CN219512525U - 一种智能穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种智能穿戴设备，其包括壳体，壳体上设置有四个传感器窗口，四个传感器窗口包括：第一窗口，设置有第一绿光发射单元、第一红光发射单元和第一红外光发射单元；第二窗口，设置有第二绿光发射单元、第二红光发射单元和第二红外光发射单元；第三窗口，设置有第一光传感器；第四窗口，设置有第二光传感器；其中，所述第一窗口与所述第三窗口大小一致，且相互平行设置；所述第二窗口与所述第四窗口大小一致，且沿所述第一窗口与所述第三窗口的中点连线对称设置；所述第一窗口与第二窗口相邻设置，第三窗口与第四窗口相邻设置。本申请在壳体不同的位置接收PPG信号，提高了智能穿戴设备对用户PPG信号检测的精度。

Description

一种智能穿戴设备

技术领域

本申请涉及电子技术的领域，尤其是涉及一种智能穿戴设备。

背景技术

随着智能穿戴设备技术的成熟，多元化的智能穿戴设备出现在日常生活中，如智能手表，智能手环、智能戒指等。智能穿戴设备往往具备传统穿戴设备不具备的功能，如各项生理指标监测、运动数据显示与分析、通讯、定位等功能。目前在生理指标监测维度中的心率和血氧监测，常用的监测方法是光电容积脉搏波描记法(PhotoPlethysmoGraphy，PPG)。

光电容积脉搏波描记法主要是利用不同心率情况下，血液对光束的折射效果不同。当一定波长的光束照射到皮肤表面时，反射光束被光传感器捕捉。在此过程中由于受到皮肤肌肉和血液的吸收衰减作用，光传感器捕捉到的光强度将减弱。其中皮肤、肌肉、组织等对光的吸收在整个血液循环中是保持不变的，而皮肤内的血液容积在心脏作用下呈搏动性变化，当心脏收缩时血管内血液最多，光吸收量也最大，检测到的光强度最小；而在心脏舒张时，正好相反，检测到的光强度最大，使光传感器接收到的光强度随之呈脉动性变化。将此光强度变化信号转换成电信号，便可获得PPG信号。

现有的智能穿戴设备对PPG信号的采集一般采用单个光传感器对应多个发光元件，其中光传感器通常设置于多个发光元件中部。当智能穿戴设备佩戴于人体上，在佩戴偏松、运动、强光等情况时，会产生信号噪声，导致光传感器无法正常接受到反射的光信号，因此对于用户PPG信号的检测精度不高。

实用新型内容

为了提高智能穿戴设备对用户PPG信号检测的精度，本申请提供一种智能穿戴设备。

本申请提供的一种智能穿戴设备，采用如下的技术方案：

一种智能穿戴设备，包括壳体，壳体上设置有四个传感器窗口，四个传感器窗口包括：

第一窗口，设置有第一绿光发射单元、第一红光发射单元和第一红外光发射单元；

第二窗口，设置有第二绿光发射单元、第二红光发射单元和第二红外光发射单元；

第三窗口，设置有第一光传感器；

第四窗口，设置有第二光传感器；

其中，第一窗口与第三窗口大小一致，且相互平行设置；第二窗口与第四窗口大小一致，且沿第一窗口与第三窗口的中点连线对称设置；第一窗口与第二窗口相邻设置，第三窗口与第四窗口相邻设置。

可选的，沿第一窗口、第二窗口、第三窗口和第四窗口的中点连接线为菱形。

可选的，第一绿光发射单元设置于第一窗口靠近第四窗口的一侧，第一红光发射单元和第一红外光发射单元设置于第一窗口靠近第二窗口的一侧。

可选的，第一红光发射单元和第一红外光发射单元一体设置。

可选的，第一红光发射单元和第一红外光发射单元的中点连线平行于第一窗口与第三窗口的中点连线，且第一红外光发射单元靠近于第二窗口一侧设置。

可选的，第二绿光发射单元设置于第二窗口靠近第四窗口的一侧，第二红光发射单元和第二红外光发射单元设置于第二窗口远离第四窗口的一侧。

可选的，第二红光发射单元和第二红外光发射单元一体设置。

可选的，第二红光发射单元、第二红外光发射单元和第二绿光发射单元的中点连线为一条直线，并且该直线垂直于第一窗口与第三窗口的中点连线，且第一红外光发射单元靠近于第二窗口一侧设置。

可选的，第一光传感器与第二光传感器均呈长方形设置；且第一光传感器具有长边的一侧面向第一窗口，第二光传感器具有短边的一侧面向第二窗口。

可选的，四个传感器窗口远离壳体的一侧均设置有菲涅尔透镜。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.在本申请中，四个传感器窗口呈菱形排布设置，并且第一窗口与第二窗口相邻设置，第三窗口与第四窗口相邻设置，第一窗口发出的信号光束经过人体反射后，主要被第四窗口中的第二光传感器接收；第二窗口发出的信号光束经过人体反射后，主要被第三窗口和第四窗口中的第一光传感器和第二光传感器接收；多个传感器的设置能够对不同位置的用户PPG信号进行接收，能够从中选择较好的信号作为输出信号，或者对两个信号进行拟合降噪等，同样能够提高检测精度。

2.本申请中，第一红光发射单元和第一红外光发射单元的位置设置，以及第二红光发射单元和第二红外光发射单元的位置设置；基于红外光线以及红光的对血氧信号的采集特性进行位置设置，能够提高对这两颜色光束的接受率，同样能够提高对PPG信号的检测精度。

附图说明

图1是本申请实施例的提供的智能手表的后视结构示意图；

图2是本申请实施例提供的智能手表的部分结构示意图。

附图标记说明：1、壳体；11、第一窗口；111、第一绿光发射单元；112、第一红光发射单元；113、第一红外光发射单元；12、第二窗口；121、第二绿光发射单元；122、第二红光发射单元；123、第二红外光发射单元；13、第三窗口；131、第一光传感器；14、第四窗口；141、第二光传感器。

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。

参照图1和图2，现对本申请实施例提供的智能穿戴设备进行说明。本申请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、智能眼镜、指环或者头盔等等。为了方便解释，以下以智能手表为例进行详细说明。以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

参照图1，智能手表包括壳体1和连接于壳体1两端的带体，带体用于将智能手表绑缚于用户的腕部。其中，壳体1可以是方形、圆形等规则形状，也可以是其他不规则形状；并且壳体1的材质可以是多种，可以是由塑料、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1可以利用一体式配置形成，在一体式配置中，壳体1的一部分或全部被机器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。

参照图2，壳体1上设置有四个传感器窗口，第一窗口11、第二窗口12、第三窗口13和第四窗口14。其中第一窗口11设置有第一绿光发射单元111、第一红光发射单元112和第一红外光发射单元113；第二窗口12设置有第二绿光发射单元121、第二红光发射单元122和第二红外光发射单元123；第三窗口13设置有第一光传感器131；第四窗口14设置有第二光传感器141。进一步的，第一窗口11与第三窗口13大小一致，且相互平行设置；第二窗口12与第四窗口14大小一致，且沿第一窗口11与第三窗口13的中点连线对称设置；第一窗口11与第二窗口12相邻设置，第三窗口13与第四窗口14相邻设置。

当智能手表佩戴在用户手臂上时，四个传感器窗口与用户皮肤接触，第一窗口11发出的信号光束经过用户的皮肤、组织和血管后反射，主要由第四窗口14中的第二光传感器141接收；第二窗口12发出的信号光束经过用户的皮肤、组织和血管后反射，主要被第三窗口13和第四窗口14中的第一光传感器131和第二光传感器141接收；多个传感器的设置能够对不同位置的用户PPG信号进行接收，能够从中选择较好的信号作为输出信号，或者对两个信号进行拟合降噪等，能够提高用户PPG信号检测精度，即实现提高对心率和血氧的检测精度。

在一些实施例中，绿光发射单元、红光发射单元、红外光发射单元可以采用LED(Light Emitting Diode，发光二极管)，光传感器可以采用PD（Photo-Diode，光电二极管）。四个传感器窗口朝向外部的一侧设置有镜片，其中镜片配置可以供所有波长的光通过，也可以是供部分波长的光通过，能够满足传感器发射或者接收的目标光束透过镜片即可。光发射单元以及光传感器固定于壳体1内部的电路板上，光发射单元以及光传感器容置于传感器窗口内，并设置于电路板以及镜片之间。

在本申请中，第一绿光发射单元111和第二绿光发射单元121均发出绿光，经过用户皮肤、血液反射后，供第一光传感器131和第二光传感器141接收，主要用于对用户心率的检测；第一红光发射单元112和第二红光发射单元122、第一红外光发射单元113和第二红外光发射单元123分别用于发出红光和红外光，进过用户皮肤、血液反射后，供第一光传感器131和第二光传感器141接收，主要用于对用户血氧的检测。

参照图2，沿第一窗口11、第二窗口12、第三窗口13和第四窗口14的中点连接线为菱形，即相邻窗口之间中点的距离一致。在壳体1上规则排布，使第一窗口11和第二窗口12发射出的光束经过反射后，更大程度的被第三窗口13和第四窗口14接收。

在第一窗口11中，第一绿光发射单元111、第一红光发射单元112和第一红外光发射单元113的位置设置需要根据绿光、红光和红外光的波长确定。由于绿光的波长较小，第一绿光发射单元111与第二光传感器141的距离相对较近时才能使第二光传感器141获取到较高的信号强度，因此第一绿光发射单元111设置于第一窗口11靠近第四窗口14中第二光传感器141的一侧。在对血氧进行采集时，需要红光和红外光更多的进入到血液中，才能采集到更多的血氧信号，同时红光和红外光的波长更长，具有更强的穿透性，因此第一红光发射单元112和第一红外光发射单元113设置于第一窗口11远离第四窗口14的一侧。

第一红光发射单元112和第一红外光发射单元113的中点连线平行于第一窗口11与第三窗口13的中点连线，且第一红外光发射单元113靠近于第二窗口12一侧设置。在实施例中，第一红光发射单元112和第一红外光发射单元113的设置可以是分开设置在电路板上，也可以是一体设置，本申请中选用一体设置。第一红光发射单元112和第一红外光发射单元113均用于对血氧的采集，需要对采集信号进行选择或者整合分析，因此一体设置在信号干扰和降噪上优于分开设置。

同理，参照图2，第二绿光发射单元121设置于第二窗口12靠近第四窗口14的一侧，第二红光发射单元122和第二红外光发射单元123设置于第二窗口12远离第四窗口14的一侧。第二红光发射单元122、第二红外光发射单元123和第二绿光发射单元121的中点连线为一条直线，并且该直线垂直于第一窗口11与第三窗口13的中点连线，且第一红外光发射单元113靠近于第二窗口12一侧设置。第二红光发射单元122和第二红外光发射单元123一体设置。

参照图2，第一光传感器131与第二光传感器141均呈长方形设置；且第一光传感器131具有长边的一侧面向第一窗口11，第二光传感器141具有短边的一侧面向第二窗口12，使得第一光传感器131与第二光传感器141能够最大范围的面向光发射单元，接收更多的反射光束，从而提升信号获取强度。

同时，为了能够对发射光束聚拢，提高穿透用户皮肤的能力，以及对反射回的光线实现聚拢，提高传感器的接收率，四个传感器窗口远离壳体1的一侧均设置有菲涅尔透镜。

本申请实施例一种智能穿戴设备的实施原理为：当对用户的心率进行采集时，在第一时刻同时开启第一绿光发射单元111和第二绿光发射单元121，将此时第二光传感器141接收到的光信号作为第一信号，第一光传感器131接收到的光信号作为第二信号；在第二时刻关闭第二绿光发射单元121，开启第一绿光发射单元111，将此时第二光传感器141接收到的光信号作为第三信号，第一光传感器131接收到的光信号作为第四信号；在第三时刻关闭第一绿光发射单元111，开启第二绿光发射单元121，将此时第二光传感器141接收到的光信号作为第五信号，第一光传感器131接收到的光信号作为第六信号；根据第一信号、第三信号、第四信号、第五信号和第六信号的信号强弱，选出信号较强的作为输出信号，并根据第二信号的去去除皮肤表面反射的信号，从而获得较高精度的心率信号。

同理，当对用户的血氧进行采集时，基于三个时间段内，第一光传感器131和第二光传感器141接收到的六个信号，进行选择和降噪处理，得到较高精度的血氧信号。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能穿戴设备，包括壳体(1)，其特征在于：所述壳体(1)上设置有四个传感器窗口，所述四个传感器窗口包括：

第一窗口(11)，设置有第一绿光发射单元(111)、第一红光发射单元(112)和第一红外光发射单元(113)；

第二窗口(12)，设置有第二绿光发射单元(121)、第二红光发射单元(122)和第二红外光发射单元(123)；

第三窗口(13)，设置有第一光传感器(131)；

第四窗口(14)，设置有第二光传感器(141)；

其中，所述第一窗口(11)与所述第三窗口(13)大小一致，且相互平行设置；所述第二窗口(12)与所述第四窗口(14)大小一致，且沿所述第一窗口(11)与所述第三窗口(13)的中点连线对称设置；所述第一窗口(11)与第二窗口(12)相邻设置，第三窗口(13)与第四窗口(14)相邻设置。

2.根据权利要求1所述的一种智能穿戴设备，其特征在于：沿所述第一窗口(11)、所述第二窗口(12)、所述第三窗口(13)和所述第四窗口(14)的中点连接线为菱形。

3.根据权利要求1所述的一种智能穿戴设备，其特征在于：所述第一绿光发射单元(111)设置于所述第一窗口(11)靠近所述第四窗口(14)的一侧，所述第一红光发射单元(112)和所述第一红外光发射单元(113)设置于所述第一窗口(11)靠近所述第二窗口(12)的一侧。

4.根据权利要求2所述的一种智能穿戴设备，其特征在于：所述第一红光发射单元(112)和所述第一红外光发射单元(113)一体设置。

5.根据权利要求2所述的一种智能穿戴设备，其特征在于：所述第一红光发射单元(112)和所述第一红外光发射单元(113)的中点连线平行于所述第一窗口(11)与所述第三窗口(13)的中点连线，且所述第一红外光发射单元(113)靠近于所述第二窗口(12)一侧设置。

6.根据权利要求1所述的一种智能穿戴设备，其特征在于：所述第二绿光发射单元(121)设置于所述第二窗口(12)靠近所述第四窗口(14)的一侧，所述第二红光发射单元(122)和所述第二红外光发射单元(123)设置于所述第二窗口(12)远离所述第四窗口(14)的一侧。

7.根据权利要求5所述的一种智能穿戴设备，其特征在于：所述第二红光发射单元(122)和所述第二红外光发射单元(123)一体设置。

8.根据权利要求1所述的一种智能穿戴设备，其特征在于：所述第二红光发射单元(122)、所述第二红外光发射单元(123)和所述第二绿光发射单元(121)的中点连线为一条直线，并且所述直线垂直于所述第一窗口(11)与所述第三窗口(13)的中点连线，且所述第一红外光发射单元(113)靠近于所述第二窗口(12)一侧设置。

9.根据权利要求1所述的一种智能穿戴设备，其特征在于：所述第一光传感器(131)与所述第二光传感器(141)均呈长方形设置；且所述第一光传感器(131)具有长边的一侧面向所述第一窗口(11)，所述第二光传感器(141)具有短边的一侧面向所述第二窗口(12)。

10.根据权利要求1所述的一种智能穿戴设备，其特征在于：所述四个传感器窗口远离壳体(1)的一侧均设置有菲涅尔透镜。