CN208524863U - 利用骨传导麦克风检测心率的可穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用骨传导麦克风检测心率的可穿戴设备，包括腕带、安装在腕带内侧的骨传导麦克风以及信号处理电路；所述骨传导麦克风在可穿戴设备工作于心率检测模式时采集人体的脉搏信号，工作在语音拾取状态时采集语音和脉搏的混合信号；所述信号处理电路接收骨传导麦克风采集到的模拟量信号，当所述模拟量信号为脉搏信号时，将所述脉搏信号处理成脉搏数据写入存储器，并生成心率数据；当所述模拟量信号为语音和脉搏的混合信号时，利用所述脉搏数据生成反向脉搏信号并与所述混合信号叠加，以提取出语音信号。本实用新型只需在可穿戴设备中配置一个器件即可采集两种信号，实现心率检测和语音拾取两项功能，从而有利于缩小设备的整体尺寸。

Description

利用骨传导麦克风检测心率的可穿戴设备

技术领域

本实用新型属于穿戴类电子产品技术领域，具体地说，是涉及一种具有心率检测功能的可穿戴设备。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，人们对其生活质量和身体的健康状况也越来越关注，随时或定期地检测身体机能已经逐渐成为许多人生活中的重要组成分。

为了满足人们的使用需求，目前在许多可穿戴设备上实现了心率检测功能。现有的心率检测装置多采用光电式检测技术，即，使用红光或者绿光照射人体的皮肤，红光或绿光穿透人体的皮肤照射皮肤下的血液。由于血液对特定波长的光线具有吸收作用，因此可以利用心率传感器采集通过血液反射或透射回来的光线，进而计算出心率数据，实现心率检测功能。

采用光电式心率检测技术的缺陷主要体现在：需要在心率检测装置的壳体结构上单独开设一处透明窗，以使红光或者绿光能够透过装置壳体照射佩戴者的皮肤，并且心率传感器需要紧贴佩戴者的皮肤，由此会导致佩戴者的舒适性较差。此外，在壳体结构上单独开设透明窗的结构设计，对于那些具有通话或者语音拾取功能的可穿戴设备（例如智能手表、智能手环等）而言，由于该类设备还需要在壳体结构上开设收音孔，因此，为实现心率检测和语音拾取两项功能，会增加可穿戴设备结构设计的复杂度，易破坏产品整体的美观性。并且，心率检测所需的心率传感器和语音拾取所需的麦克风是两个完全不同的器件，将两个器件共同布设在可穿戴设备中，势必会造成设备尺寸的增加，这与现如今可穿戴设备的小型化和轻便化的设计要求完全不符。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种利用骨传导麦克风检测心率的可穿戴设备，可以利用骨传导麦克风采集脉搏和语音两种信号，实现心率检测和语音拾取双重功能，进而简化了可穿戴设备的结构设计。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种利用骨传导麦克风检测心率的可穿戴设备，包括用于佩戴在人体的手腕上的腕带、安装在所述腕带的内侧的骨传导麦克风以及信号处理电路，在所述腕带佩戴在人体的手腕上时，所述腕带的内侧与手腕的皮肤相贴合；其中，所述骨传导麦克风在可穿戴设备工作于心率检测模式时采集人体的脉搏信号，在可穿戴设备工作于语音拾取状态时采集语音和脉搏的混合信号；所述信号处理电路接收所述骨传导麦克风采集到的模拟量信号，当所述模拟量信号为所述脉搏信号时，所述信号处理电路将所述脉搏信号处理成脉搏数据写入存储器，并根据所述脉搏数据生成心率数据；当所述模拟量信号为所述语音和脉搏的混合信号时，所述信号处理电路利用所述脉搏数据生成反向脉搏信号并与所述语音和脉搏的混合信号叠加，进而从所述混合信号中提取出语音信号。

为了获得更加准确的心率数据以及更加纯净的语音信号，本实用新型在所述可穿戴设备中还设置有放大电路和滤波电路，通过所述骨传导麦克风采集到的模拟量信号经由所述放大电路和滤波电路进行放大和滤波处理后，传输至所述信号处理电路，以提高输入到信号处理电路的模拟量信号的质量。

进一步的，在所述可穿戴设备中还设置有显示屏，所述显示屏接收所述信号处理电路生成的心率数据，并进行显示。

进一步的，在所述可穿戴设备中还设置有模数转换器和无线传输模块，所述模数转换器接收所述语音信号，并转换成语音数据，传输至所述无线传输模块，以实现通话功能。

优选的，在所述可穿戴设备中优选设置信号叠加器，其连接所述信号处理电路，对所述反向脉搏信号和所述语音和脉搏的混合信号进行叠加处理，进而从所述混合信号中提取出语音信号。

优选的，在所述腕带上设置有腕带扣和扣孔，所述腕带扣安装在腕带的外侧；为了获得准确的心率数据，优选将所述骨传导麦克风在所述腕带的内侧的安装位置设计在与所述腕带扣内外相对的位置，使骨传导麦克风在所述腕带佩戴在人体手腕上时，刚好能够位于手腕内侧接近桡骨末端的位置，该位置可以采集到更加准确的脉搏跳动。

进一步的，在所述骨传导麦克风中设置有用于传递振动的乳凸，为了提高可穿戴设备佩戴的舒适性，本实用新型在所述乳凸的外侧设置有硬塑胶片，在所述硬塑胶片的外侧设置有软胶套，所述软胶套通过连接软胶与所述腕带的内侧接合在一起，对所述骨传导麦克风进行密封。

进一步的，在所述可穿戴设备中还设置有主板，所述信号处理电路布设在所述主板上，所述骨传导麦克风优选通过柔性电路板连接所述主板，传递所述模拟量信号。

为了提高可穿戴设备的整体美观度，优选将所述柔性电路板埋设在所述腕带中。

优选的，所述可穿戴设备优选为具有通话功能或者语音拾取功能的智能手表或者智能手环。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型通过在可穿戴设备中设置骨传导麦克风，利用骨传导麦克风采集佩戴者的脉搏信号和语音信号，由此只需在可穿戴设备中配置一个器件即可采集两种信号，实现心率检测和语音拾取两项功能，不仅可以减小设备内的空间占用，有利于缩小设备的整体尺寸，符合可穿戴设备的小型化和轻便化的设计要求，而且骨传导麦克风无需与佩戴者的皮肤相贴合，由此可以提高佩戴的舒适性，改善用户的使用体验。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型所提出的可穿戴设备的一种实施例的整体结构示意图；

图2是图1所示的可穿戴设备的纵向剖视图；

图3是图2中的骨传导麦克风部分的局部放大图；

图4是本实用新型所提出的可穿戴设备的一种实施例的电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

由于心率是心脏收缩舒张活动次数的统计，而脉搏是外周的血管受到心脏收缩活动时血液对血管的冲击次数的统计，有一次心脏收缩就会产生一次脉搏，一般来说二者是一致的。据此特性，本实施例采用通过测量人体腕部脉搏处的跳动来完成对人体心率的检测。即，通过统计脉搏的跳动次数来反映人体的心率数据。

为了采集人体腕部的脉搏跳动，本实施例将可穿戴设备设计成腕带产品，例如，设计成智能手表或者智能手环等，在保留智能手表和智能手环的原有功能外，扩展其心率检测功能。目前的许多智能手表和智能手环，往往具备通话功能和/或语音识别功能，这就需要在智能手表和智能手环中配置麦克风，以拾取佩戴者的语音信号。考虑到可穿戴设备对其整体尺寸的要求极为严苛，为减小可穿戴设备的空间占用，本实施例采用骨传导麦克风对佩戴者的语音信号进行拾取，并兼用于采集佩戴者腕部的脉搏信号。由此，只需在可穿戴设备中设置一个器件即可完成语音和脉搏两种信号的采集功能，继而便于可穿戴设备的小型化和轻薄化设计。

本实施例以智能手表为例，对所述可穿戴设备的具体结构设计进行详细阐述。

结合图1、图4所示，本实施例的智能手表包括腕带300，用于将手表佩戴在人体的手腕上。所述腕带300可以是一根，也可是两根，包括内侧301和外侧302。在将智能手表佩戴在人体的手腕上时，腕带的内侧301与手腕的皮肤相贴合，外侧302朝外。将骨传导麦克风200安装在腕带的内侧301，在将智能手表佩戴在人体的手腕上时，使骨传导麦克风200正对人体的皮肤，且位于手腕的内侧（与手掌心相同的一侧）邻近桡骨末端的位置，即，靠近桡骨的背结节区域，以使骨传导麦克风200能够有效地感知腕部脉搏的跳动，生成准确的脉搏信号。

为了使骨传导麦克风200在智能手表佩戴在人体手腕上后，能够准确地位于手腕内侧邻近桡骨的背结节区域，对于仅配置有一根腕带的智能手表而言，可以将所述骨传导麦克风200安装在腕带上与手表表盘100彼此相对的位置；而对于配置有两根腕带300的智能手表而言，可以将所述骨传导麦克风200安装在腕带扣304的位置，结合图2所示。即，对于配置有两根腕带300的智能手表，在其中一根腕带300上开设有一个或多个扣孔303，在另一根腕带300上安装有腕带扣304，所述腕带扣304通常安装在腕带300的外侧，通过将腕带扣304插入到扣孔303中，以将两根腕带300连接在一起。对于这种智能手表，优选将骨传导麦克风200与腕带扣304安装在同一根腕带300上，且安装位置相同，骨传导麦克风200位于腕带300的内侧，腕带扣304位于腕带300的外侧，两者内外相对，如图2所示的位置关系。这样，当佩戴者将智能手表佩戴在手腕上时，表盘100位于手腕的背部，骨传导麦克风200位于手腕的内侧，且刚好靠近手腕桡骨的背结节区域。由此，佩戴者只需正常佩戴智能手表，即可满足心率检测的要求，方便用户使用。

如图3所示，本实施例的骨传导麦克风200主要包括壳体209、乳凸204、振动弹片205、支撑片206、感应线圈207和磁铁208等组成部分。其中，壳体209为骨传导麦克风200的结构固定部件，固定并支撑其内部的其余部件。所述支撑片206固定在壳体209上，用于支撑乳凸204和振动弹片205。所述乳凸204和振动弹片205位于支撑片206的同一侧，振动弹片205可以直接固装在所述支撑片206上，乳凸204凸出于支撑片206，并与位于支撑片206另一侧的感应线圈207连接在一起，使感应线圈207能够跟随乳凸204同步振动。所述磁铁208安装在壳体209中，优选设置两个，并分置于感应线圈207外周的相对两侧。在将智能手表佩戴在人体手腕上时，脉搏的跳动会引起乳凸204机械振动。乳凸204将振动传递给感应线圈207，使感应线圈207随之一起振动，进而切割磁铁208产生的磁力线，使感应线圈207中产生感应电流，从而将机械能转化成电能。由于乳凸204带动感应线圈207做周期性振动，因此通过感应线圈207产生的感应电流为周期性变化的模拟量信号，根据所述模拟量信号即可计算出脉搏跳动的次数。

在将骨传导麦克风200安装到腕带的内侧301后，为了提高智能手表佩戴的舒适性，优选在乳凸204的顶面安装一层硬塑胶片202，再在硬塑胶片202的顶面覆盖一层软胶套201，软胶套201通过连接软胶203与腕带的内侧301接合在一起，继而将骨传导麦克风200封装在腕带300上。在将智能手表佩戴在人体手腕上时，腕部皮肤与软胶套201贴合，由于软胶套201质地柔软，亲肤性强，因此可以减小佩戴的不适感。硬塑胶片202利于支撑软胶套201，并能很好地起到传递振动的作用。

将骨传导麦克风200通过柔性电路板（FPC）105连接至智能手表的主板103，所述主板103内置于智能手表的表盘100中，主板103上布设有信号处理电路、存储器等电子部件，如图4所示，用于对骨传导麦克风200输出的模拟量信号进行处理，以生成心率数据和语音信号。

具体来讲，当智能手表工作在心率检测模式时，通过骨传导麦克风200采集到的振动信号是由人体腕部的脉搏跳动产生的，因而，此时通过骨传导麦克风200输出的模拟量信号为脉搏信号。骨传导麦克风200将所述脉搏信号通过柔性电路板105传输至信号处理电路，通过信号处理电路处理成脉搏数据（例如进行模数转换等处理），并写入存储器进行保存。由于脉搏数据与心率数据基本一致，因此可以直接根据所述脉搏数据得到心率数据，并传输至智能手表上的显示屏101，以向用户显示其心率值。

当智能手表工作在通话模式或者语音识别模式时，需要通过骨传导麦克风200采集佩戴者的语音。此时，用户可以将其佩戴有智能手表的一只手的手指或者骨节明显的部位抵在喉部的振动骨块上，讲话时振动骨块的振动通过人手的骨骼传导至骨传导麦克风200，引起骨传导麦克风200中的乳凸204振动，实现对语音信号的采集。由于在语音拾取过程中，引起骨传导麦克风200中的乳凸204振动的因素一部分来自喉部振动骨块的振动，另一部分来自腕部脉搏的跳动，因此，通过骨传导麦克风200输出的模拟量信号为包括语音和脉搏的混合信号。骨传导麦克风200将所述语音和脉搏的混合信号通过柔性电路板105传输至信号处理电路，所述信号处理电路从存储器中读取出保存的脉搏数据，并将所述脉搏数据还原成脉搏信号（例如进行数模转换处理），然后将所述脉搏信号的相位反向，形成反向脉搏信号，与所述语音和脉搏的混合信号进行叠加，从而将混合信号中的脉搏信号抵消，提取出其中的语音信号，实现语音拾取功能。

为了使获得的脉搏数据和语音信号更加准确，本实施例优选在主板103上布设放大电路和滤波电路，如图4所述，将通过骨传导麦克风200输出的模拟量信号依次通过放大电路和滤波电路进行信号放大和滤波处理后，再传输至所述的信号处理电路，以使信号处理电路接收到的模拟量信号更加稳定。

此外，在所述主板103上还可以进一步布设信号叠加器、模数转换器ADC和无线传输模块，如图4所示。将信号叠加器连接至信号处理电路，接收信号处理电路输出的语音和脉搏的混合信号以及反向脉搏信号，并对两个信号进行叠加处理后，输出纯净的语音信号，发送至模数转换器ADC将模拟量的语音信号转换成数字量的语音数据，一方面可以反馈至信号处理电路，以用于语音识别或者存储，另一方面可以发送至无线传输模块，通过无线传输模块调制成射频信号，发送至与之通话的对方手机或者可穿戴设备，对方的语音可以通过无线传输模块接收并解调后，经由信号处理电路发送至智能手表的表盘100上布设的喇叭104，以驱动喇叭104发声，继而实现通话功能。

出于整体美观性考虑，优选将连接在主板103与骨传导麦克风200之间的柔性电路板105内置于智能手表的腕带300中，以便于佩戴。

如图2所示，在本实施例的智能手表中，其表盘100内还设置有用于为智能手表中的各个用电部件供电的电池102以及为所述电池103充电的无线充电模组106。所述信号处理电路可以采用单片机MCU、数字信号处理器DSP等具有数据处理能力的集成芯片配合简单的外围电路设计而成。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用骨传导麦克风检测心率的可穿戴设备，其特征在于，包括：

腕带，其用于佩戴在人体的手腕上；

骨传导麦克风，其安装在所述腕带的内侧，在所述腕带佩戴在人体的手腕上时，所述腕带的内侧与手腕的皮肤相贴合；所述骨传导麦克风在可穿戴设备工作于心率检测模式时采集人体的脉搏信号，在可穿戴设备工作于语音拾取状态时采集语音和脉搏的混合信号；

信号处理电路，其接收所述骨传导麦克风采集到的模拟量信号，当所述模拟量信号为所述脉搏信号时，所述信号处理电路将所述脉搏信号处理成脉搏数据写入存储器，并根据所述脉搏数据生成心率数据；当所述模拟量信号为所述语音和脉搏的混合信号时，所述信号处理电路利用所述脉搏数据生成反向脉搏信号并与所述语音和脉搏的混合信号叠加，从所述混合信号中提取出语音信号。

2.根据权利要求1所述的利用骨传导麦克风检测心率的可穿戴设备，其特征在于，还包括放大电路和滤波电路，通过所述骨传导麦克风采集到的模拟量信号经由所述放大电路和滤波电路进行放大和滤波处理后，传输至所述信号处理电路。

3.根据权利要求1所述的利用骨传导麦克风检测心率的可穿戴设备，其特征在于，还包括显示屏，其接收所述信号处理电路生成的心率数据，并进行显示。

4.根据权利要求1所述的利用骨传导麦克风检测心率的可穿戴设备，其特征在于，还包括模数转换器和无线传输模块，所述模数转换器接收所述语音信号，并转换成语音数据，传输至所述无线传输模块。

5.根据权利要求1所述的利用骨传导麦克风检测心率的可穿戴设备，其特征在于，还包括信号叠加器，其连接所述信号处理电路，对所述反向脉搏信号和所述语音和脉搏的混合信号进行叠加处理，生成所述的语音信号。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的利用骨传导麦克风检测心率的可穿戴设备，其特征在于，在所述腕带上设置有腕带扣和扣孔，所述腕带扣安装在腕带的外侧，所述骨传导麦克风在所述腕带的内侧的安装位置与所述腕带扣内外相对。

7.根据权利要求6所述的利用骨传导麦克风检测心率的可穿戴设备，其特征在于，在所述骨传导麦克风中设置有用于传递振动的乳凸，在所述乳凸的外侧设置有硬塑胶片，在所述硬塑胶片的外侧设置有软胶套，所述软胶套通过连接软胶与所述腕带的内侧接合在一起，对所述骨传导麦克风进行密封。

8.根据权利要求6所述的利用骨传导麦克风检测心率的可穿戴设备，其特征在于，还包括主板，所述信号处理电路布设在所述主板上，所述骨传导麦克风通过柔性电路板连接所述主板，传递所述模拟量信号。

9.根据权利要求8所述的利用骨传导麦克风检测心率的可穿戴设备，其特征在于，所述柔性电路板埋设在所述腕带中。

10.根据权利要求7所述的利用骨传导麦克风检测心率的可穿戴设备，其特征在于，所述可穿戴设备为具有通话功能或者语音拾取功能的智能手表或者智能手环。