CN216257129U - 智能穿戴手指数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能穿戴手指数据采集装置，包括主传感器单元和用于将所述主传感器单元固定在手指上的佩戴件，主传感器单元包括：壳体、光发射器、光接收器以及封装在壳体内部的光电转换器、滤波器、ADC转换模块和数据处理模块，壳体的底部具有与手指适配的凹槽，光发射器与光接收器固定在凹槽槽壁上，所述光接收器用于接收光发射器发射的且经所述手指反射的光；所述光电转换器分别与光接收器及滤波器连接，用于将光接收器接收到的光信号转换为电信号，并将电信号发送至所述滤波器进行滤波处理；ADC转换模块分别与所述滤波器及数据处理模块连接，用于对滤波处理后的电信号进行模数转换，并将模数转换后的信号发送至所述数据处理模块。

Description

智能穿戴手指数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及生理信号采集技术领域，尤其涉及一种智能穿戴手指数据采集装置。

背景技术

近年来，随着电子技术、计算机技术、数字信号处理技术和自动化的发展，人体生理信号采集从机械化转为电子化，不断向着自动化、智能化方向发展。人体生理信号多种多样，可以分为电信号和非电信号，电信号诸如心电、肌电、脑电等，非电信号如呼吸、有创血压、无创血压、血氧饱和度、体温、心输出量、脉搏等。

目前，对于上述信号的采集多采用专用的医疗设备进行采集，而专用医疗设备一般体积较大，不便移动；另外，由于上述各种信号受到人体及外部环境的多种影响，从而现有的生理信号检测设备所采集到的生理信号不稳定，难以获得可靠的测量结果，从而影响后续数据分析结果的准确性和可靠性。因此，如何提高生理信号采集装置的便携性及确保测量结果的准确性是亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种智能穿戴手指数据采集装置，以解决现有的生理信号采集设备存在的多个技术问题。

根据本实用新型的一方面，公开了一种智能穿戴手指数据采集装置，所述装置包括主传感器单元和用于将所述主传感器单元固定在手指上的佩戴件，所述主传感器单元包括：

壳体、光发射器、光接收器以及封装在所述壳体内部的光电转换器、滤波器、ADC转换模块和数据处理模块，其中，所述壳体的底部具有与手指适配的凹槽，所述光发射器与光接收器固定在所述凹槽槽壁上，所述光接收器用于接收所述光发射器发射的且经所述手指反射的光；

所述光电转换器分别与所述光接收器及滤波器连接，用于将所述光接收器接收到的光信号转换为电信号，并将所述电信号发送至所述滤波器进行滤波处理；

所述ADC转换模块分别与所述滤波器及数据处理模块连接，用于对滤波处理后的电信号进行模数转换，并将模数转换后的信号发送至所述数据处理模块。

在本实用新型的一些实施例中，所述主传感器单元还包括热敏电阻传感器、电流电压转换电路以及功率放大电路，所述热敏电阻传感器固定在所述凹槽槽壁上，所述电流电压转换电路以及功率放大电路均位于所述壳体内，所述热敏电阻传感器与所述电流电压转换电路连接，所述电流电压转换电路的输出端与所述功率放大电路的输入端连接，所述功率放大电路的输出端与所述滤波器的输入端连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述主传感器单元还包括第一皮电采集电极和第二皮电采集电极，所述第一皮电采集电极和第二皮电采集电极位于所述光发射器和光接收器的两侧，所述第一皮电采集电极和第二皮电采集电极均与所述滤波器连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述壳体上设有Type-C接口，所述Type-C接口与所述滤波器电连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述主传感器单元还包括通讯单元，所述通讯单元与所述数据处理模块连接，所述通讯单元用于将经所述数据处理模块处理后的信号发送至上位机。

在本实用新型的一些实施例中，所述数据处理模块为MCU处理器，所述通讯单元包括蓝牙模块。

在本实用新型的一些实施例中，所述壳体的远离所述凹槽的一侧设有信号指示灯，所述信号指示灯与所述MCU处理器电连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述主传感器单元还包括人体姿态采集模块，所述人体姿态采集模块位于所述壳体内，且所述人体姿态采集模块与所述数据处理模块连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述人体姿态采集模块包括三轴加速度、三轴陀螺仪及三轴磁力计。

在本实用新型的一些实施例中，所述佩戴件为绑带，所述绑带的一端固定在所述壳体上，所述绑带的另一端与所述壳体通过可拆卸结构连接。

通过利用本实用新型实施例中的智能穿戴手指数据采集装置，可以获得的有益效果至少在与：

本实用新型所公开的智能穿戴手指数据采集装置，通过在主传感器单元的壳体上设置凹槽，且通过佩戴件将主传感器单元佩戴至待检测的手指上，佩戴方法简单；且各模块均集成在壳体内部，集成度高，体积小，便于携带；另该装置基于光反射原理采集生理信号，可获得准确的测量结果，从而确保后续分析结果的准确性和可靠性。

本实用新型的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本实用新型的实践而获知。本实用新型的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本实用新型实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本实用新型能够实现的上述和其他目的。

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，并不构成对本实用新型的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本实用新型的原理。为了便于示出和描述本实用新型的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本实用新型实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：

图1为本实用新型一实施例的智能穿戴手指数据采集装置的结构示意图1。

图2为本实用新型一实施例的智能穿戴手指数据采集装置的结构示意图2。

图3为本实用新型一实施例的主传感器单元的结构框图。

图4为本实用新型另一实施例的主传感器单元的结构框图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此，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，但并不作为对本实用新型的限定。

在此，需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

应该强调，术语“包括/包含/具有”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

在此，还需要说明的是，本说明书内容中所出现的方位名词是相对于附图所示的位置方向；如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。直接连接为两个零部件之间不借助中间部件进行连接，间接连接为两个零部件之间借助其他零部件进行连接。

在下文中，将参考附图描述本实用新型的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件。

图1为本实用新型一实施例的智能穿戴手指数据采集装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括主传感器单元和佩戴件，主传感器单元用于实现生理信号的采集，而佩戴件用于将主传感器单元固定在被检测手指上。主传感器单元至少包括壳体111、光发射器112、光接收器113、光电转换器114、滤波器115、ADC转换模块和数据处理模块；其中壳体111的底部具有与手指适配的凹槽118，而光发射器112与光接收器113固定在凹槽118槽壁上，另光电转换器114、滤波器115、ADC转换模块和数据处理模块被封装在壳体111内部。示例性的，壳体可为长方形壳体111，此时光电转换器114、滤波器115、ADC转换模块和数据处理模块均被封装在长方形壳体的内部。

进一步的，光电转换器114分别与光接收器113及滤波器115连接，ADC转换模块分别与滤波器115及数据处理模块连接。在采用该智能穿戴手指数据采集装置进行生理信号采集时，首先将手指放置在壳体111的凹槽118内，进而通过佩戴件将主传感器单元与被测手指固定；进而位于壳体111的凹槽118槽壁上的光发射器112发射光至手指的部分皮肤上，光接收器113接收皮肤返回的部分光并发送至光电转换器114进行光电转换；光电转换器114将光接收器113接收到的光信号转换为电信号后，进一步发送至滤波器115进行滤波处理，以获得纯净的脉搏信号；进一步的，ADC转换模块接收滤波处理后的信号并进行模数转换，并将转换后的信号发送至数据处理模块进行数据处理，且经数据处理模块处理后的信号可作为后续数据分析的数据依据。

佩戴件可为绑带140，即主传感器部件通过绑带140被固定在手指上。绑带140的一端固定在壳体111上，绑带140的另一端与壳体111通过可拆卸结构连接。示例性的，壳体111为长方形壳体111，绑带140的端部被固定在长方形壳体111的与凹槽118所在侧相邻的一侧，即图2中所示的长方形壳体111的左侧面上；而用于与绑带140的另一端连接的可拆卸结构则位于长方形壳体111的右侧面上。可拆卸结构进一步的可为卡扣卡槽结构，如长方形壳体111的右侧面上设有卡扣结构，而绑带140的相应部位设有用于与卡扣连接的卡槽，则当手指位于主传感器的凹槽118部位，且长方形壳体111上的卡扣卡在绑带140的卡槽内即实现了该手指数据采集装置的佩戴。

在另一实施例中，智能穿戴手指数据采集装置除了基于光反射原理采集PPG血容量脉搏、HR心率信号之外，还可基于热敏电阻采集皮肤的温度。如图4所示，主传感器单元还包括热敏电阻传感器121、电流电压转换电路122以及功率放大电路123，热敏电阻传感器121与光发射器112及光接收器113类似的固定在凹槽118槽壁上，而电流电压转换电路122以及功率放大电路123均被封装在壳体111内。其中，热敏电阻传感器121与电流电压转换电路122连接，以使热敏电阻传感器121采集到的电阻值经电流电压转换电路122转换成电压；而电流电压转换电路122的输出端与功率放大电路123的输入端连接，以使电流电压转换电路122输出的电压被发送至功率放大电路123进一步进行功能功率放大；而功率放大电路123的输出端与滤波器115进行连接，从而通过滤波器115对功率放大电路123输出端信号进行滤波处理；滤波器115与ADC转换器116连接，用于将滤波处理后的信号发送至ADC转换器116进行模数转换；ADC转换器116与数据处理模块进行连接，以将转换后的信号发送至数据处理模块进行数据处理。

在另一实施例中，智能穿戴手指数据采集装置还可采集EDA皮肤电信号。示例性的，主传感器单元还包括第一皮电采集电极131和第二皮电采集电极132，且该两个皮电采集电极与光发射器112、光接收器113类似的固定在壳体111的凹槽118槽壁上。具体的，两个皮电采集电极分别位于光接收器113和光发射器112的两侧，且第一皮电采集电极131和第二皮电采集电极132均与滤波器115进行连接。在该实施例中，智能穿戴手指数据采集装置通过两个皮电采集电极采集手指表皮的电信号，并进一步的发送至滤波器115以进行滤波处理。除上述之外，EDA皮肤电信号还可通过外接EDA采集模块的方式实现，例如，主传感器单元的壳体111上可设有Type-C接口，且Type-C接口在壳体111的内部与滤波器115电连接，Type-C接口进一步的外接EDA采集模块，并通过EDA采集模块进行表皮的电信号的采集。Type-C接口除了外接EDA采集模块之外，还可用于充电、数据传输等。根据以上实施例可知，该智能穿戴手指数据采集装置采用光电反射原理、皮肤汗腺阻抗检测等测量原理，可高精度检测多元生理信号，且Type-C接口支持外接EDA采集模块，因而可根据需求扩展信号类型，提高检测效率。

进一步的，该主传感器单元还包括通讯单元，通讯单元与数据处理模块连接，用于将经数据处理模块处理后的信号发送至上位机。通讯单元所采用的通讯方式可为无线通讯或有线通讯，当采用有线通讯方式进行通讯时，可在主传感器单元与上位机之间通过数据线实现数据的传输，即此时Type-C接口与数据线进行连接。该智能穿戴手指数据采集装置支持多种设备进行数据采集，因而上位机可为笔记本、平板、电脑等终端设备。除此之外，主传感器单元与上位机之间还可通过无线通讯方式进行数据的传输。示例性的，该通讯模块具体的包括蓝牙模块，则主传感器单元与上位机之间可通过蓝牙进行传输。对于该智能穿戴手指数据采集装置可采用无线射频2.4GHz通讯方式，基于主动屏蔽技术，提高信噪比、降低人工干扰。

进一步的，数据处理模块可为MCU处理器117，MCU处理器117将CPU、存储器、I/O接口等各种功能部件集成在一块晶体芯片上，体积小、节省空间、可靠性高、抗干扰性能强，能灵活、方便地应用于该智能穿戴式耳夹传感器中。但应当理解的是，此处的数据处理模块设为MCU处理器117仅是一种示例，其还可以是其他类型的处理器。另，为了实时监测该采集装置的运行状态，主传感器单元进一步的还可设置信号指示灯119，信号指示灯119具体的可位于壳体111的远离所述凹槽118的一侧，且信号指示灯119与MCU处理器117连接，从而使MCU处理器117基于该采集装置的运行状态控制信号指示灯119的显示。

在本实用新型一实施例中，该智能穿戴手指数据采集装置还包括人体姿态采集模块，该人体姿态采集模块位于主传感器单元的可体内，且与数据处理模块140连接。当数据处理模块140具体的为MCU处理器117时，则人体姿态采集模块与MCU处理器117连接，即将人体姿态采集模块采集到的人体姿态信息发送至MCU处理器117进行数据处理。具体的，该人体姿态采集模块包括三轴加速度、三轴陀螺仪及三轴磁力计，从而可获得九轴人体姿态数据。

进一步的，主传感器单元的课题上还可设置有控制开关，该控制开关用于控制传感器的开启与关闭。示例性的，控制开关与Type-C接口可位于壳体111的同一侧。另，该智能穿戴手指数据采集装置的系统采样率可为2048HZ，分辨率为16bit，可支持安卓APP或windows跨平台软件作为采集终端，且通过该传感器还可以收集到EDA(皮肤电)、PPG(血容量脉搏)、SKT(皮肤温度数据)、SPO2(血氧饱和度)、HR(心率)等信号；该传感器同时监测多种生理参数，提高了研究效率与便携性。另，该传感器与外部上位机的通讯采用无线射频2.4GHz通讯方式，主动屏蔽技术，提高信噪比、降低人工干扰。

通过上述实施例可以发现，该智能穿戴手指数据采集装置通过皮肤内血管的舒张和收缩以及汗腺分泌等变化测量皮肤电变化和皮温指标，通过光电反射原理测量PPG血容量脉搏，具有传感器集成、高精度、无线便携的特点，可全面准确的检测多导生理数据。同时该采集装置佩戴方便，解放双手，适用于包括运动状态下的各种应用环境，并可确保所采集的信号的准确性及可靠性，从而提高了后续研究的准确性及可靠性。另外，该智能穿戴手指数据采集装置可通过Type-C接口实现采集通道的扩展，因而提高了采集效率。

本实用新型中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。

上述所列实施例，显示和描述了本实用新型的基本原理与主要特征，但本实用新型不受上述实施例的限制，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下对本实用新型做出的修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种智能穿戴手指数据采集装置，其特征在于，所述装置包括主传感器单元和用于将所述主传感器单元固定在手指上的佩戴件，所述主传感器单元包括：

壳体、光发射器、光接收器以及封装在所述壳体内部的光电转换器、滤波器、ADC转换模块和数据处理模块，其中，所述壳体的底部具有与手指适配的凹槽，所述光发射器与光接收器固定在所述凹槽槽壁上，所述光接收器用于接收所述光发射器发射的且经所述手指反射的光；

所述光电转换器分别与所述光接收器及滤波器连接，所述光电转换器用于将所述光接收器接收到的光信号转换为电信号，并将所述电信号发送至所述滤波器进行滤波处理；

所述ADC转换模块分别与所述滤波器及数据处理模块连接，所述ADC转换模块用于对滤波处理后的电信号进行模数转换，并将模数转换后的信号发送至所述数据处理模块。

2.根据权利要求1所述的智能穿戴手指数据采集装置，其特征在于，所述主传感器单元还包括热敏电阻传感器、电流电压转换电路以及功率放大电路，所述热敏电阻传感器固定在所述凹槽槽壁上，所述电流电压转换电路以及功率放大电路均位于所述壳体内，所述热敏电阻传感器与所述电流电压转换电路连接，所述电流电压转换电路的输出端与所述功率放大电路的输入端连接，所述功率放大电路的输出端与所述滤波器的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的智能穿戴手指数据采集装置，其特征在于，所述主传感器单元还包括第一皮电采集电极和第二皮电采集电极，所述第一皮电采集电极和第二皮电采集电极位于所述光发射器和光接收器的两侧，所述第一皮电采集电极和第二皮电采集电极均与所述滤波器连接。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的智能穿戴手指数据采集装置，其特征在于，所述壳体上设有Type-C接口，所述Type-C接口与所述滤波器电连接。

5.根据权利要求1所述的智能穿戴手指数据采集装置，其特征在于，所述主传感器单元还包括通讯单元，所述通讯单元与所述数据处理模块连接，所述通讯单元用于将经所述数据处理模块处理后的信号发送至上位机。

6.根据权利要求5所述的智能穿戴手指数据采集装置，其特征在于，所述数据处理模块为MCU处理器，所述通讯单元包括蓝牙模块。

7.根据权利要求6所述的智能穿戴手指数据采集装置，其特征在于，所述壳体的远离所述凹槽的一侧设有信号指示灯，所述信号指示灯与所述MCU处理器电连接。

8.根据权利要求4所述的智能穿戴手指数据采集装置，其特征在于，所述主传感器单元还包括人体姿态采集模块，所述人体姿态采集模块位于所述壳体内，且所述人体姿态采集模块与所述数据处理模块连接。

9.根据权利要求8所述的智能穿戴手指数据采集装置，其特征在于，所述人体姿态采集模块包括三轴加速度、三轴陀螺仪及三轴磁力计。

10.根据权利要求1所述的智能穿戴手指数据采集装置，其特征在于，所述佩戴件为绑带，所述绑带的一端固定在所述壳体上，所述绑带的另一端与所述壳体通过可拆卸结构连接。

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