Apple Watch心率傳感器的秘密,你想知道嗎?

2021-02-13 IT資訊速報

很多人購買Apple Watch可能並不是因為這款產品本身,而是衝著蘋果這個品牌去的,亦或者是因為周圍的人都下單了。所以在我身邊就發生了這麼一件事:某天晚上,遠道而來的廣州同事去了三裡屯的Apple Store試戴,回來後默默地把手錶給退了……

  當然了,Apple Watch還是有亮點的,比如吸引我的並不是它的手機輔助工具的功能屬性,而是它所開啟的全新溝通模式:你可以手繪塗鴉傳遞信息(Android Wear在最新的更新版本中也加入了emoji和手繪功能),更重要的是你可以把你火熱的心跳圖像傳給另一端的她/他,滿滿的愛意和濃濃的曖昧。而要實現這一功能就離不開Apple Watch內置的心率傳感器了,雖然它的主要功能點是在健康監測方面。

  蘋果官方近日公布了其內置心率傳感器的工作原理。蘋果的技術支持文檔顯示,Apple Watch的心率測量周期是每10分鐘測量一次,並將數據存儲在健康App中。這些檢測信息,再結合收集到的其他數據,計算佩戴者的卡路裡消耗量。

在心率傳感器上,Apple Watch採用的是光體積描記器(Photoplethysmography,PPG),原理如下:

  血液之所以呈現紅色,是因為它反射紅光並吸收綠光。Apple Watch使用綠色LED燈,配合對光敏感的感光器,可以檢測任意時間點流經手腕的血液流量。心臟跳動時,流經手腕的血液會增加,吸收的綠光也會增加;心跳間隔期,流經手腕的血液會減少,吸收的綠光也會隨之減少。Apple Watch內置的兩顆綠色LED燈可以每秒閃動數百次,從而計算出每分鐘的心跳次數,也就是心率。


上面講到的利用綠光LED的光體積描記器測量心率更像是一種備選方案,因為在十分鐘測量一次心率的周期裡,Apple Watch 利用的是紅外線。但在「紅外線測量無法讀取足夠的數據時,Apple Watch會切換至綠色LED。」

  此外,為了應對對心率信號進行補償,避免信號過弱影響讀數,蘋果表示對心率傳感器進行了針對性的設計,比如提高 LED 亮度和採樣率。

  除了上面這些技術層面的手段外,蘋果在文檔中也特別指明,不恰當的佩戴方式也會影響心率的採樣和準確性。這一點讓我想到了在 Apple Store試戴時,店員多次提醒要讓Apple Watch緊貼手腕,並在我試戴的過程中悉心地調整錶帶的寬鬆程度。

  實際上,除了上面談到的佩戴方式對心率測量的影響外,很多外部的因素也需要考慮在內。比如文檔中講到的皮膚血流量。很多人尤其是男性,都會注意到在夏天比較熱的時候,手臂上的血管會猙獰地鼓起,血量很足,而在冬天天氣寒冷的室外,手臂上的血管就不會凸起得那麼突兀了,這時候流經手臂的血液量也會少一些,甚至會低到心率傳感器無法讀取數值。

  蘋果在文檔最後講到,在「節率運動」和「無規律運動」中,心率測量的準確性可能會存在差異。其實可以簡單地理解為無氧運動如桌球、拳擊和有氧運動如跑步、騎車這兩類運動中,後者的心率測量會相對準確一些。

  監測心率只是測量和計算運動量的一個手段,Apple Watch 還會結合加速度計、GPS 等其他傳感器來計

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