光电式、胸带式的心率测量工作原理介绍

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最早我们看到的计算心率的方式,是在运动后通过触摸颈动脉计算单位时间内的心跳数据来获得心率的数据。随着科技的发展进步,用于运动训练的心率监测装置已经是运动科学领域中一个十分成熟的项目了。早在1977年,第一个无线传输的心率监测器就已经装备到了芬兰国家越野滑雪队的身上,而第一款民用量产的心率监测产品也在1983年全面上市,自此以后每年都会有着新的技术与产品推出,而功能也变的愈来愈强劲。

光电式、胸带式的心率测量工作原理介绍

心率测量方法:30秒心脏跳动次数 * 2,得出每分钟的心率(BPM)。

随着科技的进步,越来越多的设备可以直接测量心率,下面我们就说说电子设备测量心率的原理。

心率测量方法

常见的测量原理有两种,一种是心动电流测量法,还有一种是光电透射测量法。

心动电流测量法

我们人体每次心跳都会产生心动电流,无线心率胸带(ANT+)就是这样一种可以感应心动电流的仪器。感应器的极片位于胸带前方两侧,使用者带上胸带后,胸带内的极片采集锻炼者的心动电流波动幅度,再通过无线传输技术发送给心率表转化为便于观察的心跳BPM数值,目前这个是主流也是比较准确的运动心率测量方法。其原理和心电图测量原理一致。 这种测量心率方法的另外一个优点是可以在运动中持续测量心率。

光电式、胸带式的心率测量工作原理介绍

无线心率胸带(ANT+)按感应电极类型分又可以分为传统的硬式心率胸带和新型的柔性织物软式胸带。

硬式心率胸带采用的是导电橡胶电极块,嵌在硬质塑胶带上。

柔性织物软式心率胸带采用的是柔性薄膜电极,通过热压熔接在柔性织物带上,特点是十分轻薄,穿戴舒适,减少了运动中胸带移动产生的摩擦干扰。

 

光电透射测量法

光电测量方法是利用血管内血液血红蛋白的吸光度的变化来测量脉搏。手表装有红外发射光束回路和接收反射回路。这种方法测量心率优点是非常简便无需胸带,但是由于信号极为微弱而非常容易受到外界干扰而造成测量数据不准确 而且一般需要安静的状态下测量,不适合运动中持续测量心率。

光电式、胸带式的心率测量工作原理介绍

绿光光电测量法是由两个绿色波长(570nm)的发光LED 和一个光敏传感器组成,位于心率表的背部。 其原理是基于手臂血管中的血液在脉动的时候会发生密度改变而引起透光率的变化。发光LED 发出绿色波长的光波,光敏传感器可以接受手臂皮肤的反射光并感测光场强度的变化并换算成心率。

血液之所以呈现红色,因为它反射红光并吸收绿光。常见的心率表均使用绿色 LED 灯,配合对光敏感的感光器,检测任意时间点流经手腕的血液流量。心脏跳动时,流经手腕的血液会增加,吸收的绿光也会增加;心跳间隔期间则会减少。通过每秒数百次闪动的 LED 灯,就可以算出每分钟的心跳次数,也就是心率。

目前美国的MIO ALPHA ,FITBOX HXM 以及 Adidas SMART RUN 心率表采用这种技术。绿光光电心率测量完全抛弃了心率胸带,并可以持续测量心率,计算平均心率,记录最大心率,设置心率报警区间。

像常见的光电鼠标一样,光电心率是否准确要看LED亮度和传感器的采样率,像这类的硬件参数,多数品牌并没有将其写在规格参数上。

 

两种心率检测方法比较

下面是使用两种不同心率监测方式得到的全程心率变化图:

光电式、胸带式的心率测量工作原理介绍

↑ 胸带式

光电式、胸带式的心率测量工作原理介绍

↑ 光电式

截取了心率相对较低及较为平稳的13-17KM,以及心率较高且起伏较大的38-41KM这两个距离区间,对两个心率监测的数据进行了深度的比较:

光电式、胸带式的心率测量工作原理介绍

传统的胸挂式心率带在灵敏度以及数值的精确性上显然要更胜一筹,当然光电式心率测量,虽然在一些心率区间变化较大区域会有数据滞后的情况发生,但整体的数据表现仍然具有不错的参考性。

光电式的佩戴方式对心率测量,受皮肤血流量的影响,夏天时手臂上的血管会鼓起,血流量充足;而在冬天寒冷的室外,手臂上的血管就不会凸起得那么突兀了,这时候流经手臂的血液量也会少一些,甚至会低到心率传感器无法读取数值。

也许很多人在这两种心率侦测装备的选择上十分的纠结,传统胸挂式心率带虽然在性能上优势明显但也有佩戴的不便,而光电式心率表虽然携带方便但在灵敏度上又有所欠缺。经过实验后认为,如果你在进行一些速度或者是强度较大间歇训练的情况下,还是建议选用传统的胸挂式心率装置;如果你进行的是相对平缓的LSD训练或只是日常跑步的话,光照式心率监测就完全可以胜任了。

 

其他参考资料

所常用的心率表术语:

缩写语
原文
中文释义
STEP
步数
SPD
SPEED
速度
DIST
DISTANCE
距离
STRI
STRIDE
步长
TIME
运动时长
KCAL
K CALORIE
卡路里,大卡
STW
STOP WATCH
秒表
LAP
分段 分圈
ALM
ALARM
闹钟
TMR
TIMER
计时器
MEM
MEMORY
记忆储存
HR
HEART RATE
心率
BPM
BEATS PER MINIUTE
每分钟心跳次数
HR MX
MAX HEART RATE
最大心率
HR AV
AVERAGE HEART RATE
平均心率
ZONE
心率区
HR MI
MIN HEART RATE
心率下限
LBIN
英制
KGCM
公制
HGT
HEIGHT
身高
WGT
WEIGHT
体重

 

ANT+设备的硬件资料

在ANT+网络中,对于特定的应用,其通道配置参数都各不相同。HRM设备类型参数则专门定义为120(0x78)。RF频率被限定为2.457GHz上。我们知道2.4GHz的ISM频段,其范围通常是2.4~2.483GHz,例如802.11a/b/g/n协议族,而ANT可用的频段范围在2.400~2.524GHz之间,略大于前者。

 

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明
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目前评论:14   其中:访客  14   博主  0

    • silence_sx silence_sx 2

      我的就是心率带,感觉比光电的准确度高,但是没有光电的方便。

      • 4klover 4klover 7

        还是胸带式心率带稳定

        • 4klover 4klover 7

          未来心率带,光电心率采集是趋势,期待光电采集技术突破,

          • coffeeton coffeeton 4

            为什么不介绍下臂带心率带,那个可以兼顾以上两种的优点

            • 小豆的老豆 小豆的老豆 5

              学习了

              • mophy mophy 4

                涨姿势了

                • 873903421@qq.com [email protected] 5

                  学习了

                  • iori860313 iori860313 4

                    期待一个两全其美的方案

                    • gbaaaa gbaaaa 6

                      肯定要方便的啦,支持

                      • vop8456 vop8456 5

                        学习了,谢谢!

                        • vop8456 vop8456 5

                          学习了

                          • Andy Andy 6

                            学习了

                            • Andy Andy 6

                              学习了啊

                              • Andy Andy 6

                                为了表盘