Ⅱ可穿戴设备中的传感器类型

1.运动传感器

运动传感器是运动控制传感器，是一种将非电量的变化（如速度、压力等）转换成电量变化的原始装置。运动传感器包括加速度传感器、陀螺仪、地磁传感器和大气压力传感器等。

 

各种可穿戴设备

这些传感器的主要功能有运动检测、导航、娱乐、人机交互等。其中，电子罗盘传感器可以用来测量方向，实现或辅助导航。通过运动传感器随时随地测量、记录、分析人体的活动，具有重要的应用价值。用户可以知道跑步步数、游泳圈数、行进距离、能量消耗，以及睡眠时间，甚至睡眠质量。

2.生物传感器

生物传感器是一种仪器，它对生物物质并将其浓度转换成电信号进行检测。它是以固定化的生物敏感材料作为识别元件组成的分析工具或系统（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸、及其它生物活性物质）和适当的物理、化学传感器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等）及信号放大器件。生物传感器可作为接收器和转换器。

生物传感器包括血糖传感器、血压传感器、心电传感器、肌电传感器、体温传感器、脑电波传感器等。这些传感器的主要功能包括健康和医疗监测、娱乐等。

 

血压传感器

生物传感器的功能和工作原理

借助健康警示、病情监测等可穿戴技术，医生可以提高诊断水平，家属也可以更好地与患者沟通。

例如，由血压传感器组成的可穿戴医疗设备可以跟踪和分析用户的身体数据。然后通过可穿戴医疗设备提取医学诊断模型，预测用户的健康状况，为用户提供个性化的心血管专项个人医疗健康管理方案。

血压监测仪使用传感器检测由动脉血管壁的振动引起的袖带压力的微小变化。最常用的方法是振荡法。其基本原理是将袖带绑在手臂上，用充气机给袖带充气，以阻断脉搏在血管中的传播。当达到一定压力（一般为124至316k Pa）时，通缩开始。当气压达到一定程度时，血流可以通过血管，并有一定量的振荡波。逐渐放气，振荡波越来越大，袖带与手臂的接触面积变小。因此，压力传感器检测到的压力和波动越来越小，压力传感器可以实时检测到袖带内的压力和波动。

振荡波通过气管传播到机器中的压力传感器。通过相应的放大、滤波电路、模拟/数字信号转换、中央处理器控制等处理环节，将脉搏信号和压力信号通过袖带传输到气路中，再转换成数字信号。进一步处理得到收缩压、舒张压、平均血压等数据。这种动态血压监测仪可以通过蓝牙和USB连接到移动设备。数据会被上传到医疗设备上。流动血压计是使用者经常佩戴的，可提供24小时的血压监测。

3.环境传感器

环境传感器包括土壤温度传感器、空气温度和湿度传感器、蒸发传感器、雨量传感器、光照传感器、风速和风向传感器等。些环境传感器不仅可以精确地测量相关的环境信息，还可以与上位机联网，满足用户对被测对象数据进行测试、记录、和存储的要求。环境传感器是科研、教学、实验室、及相关农业环境监测部门的首选仪器。

环境传感器的功能及工作原理

当今世界，人们经常暴露在威胁健康的环境中，如雾霾和室内甲醛超标。PM2.5便携式检测仪，是一种由颗粒物传感器组成的空气质量检测设备，可以佩戴在人体上，可以单独显示，也可以与手机配合使用，与朋友分享。

PM2.5便携式测试仪通过气泵测尘仪将待测气溶胶吸入测试室内。待测气溶胶在粉尘仪的分流处被分成两部分。一部分在经过高效过滤器后被过滤到清洁的空气中，以保护传感器室的部件不受待测气体的影响。气溶胶的另一部分直接作为待测样品进入传感器腔室。

粒子和分子在光的照射下会产生光散射现象，同时，它们也吸收了被照射光的一部分能量。当一束平行的单色光进入被测粒子的视场时，会受到粒子周围的散射和吸收的影响，使光强发生衰减。这样，就可以得到入射光通过待测浓度场的相对衰减率。相对衰减率能线性地反映被测场地粉尘的相对浓度。光强度的大小与光电转换后的电信号强度成正比，通过测量电信号可以得到相对衰减率。

4.皮肤电传感器

你可能有这样的经历。当你要承担一项非常重要的任务时，你会感到紧张、焦虑，手脚出汗。这个心理反应转化为生理反应的过程可以被皮肤电传感器检测到。

压电传感器是测谎仪的重要组成部分，但它不能检测使用者的情绪。它只能感受到用户的心理状态是否发生了变化，而通过这种变化，我们可以得到一些结论。比如，测谎仪的电传感器可以感知受试者说话时的心理变化，来判断是否说谎。

例如，有研究表明，人的皮肤电反应水平在清晨醒来和夜间睡眠时较低，而在上午和下午的某一时段皮肤电反应水平相对较高，而这一时段正是我们学习或工作效率最高的时段。

5.心率传感器

作为个人健康装备的超级武器，心率传感器可以跟踪心率来跟踪运动强度，并可以基于这些数据计算与睡眠周期相关的健康动作数据和其他数据。

 

带心率传感器的智能手环

目前，心率传感器主要有两种，一种是通过光反射测量的光电式心率传感器，另一种是利用人体不同部位的电位测量的电极式心率传感器。

前虽然测量精度较差，但其优点在于体积小，因此目前所有的移动终端都采用这种方法进行测量。后者在医院测量心电图时，我们经常看到心率的变化是通过人体不同部位的电位变化来衡量的。这种方法可以精确地测量心率，但必须同时监测人体的两个部位。

6.气压计

气压计是个小东西，但很有用。虽然它只能测量气压数据，但我们可以通过这些数据准确地知道机器的高度。如果监测一段时间内气压的变化，还可以获得机器高度的数据，为进一步的数据处理做好准备。

有了气压计，户外运动员就可以直观地知道自己的海拔高度。未来的导航地图不仅可以知道我们在哪里但连楼我们在哪里，这是未来导航发展的一个必然趋势。虽然可穿戴设备只能检测人们每天走的步数，但拥有一个气压计还可以检测走的楼梯数，这使得卡路里消耗数据更加准确。

可穿戴智能设备的出现给我们带来了全新的生活方式。可穿戴智能设备的各种功能依赖于各种传感器功能的整合与创新。因此，有必要开发更精确、小型化、集成化的传感器来满足需求。未来，随着现代“电子—传感器”技术的不断推进，可穿戴设备将一如既往地继续向前发展。

Ⅲ可穿戴传感器的优势

1.运动、环境和生物传感器的重要性

最早的可穿戴设备是基于三轴加速度传感器的简单计步器。随后，包括压力传感器和陀螺仪在内的复杂器件很快出现在市场上。这些设备使可穿戴设备能够识别穿戴者正在参与的活动类型，如走路、跑步、爬山等。同时，温湿度传感器使可穿戴设备能够更精确地测量运动过程中消耗的卡路里等参数。

可穿戴设备集成更多传感器的趋势将在未来几年加速。特别是，我们将看到越来越多的集成运动和环境传感器，以及新兴的生物传感器。生物传感器现在用于独立的可穿戴医疗监护仪，许多消费设备现在提供心率测量功能。但在未来几年，消费设备将集成更广泛的生物传感器，如测量血氧水平、血压和血糖水平的光谱传感器，以及确定汗水水平和pH值的皮肤电阻传感器。

2.集成更多传感器的优势

集成更多传感器的明显优势是增加了设备的功能，使其可以测量更多的参数。此外，还可以提高采集数据的准确性。

例如，利用来自其他传感器的信息来确定佩戴者所从事的活动类型，有助于选择更合适的算法来处理来自加速度传感器的输入信息，使活动跟踪更加准确。此外，来自多个传感器的数据的组合，使该设备能够提取更多有用的信息为用户。

3.麦克风完成可穿戴设备的功能

除了上面提到的运动、环境、生物传感器，可穿戴设备还可能增加麦克风传感元件的使用。但目的不是向佩戴者提供更多的信息，而是帮助设备感知其使用上下文，以确定哪些信息对佩戴者有用，以及如何最好地传达该信息。例如，如果设备听到喷气发动机的轰鸣声，就可以推断出佩戴者正在飞行，并监测其已经坐了多长时间，然后调整睡眠和运动的建议，帮助佩戴者更有效地应对疲劳和脱水。

Ⅳ 传感器和可穿戴设备之间的联系

可穿戴设备的快速发展离不开传感器的作用。不同的传感器为设备提供大量丰富的数据，并显示所需的信息指标。可穿戴设备随着集成传感器的发展而发展。可穿戴设备市场增长的关键之一就是传感器。不同的可穿戴产品面对不同的用户，有不同的用途，内置的传感器也不同。

 

传感器发展占各领域需求的比重

可穿戴设备的功能和可靠性是用户最重要的特征之一。随着越来越多的可穿戴设备的出现，对用户提出了更高的要求。传感器的尺寸、质量、功耗、可靠性、稳定性等都会影响到可穿戴设备的用户体验、佩戴舒适度、功耗等。可穿戴智能设备的各种功能依赖于各种传感器的集成和创新。

目前大部分可穿戴设备都很轻，而且体积越来越小。们不仅要满足人体工程学设计还要有对可靠性、功耗、以及各种恶劣环境的要求。因此，有必要开发更精确、小型化、集成化的传感器来满足这一需求。

Ⅴ 一、可穿戴式传感器的潜在发展方向

未来，传感器对感测多个物理信号的功能要求以及环境感知应用对实时工作传感器处理的需求将继续增长。传感器技术的潜在发展方向：多传感器融合；选择具有良好生物相容性的传感器材料；在低功耗下实现高灵敏度。

首先，可穿戴设备将集成更多的传感器。这一趋势将在未来几年加速发展。人们对可穿戴设备的需求不断增加，这就需要更多传感器的集成。集成更多传感器的明显优势是增加了设备的功能，使其可以测量更多的参数。此外，还可以提高采集数据的准确性。

其次，可穿戴设备需要更好的人体工程学设计，以更好地贴合人的四肢。因此，在新材料的应用，以及柔性可穿戴电子传感器的高分辨率、高灵敏度、快速响应，以及低成本制造等方面仍是一大挑战。

最后，可穿戴设备持续提升产品电池续航能力、降低能耗的关键技术是电池能量密度和环境能量。但就目前的技术而言，改变电池的性能是不可行的。可穿戴设备只能通过选择备用电池和降低传感器的功耗来间接增加设备的使用寿命。

苹果公司前首席执行官约翰·斯卡利曾经说过：“可穿戴技术将对日常生活产生巨大影响。我们正站在感官革命的起点。可穿戴设备允许被动传感器监测许多不同的东西。”