测心率原理

手环采用的方法是光电容积脉搏波描记法，就是将具有一定波长的光束照射到皮肤表面时，这一段特定波长的光束将以透射或者是反射方式传送到光电接收器。

因为这一特定波长的光束会被皮肤表面的毛细血管吸收，而血流量的大小变化会改变对光束吸收的幅度，小米手环就是通过接收不同幅度（波长频率）的光束以检测光强度，来反映人体心率。

原理如下：

利用光透射或反射血管内流动的血液(脉搏)来检测脉率，通常情况下是等于心率的。目前绝大部分手环都是这一原理来检测心率，亦称光电法。

当前，绝大多数智能手环心率监测方法都采用了光电法，它们的明显特征是传感器部位都配备了绿色LED灯。

其测量心率的方法简单来说，就是基于物质对光的吸收原理，通过智能穿戴设备的绿色LED灯搭配感光光电二极管照射血管一段时间，由于血液是红色的，它可以反射红光吸而收绿光，在心脏跳动时，血液流量增多，绿光的吸收量会随之变大；处于心脏跳动的间隙时血流会减少，吸收的绿光也会随之降低。

因此，根据血液的吸光度可测量心率。

比较准确，用多了也不会有什么影响，测试心率的手机一般都内置一颗能够照射到皮下毛细血管的光源和检测器，把手指按在心率检测仪上，当心脏将新鲜的血液压入毛细血管时。

亮度（红色的深度）呈现如波浪般的周期性变化，通过检测器快速监测这一有规律变化的间隔，再通过手机内应用的扫描放大，再换算，从而判断出心脏的收缩频率。

一些能检测心率的手机都是带了一些传感器的。例如血氧心率感应传感器、紫外线传感器等等，搭载这些传感器芯片的手机还可以提供心率、血氧、紫外线强度的检测。当然这类功能一般手机自带的应用才会有。

手机上的心率测试原理：

1、PPG光电容积脉搏波描记法原理（PhotoPlethysmoGraphy）

这是在智能手机或手环中运用最多的工作原理，简单说就是用光的反射，根据血液中透光率的脉动变化，折算成电信号，再运用一定的算法折算成心率。

其依据的原理是一束固定波长的光束照射到皮肤表面时，光束将通过透射或反射方式把光传送到光电接收器，在这个过程中由于受到皮肤肌肉和血液的吸收造成衰减，检测器检测到的光强度将减弱。

而皮肤、肌肉组织等对光的吸收在整个血液循环中是保持恒定不变的，但皮肤内的血液容积会在心脏的作用下呈搏动性变化。

当心脏收缩时外周血容量最多，光吸收量也最大，检测到的光强度就最小。而在心脏舒张时，则反之，检测到光强度最大，使光接收器接收到的光强度随之呈脉动性变化。

之所以市面上大多数智能手环的LED灯是绿色的光，就是因为绿光在红色的血液中吸收率是最大的，用绿光检测对数据判断就最准确。

当一个人运动处于比较稳定的状态时，心率也是比较稳定的。只要检测到不同时间心脏的脉搏强弱，就可以通过算法计算出其相应的心率。

但是，这仅限于坐下、睡眠、走路、跑步这种运动比较稳定的情况下，如果是加速跑、减速跑、打篮球这种情况下，心率是忽高忽低，这种方法就很难算出准确的心率了。

另外，在剧烈运动时，由于皮肤大量出汗，汗液的对光吸收率不是固定的，也会影响测量精度。不过考虑到大多数智能手环的使用者大多数时候不需要检测剧烈运动时的心率作为健康管理的参数，这项缺陷也就可有可无了。

2、心电信号测量，类似ECG（心电图）

这种方法是用人体的电位差进行心率检测，跟医院里面做心电图类似。心脏周围的组织和体液都能导电，因此可将人体看成为一个具有长、宽、厚三度空间的容积导体。

心脏好比电源，每次心跳，心肌细胞的动作都会使人的体表产生微小的电极变化，而捕捉到这些电极变化，再经过算法就可以还原出心率跳动的频率。

百度百科-心跳检测

百度百科-PPG

百度百科-ECG（心电图）

近日，小米健康官宣了一项重磅功能，将小米健康升级至286版本，即可获取新增心率检测功能，通过摄像头即可测量心率，这也是国内首家系统级心率检测。

据了解，该功能的检测原理是通过摄像头检测血液流动影像，当手指轻贴摄像头时，闪光灯作为持续光源，可获取血液流动的影像，通过影像分析可以采集到稳定的脉搏波信号，从而获取心率值。

小米官方介绍，该功能采用自研本地AI心率识别算法，可精准识别的同时，还能针对不同运动状态（常规、静息、运动）呈现分类检测报告，心率评价更科学。不过官方也表示，该功能受外界因素（如温度、肤色、手臂晃动）的影响较大，可能出现检测数据不准确或无法生成结果等情况。数据仅供参考，不能代替医疗仪器。

目前，除小米CC9e、小米CC9Pro、小米CC9美图定制版、红米手机6A、Redmi 10X Pro机型外，MIU12机型全系支持小米健康心率检测功能。

小米手环是通过光电容积脉搏波描记法（PhotoPlethysmoGraphy，简称PPG）来监测心率的。原理采用的是光电透射测量法，原理上来说就是手环与皮肤接触的传感器会发出一束光打在皮肤上，测量反射/透射的光。因为血液对特定波长的光有吸收作用，每次心脏泵血时，该波长都会被大量吸收，血液是红色的，反射红光，吸收绿光，以此就可以确定心跳。。小米手环结合绿色LED光跟感光光电二极管，检测特定时间手腕处流通的血液量，从而获取心率信息。

有些因素会影响心率的测试结果准确性，不标准的佩戴方式会影响心率信号的测量，比如不完全贴合导致的漏光、手臂的摆动以及手环在皮肤上的轻微移动等，手环佩戴得过紧、手臂抬高和握拳等会影响血液循环，同样可能影响到心率信号。正确的测量方式将手臂平放，放松并保持静止，同时保证手环贴紧手臂。

注意：佩戴正确情况下，皮肤颜色、毛发、纹身以及伤疤等个体差异也可能会影响到心率信号。如果心率测试失败，测量心率时就要注意保持人处于静止状态，并将手环底部贴紧手臂不留明显缝隙，测量期间不要晃动手臂。

一般来说，心率监测的原理通常分三种：一种是光电透射测量法，原理上来说就是手环与皮肤接触的传感器会发出一束光打在皮肤上，测量反射/透射的光。因为血液对特定波长的光有吸收作用，每次心脏泵血时，该波长都会被大量吸收，以此就可以确定心跳。不过缺点是耗电量大，同时会受环境光干扰。目前市面上的智能手环或手表监测心率的功能多是采用了光电透射测量法。

还有一种方法是测试心电信号的方法，手环的传感器可以通过测量心肌收缩的电信号来判断使用者的心率情况，原理和心电图类似原理。缺点是电路比较复杂，占PCB空间比较大，易受电磁干扰，同时传感器必须紧贴皮肤，放置位置相对固定，所以很难有手环采用这种测量方式。

除此之外，还有振动式测量，最近才有产品出来。 因为每次心跳都会引起身体的震动，通过高精度的传感器捕捉这种震动，再经过信号处理可以得到心跳，一般来说，智能坐垫或智能按摩器一类的产品多会采用这种测量方法，手环则比较少见。

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