Apple Watch 心率传感器的秘密


 

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很多人购买 Apple Watch 可能并不是因为这款产品本身,而是冲着苹果这个品牌去的,亦或者是因为周围的人都下单了。所以在我身边就发生了这么一件事:某天晚上,远道而来的广州同事去了三里屯的 Apple Store 试戴,回来后默默地把手表给退了……

当然了,Apple Watch 还是有亮点的,比如吸引我的并不是它的手机辅助工具的功能属性,而是它所开启的全新沟通模式:你可以手绘涂鸦传递信息(Android Wear 在最新的更新版本中也加入了 emoji 和手绘功能),更重要的是你可以把你火热的心跳图像传给另一端的她/他,满满的爱意和浓浓的暧昧。而要实现这一功能就离不开 Apple Watch 内置的心率传感器了,虽然它的主要功能点是在健康监测方面。

苹果官方近日公布了其内置心率传感器的工作原理。苹果的技术支持文档显示,Apple Watch 的心率测量周期是每 10 分钟测量一次,并将数据存储在健康 app 中。这些检测信息,再结合收集到的其他数据,计算佩戴者的卡路里消耗量。

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在心率传感器上,Apple Watch 采用的是光体积描记器(Photoplethysmography,PPG),原理如下:

血液之所以呈现红色,是因为它反射红光并吸收绿光。Apple Watch 使用绿色 LED 灯,配合对光敏感的感光器,可以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,流经手腕的血液会减少,吸收的绿光也会随之减少。Apple Watch 内置的两颗绿色 LED 灯可以每秒闪动数百次, 从而计算出每分钟的心跳次数,也就是心率。

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上面讲到的利用绿光 LED 的光体积描记器测量心率更像是一种备选方案,因为在十分钟测量一次心率的周期里,Apple Watch 利用的是红外线。但在“红外线测量无法读取足够的数据时,Apple Watch 会切换至绿色 LED。”

此外,为了应对对心率信号进行补偿,避免信号过弱影响读数,苹果表示对心率传感器进行了针对性的设计,比如提高 LED 亮度和采样率。

除了上面这些技术层面的手段外,苹果在文档中也特别指明,不恰当的佩戴方式也会影响心率的采样和准确性。这一点让我想到了在 Apple Store 试戴时,店员多次提醒要让 Apple Watch 紧贴手腕,并在我试戴的过程中悉心地调整表带的宽松程度。

实际上,除了上面谈到的佩戴方式对心率测量的影响外,很多外部的因素也需要考虑在内。比如文档中讲到的皮肤血流量。 很多人尤其是男性,都会注意到在夏天比较热的时候,手臂上的血管会狰狞地鼓起,血量很足,而在冬天天气寒冷的室外,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。

苹果在文档最后讲到,在“节率运动”和“无规律运动”中,心率测量的准确性可能会存在差异。其实可以简单地理解为无氧运动如乒乓球、拳击和有氧运动如跑步、骑车这两类运动中,后者的心率测量会相对准确一些。

监测心率只是测量和计算运动量的一个手段,Apple Watch 还会结合加速度计、GPS 等其他传感器来计算运动和锻炼情况。

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