В этой статье мы хотим рассказать Вам, как работает оптический датчик пульса, который устанавливается на все спортивные часы и фитнес браслеты.
Принцип работы оптического датчика очень прост!
Сам датчик состоит из светодиода и фотодиода.
Светодиод импульсами подает свет, который проходит сквозь кожу. При этом часть света поглощается кровью и тканями. Остатки света доходят до кости отражаются от нее и возвращаются обратно, остатки света улавливает фотодиод (он своего рода миниатюрная фотокамера).
И на основе того сколько света вернется на фотодиод, зависит частота пульса. Ведь чем больше крови в сосудах на данный момент – тем больше света будет поглощено. Соответственно меньше света вернется на сенсор датчика.
Количество крови в сосудах постоянно меняется. При сокращении, сердце перекачивает кровь, повышая давление в сосудах и расширяя их. А когда сердечная мышца расслабляется, давление снижается и сосуды сужаются. Таким образом, появляются пульсовые волны.
И, подавая световые импульсы с высокой частотой, а затем анализируя отраженный свет, мы можем, по сути, регистрировать объем крови в сосудах каждую долю секунды. И соответственно, рисовать пульсовые волны.
Этот метод называется PPG (ФОТО ПЛЕТИЗМО ГРАММА) и в идеале он может определять не только пульс, но и:
✔ Вариабельность сердечного ритма
✔ Уровень кислорода в крови
✔ Максимальное потребление кислорода(VO2max)
✔ Частоту дыхания
✔ И артериальное давление.
Среди прочих данных скорей всего вы заметили артериальное давление, и как мы знаем никакие часы не определяют этот показатель. Но почему, ведь возможности датчика позволяют это делать. А это самое интересное. Мы рассмотрели лишь теорию, идеальные условия.
На практике вместо линий пульсовой волны датчик улавливает крайне зашумленный сигнал. Найти среди этого шума нужную информацию — невероятно сложная задача.
Шум может дать внешнее освещение, солнце или лампы накаливания. Помехи, связанные с движением часов по коже, цвет кожи татуировки волосы загар. Все это также оказывает определенное влияние на поглощение и отражение света, излучаемого светодиодами.
Среди всего этого шума и помех, очень тяжело выделить пульсовую волну. Само движение может внести столько шума, что лишь одна тысячная доля света, собранная сенсором, будет содержать фактические данные о пульсе, а все остальное — бесполезный сигнал.
Тем неменее современные датчики сегодня выдают очень неплохой результат. Да они по-прежнему могут ошибаться в интервальных тренировках. Но с аэробными нагрузками они вполне справляються.
Это также подтверждается в исследовании опубликованном в 2017 году в журнале Journal of Personalized Medicine. В котором говорится о том, что фитнес-браслеты и смарт-часы определяют пульс во время занятий на велотренажере с погрешностью от 0.9 до 2.7%! Примерно такая же ситуация обстоит и с бегом, ходьбой или просто в состоянии покоя.
И это напоминаем исследования 2017 года.
Эксперты заявляют, что в последнее время точность определения пульса заметно выросла. Обусловлено это не только большим количеством датчиков, установленных на самом устройстве, но и заметно улучшилось качество алгоритмов. Также большую роль сегодня играют внедрение в производство нейросетей и программного обучения. Что прямым образом влияет на отсеивание шума при обработке света.
Также часы активно стали использовать гироскоп и акселерометр, дополнительные элементы определяющие контакт с кожей. Все это значительно улучшило точность.
Учитывая все это, мы предполагаем, что в скором времени функция (определения артериального давления) должна в скором времени появится и в спортивных часах.
Возвращаясь к точности, не можем не коснуться темы с якобы разоблачениями оптических датчиков, которые появлялись в сети пару лет назад. Люди одевали фитнес трекеры на колбасу и мерили пульс говоря, что все это обман.
Но как мы с вами уже успели разобраться, датчик не работает с пульсом как с таковым, он анализирует свет излучаемый светодиодом. Поэтому это никак не противоречит принципу его работы.
Вот пример:
Свет, проходит сквозь колбасу, часть его рассеивается, часть отражается и возвращается на датчик. В зависимости от предмета, уровень поглощения или отражения света может отличаться. Это не имеет большого значения. Важно лишь то, что в итоге определенное количество света все же вернется и попадет на фотодиод.
Затем устройство попытается среди всего шума (а по сути, весь свет в этом случае и будет шумом) найти хоть какой-то циклический ритмичный сигнал, напоминающий пульсацию крови. Здесь во внимание берется всё, начиная от мерцающей в комнате лампочки и заканчивая микро-вибрациями от бытовой техники или рук. Буквально всё, что может хоть отдаленно напоминать ритмичный сигнал, будет многократно усилен и интерпретирован, как пульс.
Но это не говорит о том, что такому датчику нельзя доверять. Можно, как только вы оденете часы на руку, он моментально поймает реальную пульсовую волну и начнет определять пульс.
Хочется отметить, что говоря про спортивные часы. Эта проблема (измерения пульса у неживых предметов) встречалась до 18 года.
Это не применимо к современным датчикам «Гармин» и «Polar» , которые уже не имеют данной проблемы. У «Суунто» она присутствует и сегодня, но сама философия этой компании никогда не делала большой упор на оптику, предпочитая использование нагрудные датчики. К этому выводу мы можем прийти, если начнем анализировать рынок, не зря ко всем флагманам и новинкам в подарок идет нагрудный датчик.
Ссылка на источник :https://deep-review.com/articles/toilet-paper-and-heart-rate/
Видео подготовлено магазином "Спорт Лайф"
Друзья, ▶ Вконтакте у нас стартовал розыгрыш, спортивных часов Polar Vantage M ,привилегированных скидочных карт и сертификатов на 8000 рублей! Всего будет 10 победителей! Условия просты, проходи по ссылке ▶ Вконтакте и участвуй!
С уважением, ваш "Спорт Лайф" , магазин спортивных часов и пульсометров POLAR, GARMIN, SUUNTO!
