Как работает фитнес-браслет: от акселерометра до пульсоксиметра
Разберёмся, как работает фитнес-браслет: акселерометр и гироскоп считают шаги, оптический PPG-сенсор измеряет пульс, пульсоксиметр определяет SpO2. Комбинация датчиков мониторит фазы сна.
Подсчёт шагов
Основным сенсором для подсчёта шагов в фитнес-браслете является акселерометр — электронное устройство, которое определяет ускорение при ношении на руке. Этот датчик измеряет ускорение по трём осям координат (X, Y, Z), что позволяет анализировать движение в пространстве и отличать ходьбу от других действий.
Акселерометр преобразует физические встряхивания в электронные импульсы и постоянно отслеживает изменения ускорения. Алгоритмы устройства распознают характерные колебания тела при контакте стопы с поверхностью и фиксируют их как шаг.
В более продвинутых моделях также используется гироскоп, который помогает точнее определять положение руки и фильтровать ложные срабатывания, например, при обычных взмахах рукой.
Измерение пульса
Для мониторинга сердечного ритма применяется технология фотоплетизмографии (PPG) — неинвазивный метод оптического измерения. Датчик состоит из светодиодов, излучающих свет (обычно зелёный), и фотодиодов, регистрирующих отражённый сигнал.
Принцип работы основан на том, что при сокращении сердца меняется интенсивность кровотока в сосудах, что влияет на количество поглощённого или отражённого света. Фотодетектор улавливает эти изменения объёма крови в мягких тканях запястья и преобразует их в данные о частоте пульса.
Для корректной работы оптических сенсоров браслет должен плотно прилегать к коже, чтобы исключить засветку и ошибки измерений.
Уровень кислорода в крови
Определение сатурации (SpO2) осуществляется с помощью модифицированной версии оптического датчика — пульсоксиметра. Устройство использует светодиоды, излучающие свет с разными длинами волн, обычно красный и инфракрасный.
Датчик анализирует не сам кислород напрямую, а состояние гемоглобина в эритроцитах, так как именно красные кровяные тельца переносят кислород по организму. Насыщенная кислородом кровь и дезоксигенированная кровь поглощают свет разных спектров по-разному, что позволяет гаджету вычислить процент SpO2.
Мониторинг сна
Трекинг фаз сна базируется на комбинации данных от акселерометра, гироскопа и пульсометра. Акселерометр фиксирует количество и амплитуду движений во сне: активное ворочание интерпретируется как признак лёгкой фазы или бодрствования, а неподвижность — как глубокий сон.
Дополнительную точность обеспечивает анализ вариабельности сердечного ритма и частоты дыхания, которые меняются в зависимости от стадии цикла сна. Некоторые трекеры также учитывают звуки и температуру запястья для более детальной картины отдыха.