CN217430003U - 一种智能穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种智能穿戴设备，智能穿戴设备包括壳体以及形成于壳体上的六个传感器窗口，六个传感器窗口的窗口中心构成为正六边形的六个顶点，且六个传感器窗口包括三个光发射窗口以及三个光接收窗口，光发射窗口与光接收窗口间隔设置，光发射窗口配置有绿光发射单元、红光发射单元以及红外光发射单元，光接收窗口配置有光电传感器。本实用新型在智能穿戴设备的壳体设置3个光发射窗口以及3个光接收窗口，以用于形成不同的光路并在不同位置对用户的生理信号进行检测，可以从3组检测信号中选择信号质量较佳的信号作为输出信号，以获取更好检测精度。

Description

一种智能穿戴设备

技术领域

本实用新型属于电子技术领域，更具体地说，是涉及一种智能穿戴设备。

背景技术

随着技术的发展和生活需求的提高，目前，智能手表、手环等智能穿戴电子产品越来越多的出现在日常生活中，智能手表、智能手环等智能穿戴设备具有传统手表不具有的功能，例如显示、通讯、播放音乐、上网、生理监测等功能。目前智能穿戴设备中常用的生理监测常用的方法为光电容积脉搏波描记法(PhotoPlethysmoGraphy，PPG)。

光电容积脉搏波描记法的远离如下：由于血液是红色的，它吸收绿光和蓝光。可以采用绿光来照射用户的皮肤，并采用作为光电二极管检测用户皮肤反射的绿光量。光电二极管所接收的绿光量与流过用户血管中的血液量相关。当使用者的心脏跳动时，血液在用户血管中流动并且绿光吸收更大(即，光电二极管接收较少的绿光)，而在心跳之间，用户血管由于血液较少而对绿光吸收较少。因此，可以通过绿色发光二极管照射用户皮肤，并配置光电二极管来接收从用户皮肤反射的绿光量以检测用户的心率。基于该远离，还可以向用户皮肤发射红光、红外管、蓝光等用于检测用户的血氧、血压等生物信号。

向用户发射的光中，一部分光会透过用户皮肤，并经过用户血液吸收后反射回光电传感器，这部分光信号会与用户心跳相关，呈现波动性，为反射信号中的脉动分量(AC分量)；另一部分会直接由用户皮肤反射回光电传感器，这部分光信号将不会呈现波动性，为反射信号的非脉动分量(DC分量)。由于用户的运动、用户组织肌肉运动、设备的不正确佩戴以及环境光的影响将会导致PPG检测信号中具有较多的噪声。

现有的智能穿戴设备一般采用单个光检测器对应多个发光元件，单个检测器难以有效去除PPG信号中的噪声，因此对于用户生物信号的检测精度不高。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种智能穿戴设备，以解决现有技术中存在的智能穿戴设备在生物信号检测时，检测精度低的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种智能穿戴设备，智能穿戴设备包括壳体以及形成于壳体上的六个传感器窗口，六个传感器窗口的窗口中心构成为正六边形的六个顶点，且六个传感器窗口包括三个光发射窗口以及三个光接收窗口，光发射窗口与光接收窗口间隔设置，光发射窗口配置有绿光发射单元、红光发射单元以及红外光发射单元，光接收窗口配置有光电传感器。

进一步地，绿光发射单元位于光发射窗口内靠近正六边形中心的一侧，红光发射单元以及红外光发射单元位于光发射窗口内远离正六边形中心的一侧。

进一步地，光发射窗口与三个光接收窗口中的两个光接收窗口相邻设置，与另一光接收窗口相对设置；

且光发射窗口中的红光发射单元与相对设置的光接收窗口之间的距离等于光发射窗口中红外光发射单元与相对设置的光接收窗口之间的距离。

进一步地，光发射窗口中的绿光发射单元与两个相邻光接收窗口之间的距离相等。

进一步地，传感器窗口分别设置有镜片，光发射单元以及所述光电传感器固定于壳体内部的电路板上，且光发射单元以及光电传感器位于镜片与电路板之间。

进一步地，智能穿戴设备还包括连接于壳体两端的带体。

本实用新型提供一种智能穿戴设备，智能穿戴设备包括壳体以及形成于壳体上的六个传感器窗口，六个传感器窗口的窗口中心构成为正六边形的六个顶点，且六个传感器窗口包括三个光发射窗口以及三个光接收窗口，光发射窗口与光接收窗口间隔设置，光发射窗口配置有绿光发射单元、红光发射单元以及红外光发射单元，光接收窗口配置有光电传感器。本实用新型在智能穿戴设备的壳体设置3个光发射窗口以及3个光接收窗口，以用于形成不同的光路并在不同位置对用户的生理信号进行检测，可以从3组检测信号中选择信号质量较佳的信号作为输出信号，以获取更好检测精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一种实施例提供的智能手表的一种视角的立体图；

图2是本实用新型一种实施例提供的智能手表的局部后视图；

图3是本实用新型一种实施例提供的智能手表的传感器布局示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

首先需要说明的是，本实用新型实施例提供的一种智能穿戴设备是一种直接穿在身上或是整合到用户的衣服或配件的一种便携式设备，智能穿戴设备可以包括但不限于为智能手表、智能手环、智能腕带等等。在如下实施例中，以智能手表为例进行说明。

图1是本实用新型一种实施例提供的智能手表的一种视角的立体图；图2是本实用新型一种实施例提供的智能手表的局部后视图；图3是本实用新型一种实施例提供的智能手表的传感器布局示意图。

如图1至图3所示，智能手表100包括壳体10以及安装于壳体10上的显示屏20。智能手表100还包括连接于壳体10两侧的带体30，以将智能手表100绑缚至用户的腕部。

显示屏20可以用于显示时间、健康指标、信息等多种信息，显示屏20安装在壳体10上，可以为液晶显示屏(Liquid Crystal Display，LCD)或有机发光显示屏(OrganicLight-Emitting Diode，OLED)，或基于其他显示技术的显示屏(例如，电泳显示屏、在柔性基板上具有晶体半导体发光二极管阵列的显示屏等)。显示屏20可以为包括电容性触摸传感器、电阻性触摸传感器或其他触摸传感器部件的触摸屏显示屏或者可为非触敏的显示屏。进一步地，触控面板可覆盖显示屏20，当触控面板检测到在其上或附近的触摸操作后，在显示屏20上提供相应的视觉输出。该智能手表100能够实现各种功能，如显示时间、生理参数检测、通信、播放音乐和互联网交互等。显示屏20可以用于显示时间、健康指标、信息等多种信息。

该壳体10可以呈截面为圆形或者方形等的规则形状，当然壳体10还可以呈其他的不规则形状。壳体10的材质可以有多种，例如壳体10可由塑料、陶瓷、金属(例如，不锈钢、铝、钛合金等)、其他合适的材料，或者这些材料中任意两者或更多者的组合形成。壳体10可以利用一体式配置形成，在一体式配置中，壳体10的一部分或全部被机加工或模制成单个结构，或者可以利用多个结构(例如，内部框架结构、形成外部外壳表面的一个或多个结构等)形成。

壳体10上形成有六个传感器窗口40，六个传感器窗口40的窗口中心构成为正六边形的六个顶点，且六个传感器窗口40包括三个光发射窗口以及三个光接收窗口，三个光发射窗口包括第一光发射窗口52、第二光发射窗口54以及第三光发射窗口56，三个光接收窗口包括第一光接收窗口62、第二光接收窗口64以及第三光接收窗口66。

其中，光发射窗口与光接收窗口间隔设置，光发射窗口与三个光接收窗口中的两个光接收窗口相邻设置，与另一光接收窗口相对设置。如图2，第一光接收窗口62、第三光发射窗口56、第二光接收窗口64、第一光发射窗口52、第三光接收窗口66、第二光发射窗口54沿顺时针依次布局，其中第一光发射窗口52与第一光接收窗口62相对设置，第一光发射窗口52与第二光接收窗口64和第三光接收窗口66相邻设置；第二光发射窗口54与第二光接收窗口64相对设置，第二光发射窗口54与第一光接收窗口62和第三光接收窗口66相邻设置；第三光发射窗口56与第三光接收窗口66相对设置，第三光发射窗口56与第一光接收窗口62和第二光接收窗口64相邻设置。从而3个光发射窗口与3个光接收窗口间隔设置。

其中，每个光发射窗口分别配置有绿光发射单元72、红光发射单元74以及红外光发射单元76，每个光接收窗口配置有光电传感器78。在一些实施例中，光发射单元可以采用LED(Light Emitting Diode，发光二极管)，光电传感器78可以采用光电二极管。

在一些实施例中，每个传感器窗口40分别设置有镜片，该镜片设置在传感器窗口40面向壳体10外部的一侧，光发射单元以及光电传感器78固定于壳体10内部的电路板上，光发射单元以及光电传感器78容置于该窗口内，并位于镜片与电路板之间，镜片可供光透过。在一些实施例中，镜片可以配置为供所有波长的光通过或者部分波长的光通过。

将智能手表100绑缚至用户手臂时，该六个传感器窗口40与用户皮肤接触，光发射单元发出的光进入用户皮肤、组织、血管，并经用户皮肤、组织以及血管反射后由光电传感器78接收。由于用户的皮肤、组织、血管会吸收部分光，并由于用户的运动、组织的运动以及血管内血液的流动，在不同时间吸收的光量不同。由此可以根据光电传感器78接收到的反射光，在去除噪声后得到体现用户生理变化的信号，如心率、血氧、血压等。

其中绿光发射单元72发出绿光，供光电传感器78接收经用户皮肤和血液反射回的光线，以用于用户生物信号的检测，其中检测绿光的变化幅度主要用于心率检测。

其中，红光发射单元74和红外光发射单元76用于分别发出红光和红外光，经用户的皮肤和血液反射有由光电传感器78接收，以用于用户血氧信息的测量。

通常，绿光发射单元72与光电传感器78之间的距离相对较近才能使光检测器获得较高的信号强度，而红光和红外光需要在用户血液内传播更长的距离才能使光检测器获取到更多的血氧信息，从而，红光发射单元74和红外光发射单元76与检测红光和红外光的光电传感器78之间的距离比绿光发射单元72与检测绿光的光电传感器78之间的距离长。

在本实用新型中，绿光发射单元72位于光发射窗口内靠近正六边形中心的一侧，红光发射单元74以及红外光发射单元76位于光发射窗口内远离正六边形中心的一侧。在进行血氧检测时，由第一光发射窗口52中的红光发射单元74和红外光发射单元76发出光，并经用户皮肤和血液反射后，再由与第一光发射窗口52相对的第一光接收窗口中的光电传感器78接收；或者，由第二光发射窗口54中的红光发射单元74和红外光发射单元76发出光，并经用户皮肤和血液反射后，再由与第二光发射窗口54相对的第二光接收窗口中的光电传感器78接收；或者，由第三光发射窗口56中的红光发射单元74和红外光发射单元76发出光，并经用户皮肤和血液反射后，再由与第三光发射窗口56相对的第三光接收窗口中的光电传感器78接收。

在进行心率监测时候，由光发射窗口中的绿光发射单元72发出光，并经用户皮肤和血液反射后，再由与该光发射窗口相邻的2个光接收窗口中的光电传感器78接收。

本实用新型采用绿光发射单元72位于光发射窗口内靠近正六边形中心的一侧，红光发射单元74以及红外光发射单元76位于光发射窗口内远离正六边形中心的一侧，从而使每个光发射窗口中的红光发射单元74和红外光发射单元76距离其相对的光接收窗口尽量远，以用于血氧检测。采用此种设计，可以基于血氧检测所需的光发射窗口与光接收窗口之间的最大距离来进行传感器区域设计，从而将多个传感器集中在较小的区域内，能够在保证血氧信号质量的情况下尽量缩小传感器的区域面积，有利于智能穿戴设备的小型化。

另外，本实用新型的六个传感器窗口40的窗口中心构成为正六边形的六个顶点，而相对窗口之间的距离基于血氧检测所需的光发射窗口与光接收窗口之间的最大距离来进行设计，使得六个传感器窗口40的布局更为集中，缩小传感器区域的面积，有利于智能穿戴设备的小型化。

在本实用新型中，光发射窗口中的红光发射单元74与相对设置的光接收窗口之间的距离等于光发射窗口中红外光发射单元76与相对设置的光接收窗口之间的距离。具体的，例如第一光发射窗口52中的红光发射单元74与第一光接收窗口62之间的距离等于第一光发射窗口52中红外光发射单元76与第一光接收窗口62之间的距离。从而使红外光发射单元76与红光发射单元74与光电传感器78之间的光路基本相同，便于在光电传感器78接收到的信号中体现出人体对于红外光和红光的不同吸收率(不同的吸收率代表不同的血氧信息)，从而减少了噪声。

在本实用新型中，光发射窗口中的绿光发射单元72与两个相邻光接收窗口之间的距离相等。从而可以采用两个相邻光接收窗口中的光电检测器同时接收绿光反射信号，以用于选择其中信号质量较高的信号进行心率计算，并且可以将其中一个光电检测器接收到的信号作为参考信号进行噪声去除。

下面对本实施例的智能手表100进行心率及血氧信号采集的过程进行举例说明。

在进行心率信号采集时，可以依次开启第一光发射窗口52、第二光发射窗口54以及第三光发射窗口56中的绿光发射单元72，并查找出某个绿光发射单元72中，某个或者某两个光电传感器78中所采集的信号中选择信号强度最高；则可以仅开启该绿光发射单元72，并以该绿光发射单元72的两个相邻光接收窗口中的光电传感器78中所输出的信号中择一进行心率的计算，而另一信号则作为参考进行噪声去除。此心率信号的采集过程具有较低的功耗，常用于用户在静止或者低运动强度时采用。

在进行心率信号的采集时，也可以同时开启所有光发射窗口中的绿光发射单元72，并从3个光电传感器78中所输出的信号中选择信号强度最高的进行心率的计算，而另2个光电传感器78的输出信号则作为参考信号用作噪声去除。此心率信号的采集过程具有高的精度但具有较大的功耗，常用于用户在中高强度运动时采用。

在进行血氧信号采集时，可以依次开启第一光发射窗口52、第二光发射窗口54以及第三光发射窗口56中的红光发射单元74和红外光发射单元76，并由其相对光接收窗口中的光电传感器78接收红光和红外光反射信号。

并查找出某个发射窗口中的红光发射单元74和红外光发射单元76发光时，其相对光接收窗口中的光电传感器78接收到的反射信号质量最佳，则持续开启该发射窗口中的红光发射单元74和红外光发射单元76发光，将其相对光接收窗口中的光电传感器78接收到的反射信号进行血氧的计算。从而可以从三个光电传感器78中所采集的信号中择一进行血氧计算，能够获取较高精度的血氧信号，有效降低因用户的运动、用户组织肌肉运动、设备的不正确佩戴以及环境光的影响所导致的检测精度低的问题。

从而，本实用新型在智能穿戴设备的壳体10设置3个光发射窗口以及3个光接收窗口，以用于形成不同的光路并在不同位置对用户的生理信号进行检测，可以从3组检测信号中选择信号质量较佳的信号作为输出信号，以获取更好检测精度。

在一些实施例中，智能手表100可以设置有麦克风和物理按键80等，显示屏20与壳体10围成的腔体内部可以设置有芯片、内部传感器、电池等部件。

麦克风设置在壳体10侧部，麦克风可以将收集的声音信号转换为电信号，由音频电路接收后转换为音频数据；音频电路也可以将音频数据转换为电信号，传输到扬声器，由扬声器转换为声音信号输出。

物理按键80设置在壳体10侧部，物理按键80可以为按压式的按键，也可以是旋转式的按键，该物理按键80可以为用于控制音量的音量控制按键、用于点亮或熄灭显示屏20以及控制智能手表100开关机的开关按键，智能手表100可以接收物理按键80输入，产生与智能手表100的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。

内部传感器包括陀螺仪传感器、加速度传感器、温度传感器、触摸传感器等。陀螺仪传感器用于确定智能手表100的运动姿态；加速度传感器用于检测智能手表100在各个方向上(一般为三轴)加速度的大小，当智能手表100静止时可检测出重力的大小及方向；温湿度传感器用于检测温度和湿度；触摸传感器也称“触控器件”，触摸传感器可以设置于显示屏20，由触摸传感器与显示屏20组成触摸屏，也称“触控屏”，触摸传感器用于检测作用于其上或附近的触摸操作。

芯片可以与各种传感器连接，可以将心率传感器检测到的信号转化得到相应得健康指标。芯片可以包括一个或多个处理单元，例如：其可以包括应用处理器(Applicationprocessor，AP)，调制解调处理器，存储器，数字信号处理器(Digital signalprocessor，DSP)，基带处理器，和/或神经网络处理器(Neural-network processing unit，NPU)等。

电池能够为显示屏20、芯片中的控制器和处理器等部件提供电能，电池的种类包括但不限于锂电池、干电池、蓄电池等。综上，本实用新型提供一种智能穿戴设备，智能穿戴设备包括壳体以及形成于壳体上的六个传感器窗口，六个传感器窗口的窗口中心构成为正六边形的六个顶点，且六个传感器窗口包括三个光发射窗口以及三个光接收窗口，光发射窗口与光接收窗口间隔设置，光发射窗口配置有绿光发射单元、红光发射单元以及红外光发射单元，光接收窗口配置有光电传感器。本实用新型在智能穿戴设备的壳体设置3个光发射窗口以及3个光接收窗口，以用于形成不同的光路并在不同位置对用户的生理信号进行检测，可以从3组检测信号中选择信号质量较佳的信号作为输出信号，以获取更好检测精度。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种智能穿戴设备，其特征在于，所述智能穿戴设备包括壳体以及形成于所述壳体上的六个传感器窗口，所述六个传感器窗口的窗口中心构成为正六边形的六个顶点，且所述六个传感器窗口包括三个光发射窗口以及三个光接收窗口，所述光发射窗口与所述光接收窗口间隔设置，所述光发射窗口配置有绿光发射单元、红光发射单元以及红外光发射单元，所述光接收窗口配置有光电传感器。

2.如权利要求1所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述绿光发射单元位于所述光发射窗口内靠近所述正六边形中心的一侧，所述红光发射单元以及红外光发射单元位于所述光发射窗口内远离所述正六边形中心的一侧。

3.如权利要求1所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述光发射窗口与所述三个光接收窗口中的两个光接收窗口相邻设置，与另一光接收窗口相对设置；

且所述光发射窗口中的所述红光发射单元与相对设置的光接收窗口之间的距离等于所述光发射窗口中所述红外光发射单元与相对设置的光接收窗口之间的距离。

4.如权利要求3所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述光发射窗口中的所述绿光发射单元与两个相邻光接收窗口之间的距离相等。

5.如权利要求1所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述传感器窗口分别设置有镜片，光发射单元以及所述光电传感器固定于所述壳体内部的电路板上，且所述光发射单元以及所述光电传感器位于所述镜片与所述电路板之间。

6.如权利要求1所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述智能穿戴设备还包括连接于所述壳体两端的带体。

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