Mems датчики для измерения пульса. Как работает датчик пульса

Пульс человека - дело тонкое, и это точно знают бегуны, велосипедисты и все, кто занимается циклическими видами спорта. И если раньше всё было просто: выбрал модель, обвязал вокруг груди ремень с датчиком - и бегом на трек, то сегодня перед покупателем пульсометра стоит ещё один выбор. На рынке появились оптические модели мониторов сердечных ритмов, которые не требуют нагрудного ношения: всё что нужно - это надеть устройство на запястье подобно обыкновенным часам.

Казалось бы - теперь ещё проще! Однако, пользователи задаются вопросом: а не уступает ли технологическая новинка классике в точности измерений? Что ж, зададимся этим вопросом и мы - и попробуем разобраться в истине.

Электрокардиография

Для начала рассмотрим, как работает нагрудный пульсометр. Фактически это устройство представляет собой упрощённую версию всем знакомого электрокардиографа: 2 датчика-электрода (вместо 12) встроены в ремешок, который плотно прилегает к груди спортсмена. Датчики считывают информацию об электрических полях, образующихся при сокращениях сердца, и через трансмиттер отправляют данные на приёмник - спортивные часы или смартфон. Раньше для передачи данных использовались провода, современные же модели научились прекрасно работать с Bluetooth.

Кстати, место, с которого электрод считывает данные о пульсе, называется в медицине отведением. А теперь вспомните: когда в поликлинике кардиолог крепит к вам электроды электрокардиографа, он использует не только участок на груди. В ход идут отведения с щиколоток и запястий. Регистрировать работу пульса с запястья куда удобней и практичней, нежели с грудной клетки. Эта максима взята за основу в конструкции оптического пульсометра.

Оптическая плетизмография

Если для нагрудного пульсометра данные представляют собой отображение частоты электрических колебаний, для оптического монитора - это амплитуда волны света, отражённого от капилляров.

Работает это так: при мышечных сокращениях сердца капилляры, несущие кровь, сужаются и расширяются. Когда капилляр сужен, кровь внутри него находится в более плотном состоянии. Оптический пульсометр через светодиоды отправляет к капиллярам пучок фотонов, которые, отражаясь от массы кровотока, возвращаются к устройству. Приёмник считает количество вернувшихся фотонов, и, если их стало меньше, чем в прошлый раз, - значит капилляр расширился, кровь стала менее густой, и часть фотонов рассеилась в ней. Пульсометр регистрирует сокращение пульса. Вот так всё просто.

Принцип работы фотоплетизмографа

Для нас эта научно-популярная выкладка означает следующее: мы надеваем пульсометр на запястье и - готово: не нужны никакие нагрудные ремни! Однако, самое время поговорить о точности измерений пульсометров.

Точность данных

Сама по себе технология оптической плетизмографии довольно точно определяет пульс при условии качественной конструкции устройства и отсутствии агрессивного влияния окружающей среды: ярких солнечных лучей, обильного дождя и т.д. Технически фотоплетизмография может не уступать электрокардиографии в точности измерений. Если в последней электроды получают данные об электромагнитных полях регулярно, оптический датчик может дать сбой при недостаточной интенсивности излучения во время максимальной целевой зоны бега или нециклической физической активности.

Фотодиодные сенсоры принимают вернувшийся сигнал

Для того, чтобы снизить вероятность ошибки, оптические датчики оборудуются светодиодами, излучающими зелёный свет: он имеет длину волны с максимальным световым поглощением (500 - 600 нанометров). Однако неплохо себя показывают также жёлтые или красные светодиоды.

Оптический датчик зелёного цвета на умных часах Garmin Fenix 3

Наручные мониторы сердечного ритма не являются медицинским оборудованием, и производители пульсометров не дают точные характеристики каждого аспекта конструкции датчика. По этой причине полагаться приходится на опыт. А значит - обратимся к исследованиям.

Результаты наиболее авторитетного исследования точности оптических пульсометров опубликованы в еженедельном журнале Американской медицинской ассоциации Jama Cardiology от января 2017 года. Сотрудники кардиологического института Кливлендской клиники изучили работу пяти устройств: оптических Mio Alpha, Basic Peak, Apple Watch, Fitbit Charge HR и нагрудного пульсометра Polar H7. Полученные данные сравнили с показаниями профессионального медоборудования. 50 добровольцев (28 женщин и 22 мужчины) со средним возрастом 37 лет подвергли устройства испытаниям в условиях покоя, ходьбы и бега различной интенсивности. Polar H7 показал лучший результат в 99% точности измерений. Оптические модели немного отстали: 91% точности у Mio Alpha и Apple Watch, 84% у Fitbit и 83% у Basic Peak.

В заключении учёные отметили, что оптические пульсометры непригодны для лечения и диагностики сердечных заболеваний, однако предоставляют неплохую картину сердечных сокращений людям, увлекающимся спортом.

Материалы другого крупного исследования были опубликованы в Journal of Personalized Medicine. Работу провели сотрудники Стэндфордского университета. 60 людей (31 женщина и 29 мужчин) со средним возрастом 38 лет в различных условиях протестировали 7 устройств, включая уже упомянутые модели (Mio Alpha второй версии), а также Samsung Gear S2, Microsoft Band и PulseOn. Устройства показали наиболее точные результаты во время велосипедных занятий и менее точные - во время беговых упражнений. Тем не менее, среднее количество ошибок для всех пульсометров не превысило допустимое значение в 5%. Для беговых упражнений средний процент ошибки составил 2,5% у Apple Watch, 4,9% у PulseOn, 5,6% у Microsoft Band; и 6,5-8,8% у остальных 3 устройств с худшим результатом у Samsung Gear.

Что касается других востребованных брендов, нам удалось найти публикацию данных исследования Техасского университета, в котором фигурировала модель Garmin Forerunner 225. Ошибка измерений для этой модели была в пределах 7,87% и 24,38% в зависимости от условий и интенсивности бега.

Портал Wareable также привёл мнения нескольких экспертов. Создатель системы измерения сердечного ритма MyZone Дейв Райт считает, что оптические пульсометры отлично справляются со своей задачей, если использовать их во время бега или ходьбы. Такого же мнения придерживается директор клинических испытаний компании Valencell Крис Эскобах: «оптические датчики показали сравнимый с нагрудными моделями процент ошибки. Их точность в наших тестах составила 91%. Разумеется, если вы будете использовать наручный пульсометр во время занятий кроссфитом (комплексные физические тренировки) или тяжёлой атлетикой, датчик может давать серьёзные сбои. При подтягиваниях на перекладине или занятиях на тренажёрах он и вовсе может выключиться. Над этим нам ещё предстоит работать».

Крис Эскобах - физиолог из компании Valencell

Напоследок упомянем о небольшом личном опыте из нашей редакции. Наш сотрудник Владимир, готовясь к Московскому марафону 2017, попеременно использовал часы Polar M430 и нагрудный пульсометр Runtastic. Ощутимых расхождений в измерениях обоих устройств замечено не было. Оба пульсометра вполне справились со своей задачей - помочь в подготовке к марафону.

Володя на Московском марафоне (на руке оптический пульсометр)

Умные часы и браслеты

Оптическими датчиками измерения частоты сердечных сокращений сегодня оборудуют не только фитнесс-браслеты, но и модели умных часов, что является ещё одним подспорьем в выборе: устройство, которое всегда под рукой (вернее - на руке) дополнительно предоставляет вам информацию о пульсе.

Наиболее продвинутыми в этом отношении брендами являются Polar, Garmin и Suunto. Эти конкурирующие компании с каждым новым поколением своих устройств улучшают технологии измерения частоты пульса. Вкратце рассмотрим их продукцию.

Garmin ранее использовала датчики измерения пульса от канадской компании Mio Global, однако, начиная с модели Forerunner 235, компания представила миру собственную технологию под названием Elevate. Технология присутствует в линейках смарт-часов Garmin Fenix и Forerunner, а также фитнесc-трекерах Vivosmart. Последние модели умных часов Forerunner 935 и Fenix 5 вы можете приобрести в нашем магазине.

Garmin Forerunner 935

Suunto в пульсометрах и линейке умных спортивных часов Spartan использует оптические датчики американской компании Valencell, уже упоминавшейся в нашей статье. Valencell специализируется на биометрических датчиках, и их измеритель частоты сокращений пульса является эталонным на сегодняшний день. Умные часы и пульсометры Suunto можно приобрести у нас.

Suunto Spartan Ultra

С Valencell конкурирует финская компания Polar Electro, использующая собственные технологии в разработке датчиков измерения пульса. Кстати, именно Polar в 1982 году впервые представила миру беспроводной пульсометр под названием Sport Tester PE 2000. Сегодня оптические датчики Polar присутствуют в линейках умных часов и фитесс-браслетов компании.

Каков итог?

Есть две категории людей, которым оптические пульсометры не подойдут. Это пациенты, нуждающиеся в точной медицинской диагностике работы сердца, и профессиональные спортсмены, также следящие за каждым ударом пульса. И тем и другим точные показания сердечных сокращений необходимы для здоровья, а потому даже небольшое расхождение с реальными показателями имеет значение.

Что же касается людей, увлекающихся спортом непрофессионально или просто делающих пробежки, оптические пульсометры для них - самый удачный выбор. Во всех вышеописанных исследованиях оптические датчики прекрасно справлялись с задачей дать владельцу картину о работе сердца в различных целевых зонах бега.

Оптическим пульсометрам ещё предстоит покорить мир: технологии будут совершенствоваться, показатели - максимально приближаться к абсолютно точным значениям. Но уже сегодня нет никаких причин не воспользоваться этой удобной и замечательной технологией. Мы, например, уже пользуемся!

Если вы хотите лучше следить за своей общей физиологической способностью, необходимо внимательно отслеживать частоту сердечных сокращений. Как показала практика, наилучшим образом это можно сделать с помощью нагрудного монитора сердечного ритма. В нашем обзоре мы поможем вам выбрать лучший нагрудный пульсометр.

Пульсометр нагрудный и в спортивных часах/фитнес-браслете: в чем разница?

Трекеры для измерения пульса в нагрудных ремнях обеспечивают наиболее последовательное и точное считывание сердечных ударов, нежели спортивные часы на руке. Это благодаря более высокой частоте считывания и меньшему их колебанию на теле. Тем не менее, не все спортсмены считают ремень удобным, уж тем более, если пользователь не умеет . Больше всего он подойдет бегунам или велосипедистам, но не для фитнес залов. Некоторые пловцы используют нагрудный пульсометр, хотя есть замечания, что он сдавливает грудную клетку и приносит дискомфорт.

В настоящее время многие фитнес-браслеты и умные часы включают оптический датчик сердечного ритма. Вместо измерения электрических импульсов, как в случае с ремнем, он использует свет для чтения пульса кровотока через кожу. В то время как эти гаджеты более удобны, оптические сенсоры не так точны и не всегда являются лучшим выбором. Они не станут хорошим компаньоном для людей, которые участвуют в высокоинтенсивном интервальном тренинге и других тренировках, во время которых случаются резкие изменения в частоте сердечных сокращений.

Есть три группы ремней с пульсометрами: одна по беспроводной сети подключается к смартфону или ПК, а другая использует сочетание двух датчиков, которые общаются друг с другом. В данном случае, используется устройство на запястье — будь то спортивные часы или фитнес-браслет, — которое обеспечивает беспроводное соединение с нагрудным ремнем. Третья группа способна подключаться как к смартфонам и ПК, так и фитнес-браслетам и часам. Связь с периферийными устройствами осуществляется с помощью канала Bluetooth или ANT+.

Используя ремень первой группы, у спортсмена не будет немедленной обратной связи при работе с нагрудным пульсометром, поскольку он не имеет дисплея. Все данные из его памяти будут переданы на смартфон или ПК после тренировки. В противном случае, телефон придется брать с собой на пробежку.

Тренируясь с ремнем второй группы, есть возможность наблюдать сердечный ритм и другие данные прямо на экране часов во время занятий.

В любом случае, решать именно вам, какой вид предпочтительнее.

Топ 5 нагрудных пульсометров

Сегодня на рынке существует множество моделей ремней для точного отслеживания сердечного ритма. Мы предлагаем обзор нагрудных пульсометров, которые предоставляют самые точные данные ЧСС, по сравнению с фитнес-браслетами и спортивными умными часами.

Ремень Tickr X включает в себя датчик, который подсчитывает повторения во время силовой тренировки и записывает расширенные показатели упражнений, такие как вертикальные колебания тела и время контакта с землей во время бега, а также фиксирует скорость и расстояние. Любители велосипедов смогут оценить каденс при использовании приложения Wahoo Fitness.

Этот нагрудный ремень с пульсометром надежно отслеживает сердечный ритм во время тренировок и отправляет данные через ANT + и Bluetooth на любое устройство, которое у вас есть под рукой, будь то телефон на Android/iOS или какой-нибудь фитнес-трекер. Tickr X имеет встроенную память до 16 часов информации, которую вы можете просмотреть в приложении позже.

Устройство предоставляет обратную связь с пользователем с помощью двух небольших мигающих светодиодов, один из которых — красный — указывает на то, что ЧСС обнаружена, а другой — синий — оповещает о том, что Tickr X подключен к другому устройству.

Другим типом обратной связи является вибрация во время определенных действий пользователя. Например, когда трекер запрограммирован на запуск или остановку музыкального трека при касании к нему.

Fitness Tickr X не только позиционирует себя как пульсометр для бега с нагрудным датчиком, но и вполне подходит для любителей фитнеса. Он предлагает больше, чем любой другой нагрудный пульсометр из нашего списка, поэтому мы присвоили ему первое место в этом рейтинге.

• Работа с большим количеством приложений
• Водонепроницаемость
• Обратная связь с пользователем
• Есть Bluetooth и ANT+

• На подключенном устройстве (спортивных часах или фитнес-браслете) можно просмотреть только данные ЧСС — другие показатели просматриваются лишь с помощью приложений
• Непригоден для плавания

Разработанный специально для триатлетов, нагрудный пульсометр Garmin с маленьким и легким трекером регулируется для удобства как в воде, так и на суше. Этот ремень можно использовать не только пловцам, но и спортсменам в тренажерном зале в качестве традиционного монитора сердечного пульса. Трекер отправляет данные сердцебиения в реальном времени на сопряженные часы с помощью технологии беспроводной передачи ANT+ (вместо Bluetooth LE).

Когда вы плаваете, датчик сердечного ритма хранит до 20 ч информации о ЧСС, а затем, когда вы выходите из бассейна, он передает ее на подключенные часы Garmin. Это связано с тем, что сигналы ANT+ не могут проходить сквозь воду.

Нагрудный пульсометр HRM Tri совместим с такими моделями часов Garmin:

Кроме стандартных показателей сердечного ритма при беге, HRM Tri обеспечивает динамику движений, включая частоту шагов, вертикальное колебание тела и время контакта с землей (используя его с Epix, Fenix 3 и Forerunner 920 XT).

В бесплатном онлайн-сообществе Garmin Connect можно хранить данные, планировать свои тренировки и делиться результатами с другими пользователями. Вы можете просматривать подробные показатели плавания, включая графики сердечного ритма, скорость плавания, тип удара, картографирование и многое другое. А также отслеживать статистику активности: ежедневные шаги, расстояние и количество сожженных калорий.

Garmin HRM Tri — отличный нагрудный пульсометр для плавания, фитнеса, бега и езды на велосипеде с прочной конструкцией и точными показателями.

• Прочная конструкция
• Подходит для плавания
• Работает с часами Garmin

• Дорогой
• Только ANT + (нет Bluetooth LE)

Красивый и маленький нагрудный пульсометр Suunto Smart Belt прекрасно сочетается со спортивными часами Suunto AMBIT3 с использованием Bluetooth 4 Smart LE.

Главной чертой этого пульсометра для груди является то, что он не показывает информацию в реальном времени из-за отсутствия дисплея, а записывает все данные в память. Включить датчик пульса на ремешке можно с помощью приложения, доступное через смартфон или умные часы Suunto AMBIT3. Затем можно идти тренироваться: бегать, плавать, заниматься фитнесом. Точные данные о частоте сердечных сокращениях и сжигаемых калориях перейдут в программное обеспечение MOVESCOUNT для ведения журнала и последующего анализа. Выключить устройство необходимо также через ПО.

Поскольку пульсометр имеет технологию Bluetooth, он также будет работать с многими другими приложениями для фитнеса на iOS и Android.

Suunto Smart Belt — самый маленький Bluetooth Smart-совместимый датчик сердечного ритма на рынке, который измеряет сердечный ритм с большим комфортом и точностью.

• Компактная удобная посадка
• Предоставляет точные данные
• Водонепроницаемый
• Совместим как с iOS, так и Android
• Работает с приложением-компаньоном на смартфоне

• Со временем теряет эластичность, что приводит к плохому контакту с кожей, а в последствии — неточным данным
• Плохо спроектированное и неудобное приложение MOVESCOUNT

Пульсометр нагрудного ремня Polar H10 имеет встроенную память, имея возможность хранить один тренировочный сеанс до 65 часов перед синхронизацией с телефоном. Включается датчик с помощью приложения в смартфоне, а затем по окончанию тренировки вы сможете просмотреть данные о своем сердечном ритме.

Отсутствие экрана на устройстве ремня не дает возможности обратной связи в реальном времени. Поэтому можно использовать его с совместимым оборудованием для тренажеров этой же компании, а также умными часами и велосипедными компьютерами Polar. H10 с помощью Bluetooth объединяется с большинством современных смартфонов (iOS, iPhone и Android) и работает с приложениями для занятий фитнесом.

Polar H10 не отслеживает сон, ежедневную активность и не считает шаги, однако в паре со спортивными часами Polar он намного улучшит чтение вашей производительности. А вместе с V800 вы можете получать данные о пульсе при плавании.

Компания известна хорошей работой своей продукции, поэтому нагрудный пульсометр Polar имеет отличную репутацию в плане надежности и точности показателей и почетное место в нашем рейтинге.

• Комфортный при носке
• Точные показания пульсометра
• Хорошее время автономной работы
• Водонепроницаемый
• Работает со сторонними приложениями
• Не требует использования смартфона
• Передает данные о ЧСС в экшн-камеры GoPro Hero 4 и 5

• Платные общие функции в собственном приложении
• Высокая цена

Нагрудный датчик MZ-3 имеет уникальный подход к использованию данных о сердечном ритме. Он использует пульс для вознаграждения пользователя на основе индивидуальных уровней его усилий. По сути, вы получаете баллы, основанные на ударах по различным диапазонам сердечного ритма. Количество баллов увеличивается с ростом вашей интенсивности.

В приложении имеется статистика конкурентов, где можно сравнить свои очки с друзьями и знакомыми. Этот игровой подход может применяться к любому упражнению, будь вы гребцом, бегуном или велосипедистом.

Включается трекер в том случае, когда обнаруживает контакт с кожей. Здесь не будет проблем с разрядкой батареи, если вы забудете отключить пульсометр через приложение в смартфоне, как в других нагрудных ремнях. Но есть риск запустить пульсометр, держа его просто в ладони. В этом случае устройство при включении и выключении подает характерный звуковой сигнал, чтобы оповестить пользователя.

Поскольку MZ-3 отслеживает ваш сердечный ритм, а не движения или шаги, он может быть в значительной степени применен к любому виду спорта — даже плаванию, так как он водонепроницаем до 5 АТМ. Датчик MZ-3 поддерживает ANT+, что позволяет ему работать со сторонними приложениями, такими как Strava или MapMyFitness, давая возможность передавать в них данные пульса и маршруты GPS во время бега или езды на велосипеде. Есть также спортивные часы MyZone MZ-50, которые можно спаривать с ремешком, чтобы обеспечить живую статистику во время тренировок.

Если вам нужна мотивация, а также точный показатель того, как много вы прикладываете усилий, мы рекомендуем MyZone MZ-3. Усилия вознаграждаются. Это делает MyZone MZ-3 надежным выбором для всех, начиная от фитнес-новичков и заканчивая профессионалами.

• Конкурентный элемент платформы MyZone мотивирует и стимулирует
• Точные показания ЧСС
• Мультиспортивная универсальность
• Длительное время автономной работы

• Не всегда очевидно, что трекер включен
• Может сползать во время плавания и интенсивных тренировок
• Родное приложение нуждается в дополнительных функциях
• Высокая цена

• Большинство мониторов сердечного ритма используют перезаряжаемые аккумуляторы. Однако некоторые используют батареи размером с батарейку в часах, которые иногда требуют замены.
• Не все мониторы сердечного ритма являются водонепроницаемыми. Если вы хотите поплавать с помощью нагрудного ремня, выберите тот, который рассчитан на занятия в воде.
• Чтобы очистить экран монитора и датчики сердечного ритма, аккуратно протрите их мягкой тканью. Для избавления от сильных пятен сначала слегка смочите ткань.
• Для чистки ремней используйте теплую мыльную воду. Высушите ремни на воздухе под солнцем.

Сравнительная таблица характеристик

Используйте горизонтальную прокрутку внизу таблицы

Батарея	Сменный аккумулятор CR2032	Сменный аккумулятор CR2032	Сменный аккумулятор CR2025	Сменный аккумулятор CR2032	USB, литиевый аккумулятор
Срок службы батареи	До 12 месяцев	10 месяцев (три тренировки 1 час в день)	До 500 часов	До 400 ч	7 месяцев автономной работы от заряда
Водостойкость	IPX7 (водонепроницаемый до 10 АТМ)	5 АТМ (50 м)	3 АТМ (30 м)	3 АТМ (30 м)
Датчик		Датчик сердечного ритма, акселерометр	Датчик сердечного ритма	Датчик сердечного ритма	Датчик сердечного ритма
Связь	Bluetooth 4.0 и ANT + (двухдиапазонная технология)	ANT +	Bluetooth	Bluetooth (поддерживает одновременные подключения)	Bluetooth, ANT +
Внутреннее хранилище		Да	Да. До 3 часов данных тренировки	Да	Да. До 16 часов данных тренировки
Частота сердцебиения	Да	Да	Да	Да	Да
Изменчивость сердечного ритма	Нет	Да	Нет	Нет	Нет
Отслеживание	Калории, вертикальное колебание и время контакта с землей	Каденция, длина шага, время контакта с землей, баланс времени контакта с землей, вертикальное колебание и вертикальное соотношение	Данные о сердечном ритме в реальном времени и сжигаемых калориях	Следит за частотой сердечных сокращений с несколькими целевыми зонами, а также сжигаемыми калориями, сделанными шагами и расстоянием	Контролирует частоту сердечных сокращений, калории и время
Статистика плавания	Сердечный ритм	Сердечный ритм	Частота сердцебиения	Передаёт информацию о частоте сердечных сокращений во время плавания на устройства, поддерживающие передачу 5 кГц	Нет
Особенности	Работает с такими приложениями, как RunFit 7-минутная тренировка и многое другое Отслеживает каденс во время езду на велосипеде в паре с приложением Wahoo Fitness	Специально разработан для триатлетов		Совместимость с крытым тренажерным залом Подключение GoPro Дает возможность выбрать свое любимое занятие из более 100 спортивных профилей и получить голосовое руководство в режиме реального времени во время тренировки	Живое отображение данных через мобильное приложение, часы или тренажеры в спортзале Интернет-журнал с настройкой цели, биометрическими данными, задачами, статусом и социальными каналами

Помните: если у вас есть какие-либо опасения по поводу вашего здоровья или уровня физической подготовки, проконсультируйтесь с вашим врачом. И всегда полезно проконсультироваться с персональным тренером при разработке упражнений и целей. Берегите себя.

Оптическая плетизмография основана на измерении пульса человека с использованием датчика и специальных светодиодов. Оптический сенсор на обратной стороне браслета или часов излучает свет на запястье с помощью светодиодов, который поглощается тканями организма, в том числе кровью. При этом кровь поглощает больше света, чем, например, кожный покров. Изменение количества крови в сосудах сказывается на уровне поглощения света, что и фиксируется датчиком. А специальный алгоритм на основе полученных данных определяет частоту сердечного ритма.

Как правило, для измерения пульса используются зеленые светодиоды. Дело в том, что, будучи красной, кровь отражает красный цвет и поглощает зеленый. Для измерения пульса необходимо максимальное поглощение: а именно свет с длиной волны от 500 до 600 нанометров. Зеленый цвет соответствует 510-550 нанометрам.


Оптические датчики довольно точно определяют пульс при ходьбе и беге, однако при существенном повышении частоты пульса, например, до 160 ударов в минуту, кровь начинает проходить через область датчика слишком быстро, что сказывается на точности измерений. Еще одним фактором, снижающим достоверность результатов, может стать снижение кровотока в холодную погоду.

Довольно новым и еще не получившим популярность у инженеров является способ механического измерения пульса с помощью пьезоэлектрического датчика давления. Данный принцип реализован в браслете HealBe Go. На датчик работает вся конструкция устройства: ремешок обеспечивает растягивающее усилие на краях пьезодатчика, а корпус браслета придает необходимую жесткость и опору.


Также существуют концепты гибких датчиков для измерения пульса на основе золотых нанотрубок. Два датчика фиксируются на коже в районе запястья и шеи и регистрируют пульсовые волны. А затем по сдвигу фаз между сигналами вычисляется относительная скорость пульсовой волны между артерией на шеи и артерией на запястье. В настоящее время ученые развивают данную технологию, и вполне возможно, что в ближайшем будущем мы увидим совершенно новые датчики-пульсометры.

А вы знали, что от бега бывают шрамы? Причем на грудной клетке. Конечно, не от самого бега, а от нагрудного пульсометра. Зачем нужны тренировки по пульсу, можно прочитать в .

Мне не повезло иметь конструкцию, при которой лента натирает, особенно на длинных дистанциях. Длительная тренировка около 30 км с пульсометром - гарантированные кровь-кишки натертости, боль в процессе и долго заживающие шрамы. Пробовала менять ленты, надевать ленту чуть выше и ниже, затягивать сильнее и слабее - безрезультатно. К тому же, нагрудный датчик пульса нужно регулярно стирать и менять в нем батарейку. Иначе он начинает бредить, часто в самый ответственный момент.

Все это изрядно раздражает, поэтому я давно хотела попробовать альтернативный вариант - оптический пульсометр . Выбор пал в пользу устройства Scosche Rhythm+ , которое мне удачно подарили на день рождения 😉 Что из этого получилось, читайте ниже. Осторожно: много графиков!

Как работает нагрудный датчик пульса

Нагрудный датчик пульса , он же нагрудный кардиомонитор (HRM strap, HRM band) - это эластичный ремень с двумя электродами в виде полосок из проводящего материала и кардиопередатчиком. Технология его работы построена на таком явлении как электрическая активность сердца, обнаруженном в конце 19 века.

Датчик крепится на груди, электроды увлажняются водой или специальным гелем для лучшей проводимости. В момент сокращения сердечной мышцы на коже регистрируется разность потенциалов - таким образом происходит измерение частоты пульса. С датчика информация по беспроводной технологии непрерывно передается на принимающее устройство: часы, велокомпьютер, фитнес-браслет, смартфон и т.п.

Как работает оптический датчик пульса

Оптический датчик пульса с помощью светодиодов просвечивает кожный покров мощным пучком света. Затем происходит измерение отраженного количества света, рассеянного кровотоком. Технология строится на том, что рассеивание света в тканях происходит определенным образом в зависимости от динамики кровотока в капиллярах, что позволяет отследить изменения пульса.

Оптические датчики требовательны к плотному прилеганию к коже (не работают через одежду) и расположению. Их работа построена на определении кровотока в тканях, поэтому чем больше тканей доступно для считывания, тем лучше.

Нагрудный и оптический датчик пульса для бегуна: сравним?

Почему Scosche RHYTHM+, а не встроенный в спортивные часы датчик пульса?

Самый очевидный вариант при выборе оптического пульсометра - купить спортивные часы со встроенным датчиком. Большинство относительно новых моделей часов известных производителей уже включают в себя эту опцию. На первый взгляд, удобно: все в одном, не нужно отдельно заряжать и надевать на себя еще одно устройство.

Но если присмотреться, то такой вариант имеет свои подводные камни. Первым из них для меня стало то, что оптический пульсометр должен плотно прилегать к коже, через ткань, даже самую тонкую, он не работает.

Мои основные тренировки обычно приходятся на конец осени и зиму - подготовка к весеннему марафону. К жаре адаптируюсь плохо, летом бегаю больше для поддержания, а прогресс и улучшение формы удается получить только по холодной погоде.

Часы при этом всегда ношу поверх рукава лонгслива или ветровки. Задирать рукав каждый раз, чтобы посмотреть на показания пульса и темпа - вообще не вариант. Особенно это касается бега на ПАНО, где пульс должен попадать в достаточно узкий коридор и его нужно все время контролировать, чтобы не ускакал выше.

Вторая причина, почему мне не подходит встроенный в часы датчик, обнаружилась уже во время тестирования, о ней ниже.

Оптический датчик пульса Scosche RHYTHM+: краткий обзор

Полное название устройства: Scosche RHYTHM+ Dual ANT+/Bluetooth Smart Optical HR .

Было выпущено в 2014 году. До сих пор считается одной из самых удачных и точных моделей среди оптических датчиков пульса. Подробнее можно почитать в мега-основательном обзоре на сайте Рэя , который DCRainmaker.

Так выглядит Scosche RHYTHM+, просто и с минимумом наворотов

Scosche RHYTHM+ — отдельное устройство в виде браслета с оптическим датчиком, которое надевается на руку и передает показания на любой гаджет, поддерживающий технологию ANT+ или Bluetooth Smart. Фактически это все современные спортивные часы, смартфоны (iPhone 4s и выше, Android 4.3 и выше) и другие устройства. Также работает с любыми приложениями, поддерживающими измерение пульса. Короче, полностью универсальная штука.

Scosche RHYTHM+ имеет три оптических сенсора

В комплекте к датчику идет USB зарядка, заявленное время работы 7-8 часов . Минус: индикация уровня заряда отсутствует. Я вышла из положения, просто ставя Scosche на зарядку после каждой тренировки.

Scosche RHYTHM+ на USB зарядке

По характеру Scosche - типичный интроверт. Все взаимодействие с внешней средой происходит при помощи единственного огонька, который во время зарядки устройства изредка мигает красным, во включенном состоянии — красным и синим, при выключении - снова красным, но чаще. Кнопка тоже одна, для включения достаточно просто нажать ее, для выключения - нажать и подержать. Другая коммуникация с устройством не предусмотрена, любители минимализма и голой функциональности оценят.

Размер браслета датчика регулируется при помощи липучек

Тестирование оптического датчика пульса Scosche RHYTHM+

Чтобы оценить точность оптического датчика по сравнению с нагрудным, я пошла самым простым путем: нацепила на себя двое часов, оба датчика и отправилась на пробежку. Scosche передавал показания пульса на Garmin 920XT, нагрудный датчик - на старый заклеенный изолентой заслуженный Garmin Forerunner 410.

Набор юного исследователя: часы 2 шт, датчики пульса 2 шт

В результате со всех тренировок было получено по два графика пульса - по версии каждого из датчиков. Затем для наглядного сравнения графики были наложены друг на друга. Подразумеваем, что показатели нагрудного пульсометра условно точны. Хотя с ним тоже не все так однозначно, как можно убедиться на одном из примеров ниже.

Почувствуй себя гиком. Весь январь бегала с двумя часами

За месяц были получены данные с разных типов тренировок :

• трусца на низком пульсе
• легкий бег на уровне аэробного порога (АП), в том числе с короткими ускорениями по 20-30 секунд (страйдами)
• бег в марафонском темпе
• темповый бег на уровне анаэробного порога (ПАНО)
• МПК-интервалы по 1 км
• повторы по 400 м

Посмотрим, что получилось.

Часть 1, неудачная

Если сидеть, стоять или ходить, то показания Scosche и нагрудного пульсометра совпадают практически полностью, отклонение не более одного удара (оптический датчик чуть запаздывает).

Пока не бежишь, датчики меряют одинаково

Попытка №1: легкий бег на аэробном пороге

Расположение по инструкции

На первую тестовую тренировку я надела только оптический датчик, т.к. уже пару раз успела с ним побегать, показания были вменяемые, подставы не ожидала.

Почти сразу начались глюки, но через пару километров вроде бы все устаканилось. Ровный бег на 150-154 по ровному Труханову, пробежала около 8 км, и тут бах! пульс подпрыгивает под 180 и не снижается. Задумалась, бежать в больницу или вызывать скорую на место. Для справки: до 180+ мое сердце удается разогнать только на интервалах по 1 км, ну или на финишном ускорении на соревнованиях. И это явно не медитативный бег и единение с природой, а счет выдохов, чтобы отвлечь мозг и дотерпеть последние несколько сот метров.

Показания оптического датчика при беге на АП, расположение по инструкции

На графике видно, что я 3 раза останавливалась, пыталась как-то поправить датчик, но безуспешно. Дальше бежала по темпу, пульс колебался от 175 до 180 . Почему именно эти устрашающие цифры? А потому, что примерно такой у меня каденс . Видимо, из-за неудачного (в моем случае) расположения при движениях рукой на датчик как-то хитро попадает свет, и он считает эти колебания вместо пульса.

Вывод: размещение датчика по инструкции мне не подходит.

Попытка №2: трусца

Расположение датчика: на запястье - как у встроенного в спортивных часах

Расположение как в часах, плотная фиксация с помощью подручных материалов

Результат еще печальнее, правильных показаний не было вообще, сплошной каденс. На графике пульса с нагрудного датчика (синем) все четко: видны подъемы и спуски с лестниц, остановка на светофоре.

Показания оптического (красный график) и нагрудного датчиков (синий) при трусце, расположение на запястье

Уже позже прочитала, что часы со встроенным датчиком рекомендуют надевать чуть выше, чем обычно, чтобы для считывания было доступно больше тканей. В моем случае это не помогает: и там, и там дефицит мягких тканей, одна кожа и кости 🙂

Вывод: размещение датчика на запястье (и часы со встроенным оптическим датчиком) мне не подходит.

Попытка №3: разминка / темповая работа на ПАНО 5 + 3 + 3 км / заминка

Расположение датчика: на бицепсе, с внутренней стороны. Подсмотрела такой вариант у Рэя (ссылка на его обзор выше), у него он работает. У меня - снова безобразие.

Показания оптического (красный график) и нагрудного датчиков (синий) при работе на ПАНО, расположение на внутренней стороне бицепса

Попытка №4: снова трусца

Расположение датчика: немного выше локтя, сбоку (спереди)

Местами Scosche даже работал правильно, но не удержался, чтобы не изобразить на графике темповую тренировку.

Показания оптического (красный график) и нагрудного датчиков (синий) при трусце, расположение выше локтя спереди

Здесь я задолбалась расстроилась и нажаловалась в фейсбуке на все эти продвинутые технологии. Автор подарка, который сам бегает с таким же пульсометром уже больше года, подсказал, что надевает его так, чтобы датчик располагался на внешней стороне бицепса. Ладно, еще одна попытка. И вуаля! Это помогло.

Часть 2, удачная

Расположение оптического датчика, которое у меня работает

Попытка №5: еще одна трусца

Расположение датчика: с внешней стороны бицепса

Идеальное совпадение графиков, включая отработку лестниц и переходов

Показания оптического (красный график) и нагрудного датчиков (синий) при трусце, расположение с внешней стороны бицепса

Попытка №6: темповая на ПАНО 5 + 3 + 3 + 1 км

Расположение датчика: там же

У нагрудного пульсометра получился чуть более сглаженный график, но все средние показатели на км совпадают.

Показания оптического (красный график) и нагрудного датчиков (синий) при темповой работе на ПАНО, расположение с внешней стороны бицепса

Попытка №7: легкий бег на АП + 6 коротких ускорений по 20-30 сек.

Расположение датчика: там же

Единственное различие в том, что оптический показывает более высокий пульс на страйдах. Кто из них прав, не знаю, но это не принципиально — для коротких ускорений пульс абсолютно не важен.

Показания оптического (красный график) и нагрудного датчиков (синий) при беге на АП с короткими ускорениями, расположение с внешней стороны бицепса

Попытка №8: интервалы 5х1км + повторы 4х400м

Расположение датчика: там же

На интервалах график с показателями оптического пульсометра чуть более «забористый», и есть небольшие запаздывания. Впрочем, отклонения мелкие, и на общую картину никак не влияют.

Показания оптического (красный график) и нагрудного датчиков (синий) при интервалах 5х1км, расположение с внешней стороны бицепса

А вот на повторах несовпадение графиков уже серьезнее, хотя, как и в случае с короткими ускорениями, по пульсу их никто не бегает.

Показания оптического (красный график) и нагрудного датчиков (синий) при повторах 4х400м, расположение с внешней стороны бицепса

Попытка №9: разминка / 13 + 5 км в марафонском темпе / заминка

Расположение датчика: там же

Здесь редкий случай - глюк нагрудного датчика . Его видно в начале синего графика, где пульс на разминке улетает на 180.

Как уже упоминалось, электроды нагрудного датчика для лучшей электропроводимости нужно смачивать - либо специальным гелем, либо водой. Лично я на них чаще всего просто плюю (пардон за натурализм), надеваю ленту и почти сразу выхожу на тренировку. Если не смочить электроды заранее, то поначалу пульсометр может глючить, но потом они увлажнятся естественным образом - с помощью пота.

Алгоритм был нарушен: в уже полностью одетом виде меня застал телефонный звонок, и выйти получилось только минут через 15. Лента высохла, да и на улице самоувлажняться не спешила из-за холода. Там видно еще одну остановку в самом начале М-темпа - тоже из-за телефона. При более высокой интенсивности процессы пошли быстрее, и нагрудный датчик пришел в чувство.

Еще был непонятный прыжок пульса по версии оптики во время легкого бега между работами - причину не нашла.

Показания оптического (красный график) и нагрудного датчиков (синий) при М-темпе, расположение с внешней стороны бицепса

Пожалуй, на этом с графиками пора завязывать.

С тех пор я полностью перешла на Scosche и попрощалась со шрамами. С подобранным местом расположения оптического датчика его показатели достаточно точны для моих целей, никаких заметных глюков больше не наблюдалось. Надеюсь скоро пробежать с ним марафон и наконец-то узнать, с каким пульсом я это делаю (до этого ни разу не бегала 42 км с пульсометром по понятным причинам).

Плюсы/минусы оптического датчика по сравнению с нагрудным

Удобство: не натирает, не сползает, не мешает

В нем не разряжается батарейка, что случается редко, но в самый неподходящий момент

Его не нужно стирать, в отличие от нагрудного, который в просоленном состоянии может показывать некорректные данные (при активных тренировках стираю ленту раз в неделю)

Его не нужно смачивать перед использованием

При подборе удачного места размещения оптический датчик достаточно точен для решения задач бегуна-любителя

Нагрудный или оптический пульсометр?

— нагрудный датчик по умолчанию точнее, технология его работы не требует танцев с бубном подбора оптимального расположения на теле и идеального прилегания

— оптический датчик в виде устройства (не встроенный в часы) нужно отдельно заряжать, а это еще +1 зарядка ко всей имеющейся куче проводов

Плюсы оптического датчика Scosche по сравнению со встроенным в часы

Путем экспериментов можно подобрать оптимальное место размещения, при котором показания будут наиболее точны. В случае с часами со встроенным датчиком пульса варианты ограничиваются запястьем - не у всех оптика работает корректно в этом месте (я тому пример).

Оптический датчик в виде отдельного устройства можно надевать под одежду, при этом показания выводятся на часы, надетые поверх рукава. Часы со встроенным датчиком должны прилегать к телу, что делает их использование в холодное время года неудобным.

Одним из востребованных направлений электроники является медицинская электроника. Данный класс электроники реализует диагностические и лечебные аппараты, решающие какие-либо медико-биологические задачи. Также для медицинской электроники свойственна большая точность и стабильность, так как от этой техники часто зависит жизнь человека.

Болезни сердечно-сосудистой системы на сегодняшний день являются наиболее часто встречающимися болезнями у человека после кариеса. Заболевания сердечно-сосудистой системы могут быть опасны не только для больного, но и для окружающих в те моменты, когда он управляет техникой или в других ситуациях, связанных с выполнением каких-либо ответственных действий.

Начиная с максимально простого и доступного, состояние здоровья сердца и сердечно-сосудистой системы можно определять по частоте сердечных сокращений или по пульсу. Пульс - это важнейший показатель качества физиологических процессов в организме, позволяющий судить о здоровом состоянии организма и его тренированности, о различных заболеваниях организма, причем не только сердца, но и других органов и систем. Пульс - это толчок крови в сосудах при сокращении сердца, производящий колебания стенок кровеносных сосудов. Пульс характеризуется следующими пара метрами: частота, ритм, напряжение и наполнение.

Возвращаясь к электронике, измерить пульс можно разными способами: при помощи оптопары (светодиод, фотодиод) на просвет части тела или на отражение, при помощи микрофонной техники, при помощи измерения электрической активности сердечной мышцы (ЭКГ), при помощи пьезодатчиков и даже по видеоизображению лица в новейших разработках и др.

Одним из самых распространенных и недорогих способов является оптический метод, который при должном подходе может давать достаточно точный результат. В самом простом варианте можно использовать светодиод и фотодиод, с последнего просто снимается сигнал. При сокращении сердца кровь по сосудам движется неравномерно в зависимости от работы сердца и сосудов. В соответствии с этой неравномерностью будет изменяться отраженный или просвечивающий сигнал от светодиода на фотодиоде. Усилив этот сигнал можно получить не только количество сокращений сердца по амплитудам сигнала, но и приблизительную кардиограмму.

Такие датчики в продаже можно найти нескольких исполнений от простейшей пары светодиод – фотодиод, до модулей с усилением и фильтрацией сигнала. Примером последнего является датчик pulsesensor.com, который мы будем сегодня использовать.

Схема датчика:

Технические характеристики датчика пульса:

• Напряжение питания от 3 до 5 В
• Ток потребления при напряжении питания примерно 2 мА
• Диаметр модуля 16 мм
• Тип выходного сигнала аналоговый
• Способ детектирования сердечных сокращений по отраженному сигналу

Подключив питание к этому датчику, с выходного контакта при помощи осциллографа можно получить приблизительную кардиограмму и по временному промежутку между пиками определить частоту пульса.

В качестве минусов данного метода необходимо отметить, что для получения стабильного результата нужно прикладывать датчик к пальцу с некоторым позиционированием и определенной силой прижатия (не сильно, но и не слабо), аналогично для мочки уха и шеи (т.к. на шее располагаются крупные артерии, именно там получается самый четкий результат). Также при измерении любое движение будет искажать результат. При использовании схема должна быть защищена от контакта с другими проводящими объектами, чтобы не допустить искажения и ослабления сигнала.

Однако использование осциллографа не всегда удобно или возможно, поэтому попробуем собрать самостоятельно простейший кардиомонитор.

Схема устройства:

Схема построена на базе микроконтроллера STM32F103C8T6. В качестве индикатора используется TFT LCD дисплей разрешением 240х320 c интерфейсом SPI на базе контроллера ILI9341. Питание схемы 3,3 В (при питании 3,3 В дисплей будет работать), что позволяет использовать Li-ion аккумуляторы при некоторой модернизации схемы для мобильности и безопасности устройства. Датчик пульса подключается к нулевому каналу АЦП1 микроконтроллера. Аналогично осциллографу по измерениям АЦП строится график на экране дисплея. По значению времени между пиками (отмеряется таймером микроконтроллера) кардиограммы определяем частоту пульса в единицу времени. Каждую миллисекунду происходит прерывание, в котором отсчитывается количество миллисекунд между пиками кардиограммы, то есть период. Для перевода в значение сердечных сокращений в минуту применяем формулу:

60000(мсек)/ΔT (мсек)

На экране устройства отображается приблизительная кардиограмма, получаемая с помощью датчика пульса и рассчитанное значение пульса в ударах в минуту. Таким образом, получаем простой недорогой кардиомонитор, функционал которого можно дорабатывать и дополнять.

Итак, получив данные о сердечных сокращениях, можно судить о здоровье следующим образом. У среднестатистического взрослого человека нормальный пульс составляет 60-80 ударов в минуту. У спортсменов это значение значительно ниже и более стабильно при физических нагрузках. У женщин обычно пульс чаще, а у детей в зависимости от возраста значительно чаще, чем у взрослых. Необходимо отметить, что учащение пульса возникает при физической нагрузке, при нервном напряжении, курении, потреблении чая, кофе и алкогольных напитков. Измерьте пульс в то время, когда вас посетили волнения и нервное напряжение. По величине отклонения пульса можно определить, что у вас уже имеется невроз. Наиболее нервные люди, часто волнуясь по пустякам, напрягают свою нервную систему, и тут же сердце реагирует учащенным пульсом, а сосудистая система - увеличением артериального давления. Вначале у таких людей появляется сердечно-сосудистая дистония, невроз сердца, а затем наступают серьезные заболевания сердечно-сосудистой системы. Если ваш пульс реагирует учащением на мелкие неприятности, то необходимо срочно дать отдых организму и заняться собственным оздоровлением. Учащение пульса более 100 ударов в минуту называется тахикардией и требует к себе особого внимания. По этому поводу вы обязательно должны показаться врачу. Понижение пульса до значения ниже 50 ударов в минуту называется брадикардией и также требует к себе особого внимания. По этому поводу вы обязательно должны показаться врачу, если только вы не являетесь спортсменом или не практикуете йогу. При сердечной недостаточности пульс очень медленный и слабый. Сердечная недостаточность требует обязательного вызова врача.

Ритм пульса определяется интервалами между отдельными пульсовыми ударами. У здорового человека пульсовые временные интервалы всегда одинаковы. Аритмия - это неправильность пульса, характеризуемая неодинаковыми интервалами. Неритмичный пульс может иметь несколько разновидностей. Экстрасистолия - это аритмия, связанная с появлением на интервале лишнего удара. Мерцательная аритмия характеризуется беспорядочностью пульса. Пароксизмальная тахикардия - это внезапное сильное сердцебиение.

Список радиоэлементов