电流值的直流电路中。

可选地，所述左一电极和所述左二电极相对设置在所述左扬声器罩的表面的中心区域的两侧，所述右一电极和所述右二电极相对设置在所述右扬声器罩的表面的中心区域的两侧。

可选地，所述左一电极、所述左二电极、所述右一电极和所述右二电极的形状相同。

可选地，所述左一电极、所述左二电极、所述右一电极和所述右二电极的形状为以下之一：圆片形、矩形、扇形。

可选地，所述耳机还包括存储器、歌曲匹配器和音乐控制器，其中，所述存储器存储有心率值与歌曲的映射关系；所述歌曲匹配器分别与所述电极式心率检测单元、所述存储器、所述音乐控制器电连接。

可选地，所述左电极和所述右电极由导电橡胶或者金属制成。

可选地，所述耳机包括以下之一：骨传导式耳机、耳塞式耳机、后挂式耳机、头戴式耳机、入耳式耳机、后绕式耳机、耳挂式耳机。

通过本实用新型，采用集成电极式心率检测单元的耳机，解决了相关技术中可穿戴设备的心率检测精度低的问题，提高了可穿戴设备的心率检测精度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的心率检测系统的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的耳机的结构示意图；

图3是根据本实用新型实施例的一个扬声器罩的表面的结构示意图；

图4是根据本实用新型实施例的耳机的优选结构示意图；

图5是根据本实用新型实施例的两种佩戴方式的示意图；

图6是根据本实用新型实施例的心电图的示意图；

图7是根据本实用新型实施例的阻抗法测量心率值的示意图；

图8是根据本实用新型实施例的测量到的心电图的示意图；

图9是根据本实用新型实施例的实现电路的示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

在本实施例中提供了一种耳机，图2是根据本实用新型实施例的耳机的结构框图，如图2所示，该耳机包括：左电极21、右电极22和电极式心率检测单元23，其中，左电极21与电极式心率检测单元23电连接，设置在耳机的左扬声器罩的表面；右电极22与电极式心率检测单元23电连接，设置在耳机的右扬声器罩的表面。

在本实施例中，耳机的头梁为中空结构，连接左电极21、右电极22、电极式心率检测单元23的导线从头梁的中空结构中走线；电极式心率检测单元可以设置在左扬声器罩内或者设置在右扬声器罩内，也可以设置在头梁内。

本实施例的耳机采用直流电源供电，较优地，该直流电源为可充电电源，通过充电接口与外置适配器连接充电。

虽然两个电极都能够较为准确地测得被测物体的生物阻抗，为了能够更精确地测得被测物体的生物阻抗，本实施例中进一步采用了四电极测电阻的方式。可选地，左电极21包括至少两个电极：左一电极211和左二电极212；右电极22至少包括两个电极：右一电极221和右二电极222，其中，左一电极211与右一电极221串联在一测量被测物体之间电位差的直流电路中，左二电极212与右二电极222串联在一测量通过被测物体的电流值的直流电路中。同时测出被测物体(左电极21和右电极22的两个触点)之间的电位差，以及通过左电极21和右电极22的电流(即通过被测物体的电流)，即可精确测量出被测物体生物阻抗的变化，进而测得被测物体的心率。左一电极211和左二电极212，右一电极221和右二电极222的触点分别接近，因此，可以近似将左一电极211和左二电极212的触点视为一个触点，将右一电极221和右二电极222的触点视为一个触点，对测量结果影响可以忽略不计。

图3是根据本实用新型实施例的一个扬声器罩的表面的结构示意图，可选地，左一电极211和左二电极212相对设置在左扬声器罩的表面的中心区域的两侧，右一电极221和右二电极222相对设置在右扬声器罩的表面的中心区域的两侧。

可选地，左一电极211、左二电极212、右一电极221和右二电极222的形状可以相同，也可以不相同。

可选地，左一电极211、左二电极212、右一电极221和右二电极222的形状可以是以下之一：圆片形、矩形、扇形，或者其他的形状。较优地，左一电极211、左二电极212、右一电极221和右二电极222均采用相对设置的长条形状(例如矩形或者扇形)。在将耳机佩戴在头上时，扬声器罩与耳廓接触，但是其接触的触点位置可能因为佩戴耳机的方式而有所不同；而长条形状的电极从扬声器罩中心附近向扬声器罩周围发散设置，使得电极接触耳廓的机会大大增加。进一步的，还可以增大触点横截面的面积来保证电极与耳廓的充分接触。

图4是根据本实用新型实施例的耳机的优选结构示意图，如图4所示，可选地，耳机还包括存储器24、歌曲匹配器25和音乐控制器26，其中，存储器24存储有心率值与歌曲的映射关系；歌曲匹配器25分别与电极式心率检测单元23、存储器24、音乐控制器26电连接。歌曲匹配器25接收电极式心率检测单元23检测到的心率值，并将心率值与从存储器24中获取的心率值与歌曲的映射关系进行匹配，得到匹配的歌曲曲目，再将匹配到的歌曲曲目发送给音乐控制器26，从而实现根据心率值的歌曲智能切换功能。

可选地，左电极21和右电极22由导电橡胶或者金属制成。

本实用新型实施例的耳机不限于有线式或者无线式耳机，具体而言，也不限制耳机的佩戴形式，例如可以是：耳塞式耳机、后挂式耳机、头戴式耳机、入耳式耳机、后绕式耳机、耳挂式耳机等。可选地，耳机较优地为骨传导式耳机，骨传导式耳机的优势在于可以不必佩戴在耳廓上，例如可以以图5的两种方式之一佩戴在耳部附近。图5所示的佩戴位置更适于电极与人体的充分接触。

为了使本实用新型实施例的描述更加清楚，下面结合优选实施例进行描述和说明。

本实用新型优选实施例提供了一种头戴式的电极测心率装置，该装置通过在耳机中放置左右两个监测电极，位于耳部外围处，通过感知耳部体表皮肤不同两点的生物电信号变化曲线，测出精确的心率数据。

电极式心率传感器的检测原理之一，是因为心脏活动时会产生生物电信号，心脏激动(收缩与恢复)的这个过程，会引起体表任意两点间的变化着的电位差曲线。通过感知这个电位差曲线(即心电图)，我们就能得到心率值。同时这个原理，也可以测得人体的生物阻抗。此原理要求在人体体表放置两个或以上检测用电极。本实用新型中采用在耳机放置两个电极来检测，如图5所示。检测到的如图6所示的心电图一般由六个波峰或波谷组成(一个周期内)，分别为P、Q、R、S、T和U波。其中R峰代表了心房收缩的结束、心室收缩的开始。取一个固定时间内(15s，30s或者60s)每两个连续R峰的平均时间间隔的倒数，就可以得到平均心率值。

在本实用新型实施例中，还可以通过测阻抗的方法来得到心率值。心脏的收缩和舒张运动会导致生物阻抗信号峰的形成。在这种技术中，电流通过身体。它会导致电压的变化，由于阻抗变化引起的血生物阻抗和血液的变化体积。生物阻抗信号将代表这些电压变化。因此，生物阻抗信号表示动脉负责心脏跳动的容积变化，从而得到心率值以及其他身体参数。其测量示意图如图7所示。

本实施例中采用的生物阻抗测量法需要用到四个电极以减少接触阻抗。即每个耳机含有四个监测电极，左边两个、右边两个。分布在耳机两侧对应位置。四电极测电阻是一种测量生物阻抗的基本方式。给外部两个电极通一个直流电，测出里面两个电极的电压，就可以得到被测物体的生物阻抗。四电极测电阻，多了两个电阻来单独测量电压，使测量结果更为准确。

图8是测得的心电图的示意图，如图8所示，ECG为测得的心电图。下面的电导率(conductivity)为电导率变化示意图。而电导率和阻抗是互为倒数的关系，这样也就可以得到生物阻抗的变化情况，从而反映心率情况。

电极的具体位置如图5所示。该位置能与耳部外围很好地接触，压力合适，测试精确。

在本实施例中还提供了一种头戴式的电极测心率装置的具体实现。如图9所示，INSAMP抑制共模信号并欲放大信号以降低噪音影响。同时还需要一个反相信号来降噪。此电路包含一个缓冲放大器和一个反相放大器，旨在消除噪音干扰。在这个电路的输出端有一个电压电平移位用来自动检测耳朵和电极接触的瞬间。阈值电路的比较器可实现这个功能。经过INSAMP的信号会先后通过高通滤波器和缓冲滤波器。然后经过模数转换器，使模拟信号转化为数字信号。数字化信号输入软件部分，经过一系列运算，可以计算出心率值。心率值通过耳机的显示器来显示，并可以根据此数据推荐适合当前状态的歌曲。当然还可以获得其他相应的身体健康数据，扩展更多的功能。

使用者在使用耳机听歌时，耳外围部分可与耳机监测心率电极充分接触，实时监测心率并无失真的传送到可视化终端并记录数据。这个数据还可以用来推荐适合佩戴者当前状态的歌曲。

综上所述，本实用新型，首创的头戴式检测技术。能让使用者解放双手，在运动时轻松自由地随时进行心率监测；电极式心率监测技术受外界影响较小、准备度较高、功耗较小；一体机设计，心率的检测数据能稳定收集，防止因连接断线导致的数据损失；独创的心率推荐歌曲功能，可以创造性的根据可以根据心率推荐适合的歌曲。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种耳机，其特征在于包括：左电极、右电极和电极式心率检测单元，其中，

所述左电极与所述电极式心率检测单元电连接，设置在耳机的左扬声器罩的表面；

所述右电极与所述电极式心率检测单元电连接，设置在耳机的右扬声器罩的表面。

2.根据权利要求1所述的耳机，其特征在于，所述左电极包括至少两个电极：左一电极和左二电极；所述右电极至少包括两个电极：右一电极和右二电极，其中，

所述左一电极与所述右一电极串联在一测量被测物体之间电位差的直流电路中，所述左二电极与所述右二电极串联在一测量通过所述被测物体的电流值的直流电路中。

3.根据权利要求2所述的耳机，其特征在于，所述左一电极和所述左二电极相对设置在所述左扬声器罩的表面的中心区域的两侧，所述右一电极和所述右二电极相对设置在所述右扬声器罩的表面的中心区域的两侧。

4.根据权利要求3所述的耳机，其特征在于，所述左一电极、所述左二电极、所述右一电极和所述右二电极的形状相同。

5.根据权利要求3所述的耳机，其特征在于，所述左一电极、所述左二电极、所述右一电极和所述右二电极的形状为以下之一：

圆片形、矩形、扇形。

6.根据权利要求1所述的耳机，其特征在于，所述耳机还包括存储器、歌曲匹配器和音乐控制器，其中，

所述存储器存储有心率值与歌曲的映射关系；

所述歌曲匹配器分别与所述电极式心率检测单元、所述存储器、所述音乐控制器电连接。

7.根据权利要求1所述的耳机，其特征在于，所述左电极和所述右电极由导电橡胶或者金属制成。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的耳机，其特征在于，所述耳机包括以下之一：骨传导式耳机、耳塞式耳机、后挂式耳机、头戴式耳机、入耳式耳机、后绕式耳机、耳挂式耳机。