Оптический датчик пульса как работает. Samsung раскрыла секрет датчика сердцебиения. Более точные показания с нагрудного датчика ЧСС

Оптический диск

Опти́ческий диск

носитель данных в виде пластикового диска, предназначенный для записи и воспроизведения звука (компакт-диск CD), изображения (видеодиск), буквенно-цифровой информации, (CD-ROM, DVD) и др. при помощи лазерного луча. Первые оптические диски появились в 1979 г. Фирма «Philips» создавала их для записи и воспроизведения звука. Оптический диск состоит из жёсткой, оптически прозрачной основы, на которую нанесён тонкий рабочий слой и дополнительный защитный слой. Благодаря оптическому методу считывания оптические диски гораздо долговечнее грампластинок. Диаметр стандартного компакт-диска составляет 120 мм (4.5 дюйма), толщина – 1.2 мм, диаметр центрального отверстия – 15 мм. Изготавливаются CD-диски из очень прочной прозрачной пластмассы – поликарбоната или полихлорвинила. На одной стороне диска помещается этикетка, а другая сторона имеет зеркальную поверхность, переливающуюся цветами радуги. Это зона записи, спиральная дорожка которой состоит из питов – углублений различной длины. Расстояние между двумя соседними дорожками спирали – 1.6 мкм, т. е. плотность записи по сравнению с обычной грампластинкой больше в 100 раз. Ширина питов составляет 0.6–0.8 мкм, а длина их переменная. Она отражает длину последовательностей «1» записанного цифрового сигнала и может изменяться от 0.9 до 3.3 мкм. Информация в виде питов защищена от механических повреждений с одной стороны прозрачным материалом диска, а с другой – слоем пластмассы и этикеткой. По сравнению с механической звукозаписью имеет ряд преимуществ: очень высокую плотность записи и полное отсутствие механического контакта между носителем и считывающим устройством в процессе записи и воспроизведения. Музыкальные CD-диски записываются в заводских условиях. Подобно грампластинкам, их можно только прослушивать. С помощью лазерного луча сигналы записываются на вращающийся оптический диск цифровым кодом. В результате записи на диске образуется спиральная дорожка, состоящая из миниатюрных углублений и гладких участков. В режиме воспроизведения лазерный луч, сфокусированный на дорожку, перемещается по поверхности вращающегося оптического диска и считывает записанную информацию. При этом впадины считываются как единицы, а ровно отражающие свет участки – как нули.

Бесконтактное считывание информации с компакт-диска осуществляется с помощью оптической головки или лазерного звукоснимателя. Оптическая головка состоит из полупроводникового лазера, оптической системы и фотоприёмника, преобразующего световой в электрический. Считывающий лазерный луч фокусируется на спиральной дорожке с питами, находящимися в глубине диска. Головка никогда не соприкасается с диском – она находится всегда на строго определённом расстоянии от него, обеспечивающем нахождение дорожки из питов в фокусе оптической системы.

Технология мультимедиа позволяет объединить на персональном компьютере текст и графику со звуком и движущимися изображениями. В качестве носителей информации в таких мультимедийных компьютерах используются оптические компакт-диски CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory – т. е. память на компакт-диске «только для чтения»). Внешне они не отличаются от звуковых компакт-дисков, используемых в проигрывателях и музыкальных центрах.

Ёмкость одного CD-ROM достигает 650 Мбайт, по ёмкости он занимает промежуточное положение между дискетами и жёстким магнитным диском (винчестером). Для чтения компакт-дисков используется CD-дисковод. Информация на компакт-диск записывается только один раз в промышленных условиях, а на персональном компьютере её можно только читать. На CD-ROM издаются самые различные игры, энциклопедии, художественные альбомы, карты, атласы, словари и справочники. Все они снабжаются удобными поисковыми системами, позволяющими быстро найти нужный материал. Объёма памяти двух компакт-дисков CD-ROM хватает для размещения энциклопедии, превышающей по объёму Большую советскую энциклопедию.

Информационные оптические CD-диски предназначены для однократной (т. н. CD-R) и многократной (т. н. CD-RW) записи информации на персональном компьютере, оснащённом специальным дисководом. Это даёт возможность, подобно магнитофону, делать на них записи в домашних условиях. На диски CD-R можно сделать запись только один раз, а на CD-RW – многократно, как на магнитном диске или ленте, можно стирать предыдущую запись и на её место делать новую.

1 – компакт_диск; 2 – светопрозрачное покрытие, защищающее нанесённую на CD информацию от повреждения; 3 – отражающее покрытие (собственно носитель записи); 4 – защитный слой; 5 – фокусирующий ; 6 – лазерный луч; 7 – оптический расщепитель; 8 – фотодетектор; 9 – ; 10 – электродвигатель, вращающий диск

На смену существующим компакт-дискам приходит новый стандарт носителей информации – DVD (Digital Versatilе Disc или цифровой диск общего назначения). На вид они ничем не отличаются от компакт-дисков. Их геометрические размеры одинаковы. Основное отличие DVD-диска – в десятки раз более высокая плотность записи информации. Это достигнуто благодаря более короткой длине волны лазера и меньшему размеру пятна сфокусированного луча, что дало возможность уменьшить вдвое расстояние между дорожками. Стандарт DVD определён таким образом, что будущие модели устройств считывания будут разрабатываться с учётом возможности воспроизведения всех предыдущих поколений компакт-дисков, т. е. с соблюдением принципа «обратной совместимости». В 1995 г. фирма «Philips» разработала технологию компакт-дисков для повторных записей. Стандарт DVD позволяет значительно увеличить время и улучшить качество воспроизведения видеофильмов по сравнению с существующими СD-RОМ. Дисководы DVD представляют собой усовершенствованные дисководы CD-ROM.

Энциклопедия «Техника». - М.: Росмэн . 2006 .

Смотреть что такое "оптический диск" в других словарях:

Носитель данных в виде пластикового или алюминиевого диска, предназначенный для записи или (и) воспроизведения звука (компакт диск), изображения (видеодиск), буквенно цифровой информации и др. при помощи лазерного луча. Плотность записи св. 108… … Большой Энциклопедический словарь

оптический диск - Диск, содержащий цифровые данные, считываемые с помощью оптической техники. [ГОСТ 25868 91] Тематики оборуд. перифер. систем обраб. информации EN optical disk … Справочник технического переводчика

ОПТИЧЕСКИЙ ДИСК, в вычислительной технике компактное запоминающее устройство, состоящее из диска, на котором информация записывается и читается при помощи лазера. Самый распространенный вид это CD ROM. Аудио компакт диски также представляют… … Научно-технический энциклопедический словарь

Работа с оптическими дисками Оптический диск Образ оптического диска, ISO образ Эмулятор оптических дисководов Программное обеспечение для работы с файловыми системами оптических дисков Технологии записи Режимы записи Пакетная запись Типы… … Википедия

Носитель данных в виде диска из прозрачного материала (стекла, пластмассы и т. п.) с металлизиров. слоем, на к ром методом цифровой оптической записи сформированы микроскопия, углубления (питы), образующие в совокупности спиральные или кольцевые… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Носитель данных, предназначенный для записи или (и) воспроизведения информации с помощью сфокусированного лазерного излучения. Состоит из жёсткой (обычно оптически прозрачной) основы, на которую нанесены светочувствительный или отражающий слой и… … Энциклопедический словарь

оптический диск - 147 оптический диск: Диск, содержащий цифровые данные, считываемые с помощью оптической техники

», в которой рассматривались схема и конструкция ИК датчика для определения частоты пульса по изменению объема крови в артерии пальца. Такой метод относится к фотоплетизмографии - методу непрерывной графической регистрации изменений объема крови, отражающих динамику кровенаполнения сосудов исследуемых органов, части тела человека или животного, основанного на измерении оптической плотности. Однако спецификации датчика в этой статье не было. Несмотря на это, схема датчика была проста для повторения, причем можно было использовать различные ИК светодиоды и фотодиоды, и для корректной работы потребовалось бы лишь подобрать номинал токоограничительного резистора и резистора обратной связи.

В этой статье речь пойдет о модернизированной версии сенсора, получившей название Easy Pulse. В проекте используется специальный ИК-датчик TCRT1000 , который упрощает схему и конструкцию, так как ИК-светодиод и фототранзистор расположены в одном компактном экранированном корпусе. Его конструкция позволит снизить помехи от внешней засветки и повысить эффективность датчика. Конструктивно датчик представляет собой компактную печатную плату, содержащую также схему преобразования и нормирования сигнала. На выходе датчика мы получаем цифровые импульсы, синхронизированные с пульсом (Рисунок 1). Датчик может подключаться к АЦП или к цифровому входу микроконтроллера для дальнейшей обработки и вычисления значения пульса (количество ударов сердца в минуту).

Теория

Проект основан на принципе фотоплетизмографии, который является неинвазивным методом измерения изменения объема крови в тканях с помощью источника света и фотодетектора. Поскольку изменение объема крови синхронно с биением сердца, этот метод может использоваться для расчета частоты сердечных сокращений. Существует два основных типа фотоплетизмографии: один основан на пропускании света, другой на отражении. В первом случае световой пучок пропускается сквозь часть тела человека (например, через палец или мочку уха), а фотодетектор определяет результирующую интенсивность света, поэтому источник излучения и приемник располагаются напротив друг друга. Во втором случае источник света и фотоприемник располагаются на одной стороне, и информацию о пульсе несет отраженный сигнал. Измерение пульса по такому методу может производиться на любой части человеческого тела. При любом методе измерений в интенсивности света, отраженного от объекта или прошедшего через часть тела, будут обнаружены флуктуации в соответствии с пульсирующим потоком крови, вызванных биением сердца.

На Рисунке 2 схематически изображен датчик для получения сигнала пульса от пальца человека. ИК-светодиод используется для освещения пальца субъекта. В зависимости от объема крови в пальце, поглощается больше или меньше света, следовательно, меняется интенсивность отраженного света. Графическое представление зависимости изменений сигнала во времени и есть сигнал фотоплетизмографии.

Фотоплетизмограмма имеет несколько составляющих, она регистрирует волны первого, второго и третьего порядка. Волны второго и третьего порядка относятся к медленным колебаниям (их можно назвать постоянной составляющей). Волны 1-го порядка относятся к быстрым колебаниям и соотносятся с пульсом (можно назвать переменной составляющей). Они отражают движение объема крови в измеряемой точке во время систолы и диастолы и могут использоваться в качестве источника информации о пульсе. Для извлечения данного сигнала потребуются эффективные схемы усиления и нормирования сигнала.

Принципиальная схема

Как было сказано выше, в качестве ИК сенсора используется TCRT1000 - экранированный оптический отражательный датчик компании , в состав которого входят ИК-светодиод и фототранзистор. На Рисунке 3 изображена схема включения внешних компонентов, необходимых для управления датчиком. Подача высокого уровня на вход Enable включает ИК-светодиод, т.е. активирует сенсор TCRT1000. Палец человека сверху датчика действует как отражатель, фототранзистор фиксирует отраженный свет.

На выходе датчика (V SENSOR ) мы получим периодический физиологический сигнал, связанный с изменением интенсивности отраженного ИК-излучения, обусловленным пульсирующим объемом крови в пальце. Сигнал, таким образом, синхронизирован с частотой сердцебиения. Следующая схема (Рисунок 4) представляет собой первый этап преобразования сигнала от ИК-датчика, на котором выполняется подавление достаточно больших медленных волн (постоянной составляющей) и повышение слабых быстрых волн (переменной составляющей), которые несут информацию о пульсе.

На схеме выше видно, что сигнал с ИК-сенсора сначала проходит через пассивный фильтр верхних частот (ФВЧ), чтобы избавиться от постоянной составляющей. Частота среза фильтра (f c ) равна 0.7 Гц. Далее сигнал проходит через активный фильтр нижних частот (ФНЧ), выполненный на операционном усилителе. Коэффициент усиления фильтра равен 101, частота среза - 2.34 Гц. Такое решение позволяет устранить нежелательный сигнал постоянной составляющей и высокочастотные шумы, в том числе, наводку сети переменного тока 50 Гц (60 Гц), и усилить нужный сигнал, несущий информацию о пульсе, в 101 раз.

Далее следует еще одна подобная схема фильтрации (ФВЧ, ФНЧ) и усиления сигнала (Рисунок 5). Таким образом, общий коэффициент усиления составляет 101 × 101 = 10201. В результате, две стадии фильтрации и усиления преобразуют входной сигнал фотоплетизмографии в ТТЛ импульсы, которые синхронны с сердцебиением. Частота этих импульсов (f) связана с частотой сердечных сокращений (BPM) формулой:

Beats per minute (BPM) = 60 × f

Потенциометр 5 кОм на выходе первой схемы фильтрации и усиления нужен для достижения общего коэффициента менее 10201. Светодиод на выходе второй схемы фильтрации и усиления будет мигать с частотой сердцебиения. Заключительный узел схемы представляет собой простой не инвертирующий буфер для понижения выходного сопротивления. Это важно, если для чтения сигнала используется АЦП микроконтроллера.

Все операционные усилители, используемые в схеме, находятся в одной четырехканальном микросхеме - . Усилители имеют низкое энергопотребление и сохраняют работоспособность при напряжении питания в диапазоне от 1.8 до 6.0 В.

ИК-сенсор можно установить на плату, а можно вынести на шлейфе (Рисунок 6). Это придает гибкость при использовании, так как в таком случае его можно закрепить между двумя пальцами или на ладони.

Диапазон напряжений питания платы сенсора, равный 3 - 5 В, позволяет использовать ее с семействами микроконтроллеров с напряжением питания 3.3 В или 5 В.

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться .

В свое время пытались строить подобные датчики на базе клипсы на просвет как мобильные. Пытались, потому как наступил диплом и стало не до того. Датчик на отражение в принципе для этого должен подойти достаточно с обратной стороны подложить отражатель ик излучения.
Все это хорошо для больного под наркозом (не движется). В такой схеме от мионаводок избавиться невозможно (проверено долгими клиническими испытаниями) - дернули пальчиком - получили крокозябру. Динамический диапазон сигнала фотоответа может превышать 60 дб (амплитуда может падать в 1000 и более раз даже у одного человека, в зависимости от его состояния в данный момент. Пример: измеряем амплитуду сигнала, глубоко вдыхаем и задерживаем дыхание. Гарантируется падение амплитуды в 10 - 100 раз.) Все эти схемки - радиолюбительство на школьном уровне. В нормальных детекторах лжи применяются те же принципы, но обработка сигнала иная.
Это же элементарно, Ватсон.Параметры нормального пульса известны. Возможные отклонения тоже не секрет и не новость. Создаем генератор имитирующий пульс и корректируем его показаниями датчика.А поскольку такой приборчик все равно ну ни как не обойдется без процессора, то генератор запросто можно организовать программно. В этом случае помехи уже не важны. Программа не анализирует весь шум а только вылавливает полезный сигнал. Ну к примеру выделяет среднее значение на тех или иных участках, отсекает мгновенно возникающие большие помехи как неверояные, а следовательно ошибочные, в общем отслеживает полезный сигнал, сравнивает наблюдаемую динамику с виртуальной и корректирует временные параметры виртуального пульса. Даже если в какие то мгновения датчик окажется не на пальце, то программа отбросит эти замеры как невероятные.
Неуверено, что схема выполненный на операционном усилителе (рис.4) активный фильтр нижних частот (ФНЧ).
Artak_Barsegyan Откуда такие сомнения? В цепи отрицательной обратной связи стоит ёмкость.
А почему только " пытались". У меня дома велотренажер и на нем есть такая клипса.

Обменяете ли вы свой нагрудный пульсометр на оптический пульсометр для запястья?

Для этого теста мы использовали Garmin Fenix 3HR

Пульсометры для запястья становятся всё более и более распространенными и их можно наблюдать везде от современнейших элитных спортивных смартчасов до фитнесс трекеров, эта технология рекламируется повсюду.

Не удивительно, что эти пульсометры завоевали популярность среди велосипедистов, в отличие от неудобного промокшего от пота нагрудного ремня для измерения пульса. Но обеспечивает ли пульсометр на запястье необходимую точность измерений?

Конечно, изготовители этих изделий уверяют вас, что их продукция обладает необходимыми показателями, но проблема в том, что факторы, влияющие на точность в большинстве случаев сложно проконтролировать в реальных условиях.

Итак, мы провели исследование, смогут ли пульсометры для запястья с оптическим датчиком заменить старый добрый и достоверный нагрудный пульсометр. Для испытаний мы взяли и стандартный нагрудный пульсометр от . Испытания проводились в реальных условиях велосипедной езды, для проверки точности пульсометра на запястье.

Что такое оптический пульсометр?

Оптические датчики пульса не являются новинкой и применяются в велосипедной индустрии например – датчики LifeBEAM. Изначально разработанные для контроля жизненных показателей космонавтов и пилотов, датчики LifeBEAM размещались на лбу для считывания значений пульса.

LifeBEAM и датчики для запястья схожи по принципу действия с фотоплетизмографическими (PPG) датчиками для пальцев, применяемых в больницах.

Большинство устройств для запястья доступных в настоящий момент, используют низко интенсивное излучение зёленого цвета, при прохождении которого через кожу определяется частота пульса. Кости, мягкие ткани и кровь поглощают излучение в различной степени. Оптический датчик определяет частоту пульса по изменению отражения света от потока крови, проходящего через вены.

Нагрудный пульсометр имеет датчик другого типа, который измеряет электрические импульсы небольшой амплитуды, излучаемые сердечной мышцей при её сокращении. Показания с такого датчика не могут быть считаны до тех пор, пока вы не вспотеете (другой способ электроды датчика необходимо смочить водой или специальным гелем), это необходимо для создания проводящей среды между датчиком и вашей кожей.

Общим моментом для обеих систем является необходимость хорошего контакта с вашей кожей, а это значит, что правильное размещение устройств оказывает огромное влияние на точность считывания показаний.

Насколько точен оптический метод измерения пульса?

Несмотря на популярность, точность пульсометров для запястья остаётся предметом споров. Даже имеют место групповые судебные иски против компании FitBit, поводом для которых послужили недостоверные измерения пульса, такими устройствами как FibBit Charge HR, Blaze и Surge.

Журнал Американской Медицинской Ассоциации опубликовал данные тестирования, которые показали, что ни одно из устройств ( , Mio Alpha Fit, Bit Charge HR и Basis Peak) не способно обеспечить достоверную выдачу показаний во время умеренной физической нагрузки. И авторы заявляют: «В случае необходимости получения точных измерений пульса настоятельно рекомендуется пользоваться нагрудными пульсометрами с электродами».

Брендовые производители скромно умалчивают, насколько точны их датчики, тестовую информацию по этому вопросу мне удалось найти только от Mio. Однако этот тест проводился над самим датчиком, а не над фитнес трекером.

Довольно часто проблемы с пульсометром на запястье возникают, если во время тренировки датчик неплотно контактирует с кожей. Все тесты, которые мне довелось видеть, проводились в лабораторных условиях с привлечением спортсменов-бегунов на беговых дорожках.

Если не брать в расчет измеритель мощности, пульс является наиболее точной метрикой для измерения потраченных усилий. Попадание в определенную зону частоты сердечных сокращений является важной целью, если вы следуете предписанной тренировочной программе, результат тренировки может оказаться весьма отличающимся от ожидаемого при выходе за пределы этой зоны.

Точность пульсометра для запястья в сравнении с нагрудным пульсометром

Пульсометр для запястья оснащен оптическим датчиком, который считывает показания в режиме 24/7

Для тестирования на точность пульсометров Fenix 3 HR и Garmin Elevate я использовал стандартный нагрудный пульсометр Garmin, тестирование проводилось в реальных условиях – езда на велосипеде.

Стоит отметить, что это не научное исследование, я задался целью выполнить проверку на точность в реальных условиях, и контролировал все параметры настолько тщательно насколько это возможно. Обращаю внимание, я протестировал оптический датчик одного производителя и могу обсуждать только эти результаты. Каждое из устройств измеряет пульс своим способом и с различными интервалами.

Тестирование состояло из тренировки на велотренажере в помещении, и из реальных поездок на дорожном горном велосипедах. Перед каждой тренировкой я проверял правильность крепления пульсометров на запястье в соответствии с руководством пользователя.

Также стоит отметить, что для фиксации на запястье датчика пульсометра в соответствии с руководством пользователя, мне пришлось затянуть ремешок гораздо туже чем обычно – на две отметки на ремешке.

На приведенной ниже диаграмме красной линией представлены данные с Garmin Fenix 3 HR, а голубой линией данные с нагрудного пульсометра Garmin HR.

Результаты теста на турбо трейнере

Тест на турбо трейнере ближе к лабораторным условиям и вы можете видеть на диаграмме выше, что результаты с пульсометров обоих типов очень схожи, за исключением пары странных значений.

Результаты теста на дорожном велосипеде

Как только я взял пульсометр для запястья Fenix 3 HR (красная линия) на испытания в реальных условия начали проявляться сбои. На верхней диаграмме показана езда по довольно ухабистой дороге с грязевыми участками, на нижней диаграмме отображается определённо более ровный маршрут.

На нижней поездке есть период продолжительностью около 10 минут где информация с Fenix 3 HR полностью пропадает. Во время поездки перерывов не было, положение пульсометра и степень его прижатия к запястью не изменялись.

Как вы можете видеть, во время обоих поездок есть значительные промежутки времени, где показания между пульсометрами отличаются более чем на 40 ударов в минуту. Но при этом средняя частота сердечных сокращений во время поездки отличается всего лишь на один удар в минуту в обоих случаях.

Результаты теста на горном велосипеде

Наконец когда дело дошло до езды на горном велосипеде, профили выглядят как два совершенно разных профиля езды. Хотя показания в основном отличаются примерно на 10 ударов в минуту, создается впечатление, что это совершенно разные треки.

Вывод

На показания датчика пульсометра Garmin Fenix 3 HR похоже влияет большое количество факторов. Прежде всего, я следовал указаниям по размещению и закреплению пульсометра на запястье. При этом я одел его на запястье плотнее и выше чем делаю это обычно.

Если вы посмотрите на результаты, полученные на турбо трейнере, то увидите, что точность датчика пульсометра для запястья практически соответствует нагрудному пульсометру. Однако при езде, как на дорожном, так и горном велосипедах, тряска и толчки снижают точность показаний пульсометра для запястья. Возможно, это происходит из-за нарушения плотного прилегания датчика к коже.

Интересный момент – несмотря на разницу в показаниях, минимальное, максимальное и среднее значения за все время отличались всего на пару ударов в минуту.

Фактором, сыгравшим большую роль, особенно при езде на горном велосипеде, была потливость, пульсометр сползал вниз, особенно езде на спусках. Я пытался подтянуть ремешок на более высокий уровень, но уставшими от поездки руками это сделать сложно.

Я обратился к Garmin с результатами тестов, чтобы выяснить, как объяснить мои результаты тестов с их собственными тестами, на что был получен ответ:

«Мы очень рады, что вы нашли время для проведения сравнений и удивлены полученными результатами. Вся продукция Garmin тестируется в контролируемой и подходящей среде, позволяющей проверять параметры изделий, но мы принимаем результаты ваших исследований и сохраним их на будущее».

Итак, пульсометр для запястья показал все свои недостатки, стоит ли вам тратить не так просто заработанный деньги на новые технологии? Может быть. Если вы следуете строго предписанному плану тренировок, и вам необходимо находится в определенной зоне сердечного ритма для достижения цели, пользуйтесь вашим нагрудным пульсометром. Если же нет и вам не нужны сверхточные данные, то пульсометр для запястья может вполне подойти для определения общих направлений вашего тренинга.

Виджет от SocialMart Спасибо за лайки на сайте ! Будьте счастливым, спортивным и активным человеком всегда! Напишите, что Вы думаете по этому поводу, какими гаджетами пользуетесь и почему?

Хотите узнать больше? Прочтите:

Фитнес-трекеры отлично подходят для подсчета шагов,…
Тестирование пульсометра для ношения на запястье в…
Лучшие модели наручных пульсометров года: обзор и…

Пульс - это ритмичные колебания стенок кровеносных сосудов, происходящие во время сокращений сердца. Измерения пульса очень важны для диагностики сердечно-сосудистых заболеваний. Важно следить за изменениями сердечного ритма, чтобы не допустить перегрузки организма, особенно во время занятий спортом. Один из понятных параметров пульса – частота пульса. Измеряется в количестве ударов в минуту.

Рассмотрим доступный датчик для измерения сердечного ритма – Pulse Sensor (рисунок 1).

Рисунок 1. Датчик пульса

Это аналоговый датчик, основанный на методе фотоплетизмографии - изменении оптической плотности объема крови в области, на которой проводится измерение (например, палец руки или мочка уха), вследствие изменения кровотока по сосудам в зависимости от фазы сердечного цикла. Датчик содержит источник светового излучения (светодиод зеленого цвета) и фотоприемник (рис. 2), напряжение на котором изменяется в зависимости от объема крови во время сердечных пульсаций. Это график (фотоплетизмограмма или ППГ-диаграмма) имеет форму, представленную на рис. 3.

Рисунок 2.

Рисунок 3. Фотоплетизмограмма

Датчик пульса усиливает аналоговый сигнал и нормализует относительно точки среднего значения напряжения питания датчика (V/2). Датчик пульса реагирует на относительные изменения интенсивности света. Если количество света, падающего на датчик остается постоянным, величина сигнала будет оставаться вблизи середины диапазона АЦП. Если регистрируется большая интенсивность изучения, то кривая сигнала идет вверх, если меньше интенсивность, то, наоборот, кривая идет вниз.

Рисунок 4. Регистрация удара пульса

Наш датчик пульса мы будем использовать для измерения частоты пульса, фиксируя промежуток между точками графика, когда сигнал имеет значение 50% от амплитуды волны во время начала импульса.

Технические характеристики датчика

Напряжение питания - 5 В;
Ток потребления - 4 мА;

Подключение к Arduino

Датчик имеет три вывода:

VCC - 5 В;
GND - земля;
S - аналоговый выход.

Для подключения датчика пульса к плате Арудино необходимо контакт S датчика подсоединить к аналоговому входу Arduino (рисунок 5).

Рисунок 5. Подключение датчика пульса к плате Arduino

Пример использования

Рассмотрим пример определения значения частоты импульса и визуализации данных сердечного цикла. Нам понадобятся следующие детали:

плата Arduino Uno
датчик пульса

Сначала подключим датчик пульса к плате Arduino согласно рис. 6. Загрузим на плату Arduino скетч из листинга 1. В данном скетче мы используем библиотеку iarduino_SensorPulse.

Листинг 1 //3d-diy.ru // подключение библиотеки #include // создание экземпляра объекта // подключение к контакту A0 iarduino_SensorPulse Pulse(A0); void setup() { // запуск последовательного порта Serial.begin(9600); // запуск датчика пульса Pulse.begin(); } void loop() { // если датчик подключен к пальцу if(Pulse.check(ISP_VALID)==ISP_CONNECTED){ // печать аналогового сигнала Serial.print(Pulse.check(ISP_ANALOG)); Serial.print(" "); // печать значения пульса Serial.print(Pulse.check(ISP_PULSE)); Serial.println(); } else Serial.println("error"); } Вывод данных в монитор последовательного порта Arduino (рис. 6).

Рисунок 6. Вывод данных аналогового значения и частоты пульса в монитор последовательного порта.

Для получения графика фотоплетизмограммы на экране компьютера будем использовать хорошо знакомую Ардуинщикам среду программирования Processing, похожую на Arduino IDE. Загрузим на плату Arduino скетч (PulseSensorAmped_Arduino_1dot1.zip), а на компьютере из Processing загрузим скетч (PulseSensorAmpd_Processing_1dot1.zip). Передаваемые с платы Arduino в последовательный порт данные, мы будем получать в Processing и строить график (рис. 7).

Рисунок 7. Визуализация данных в Processing.

Еще один вариант визуализации (для компьютеров Mac) – программа Pulse Sensor. Она также получает данные, приходящие в последовательный порт от Arduino (скачать скетч PulseSensorAmped_Arduino_1dot1.zip) и выводит график, уровень сигнала и значение пульса (рис. 8).

Рисунок 8. Визуализация данных с датчика пульса в программе Pulse Sensor.

Часто задаваемые вопросы FAQ

1. Не горит зеленый светодиод датчика пульса

Проверьте правильность подключения датчика пульса.

2. Выводимые значения с датчика пульса "скачут"

Для создания постоянного (неменяющегося) внешнего фона освещения оберните датчик с одной стороны черной лентой.

3. Явно неверные показания с датчика пульса

Прикладывать датчик пульса следует правильно – между центром подушечки и изгибом пальца.

Пульсометр – это измерительный прибор, который определяют частоту сердечных сокращений. Его еще называют монитором сердечного ритма (heart rate monitor) .

Пульсометр используют для контроля работы сердца, анализа нагрузок, определения зон пульса и выхода за рамки этих зон . На рынке спортивной атрибутики продается большое количество разнообразных моделей для мониторинга сердечного ритма. Давайте разберемся, для чего нужен пульсометр, в чем его преимущества и польза, как его выбрать, а также рассмотрим самые популярные модели пульсометров на рынке.

Если вам нужна информация о работе вашего сердца во время тренировки, то такой прибор как пульсометр вам просто необходим. Во время тренировок монитор сердечного ритма помогает поддерживать нужное значение пульса, измеряет количество сожженных калорий и контролирует работу сердца и нагрузку . Чаще всего пульсометр используется во время интервальных и кардио-тренировок, но и во время силовых нагрузок он будет совсем не лишним. Кроме того, пульсометр можно использовать во время дневной активности для контроля работы сердца.

Кому может понадобиться пульсометр?

Тем, кто занимается кардио-тренировками для похудения или развития выносливости.
Тем, кто занимается высокоинтенсивными интервальными тренировками (ВИИТ).
Тем, кто имеет проблемы с сердцем и должен контролировать частоту сердечных сокращений.
Тем, кто хочет контролировать количество сожженных калорий во время тренировки.
А также тем, кто хочет регулярно улучшать свои результаты без вреда для здоровья.

Зачем вообще необходимо замерять пульс во время тренировки? В зависимости от пульса или частоты сердечных сокращений (сокращенно ЧСС) ваш организм будет использовать разные источники энергии. Исходя из этого, есть несколько зон нагрузки, которые определяют эффективность вашей тренировки:

Указанный процент берется от значения максимальной частоты сердечных сокращений. Для ее расчета воспользуемся формулой: Максимальная ЧСС = 220 – возраст.

Соответственно, чтобы организм в качестве источника использовал жирные кислоты, достаточно держать пульс в зоне 60-70% от максимальной ЧСС. Например, если ваш возраст 30 лет, то для расчетов возможного диапазона вашего пульса применим следующие расчеты:

Нижний порог = (220-30)*0,6=114
Верхний порог = (220-30)*0,7=133

При таком пульсе (114-133 удара в минуту) вы можете заниматься длительное время, поддерживая беспрерывный темп. В этом случае нагрузка будет аэробная, то есть с использованием кислорода. Такие кардио-тренировки помогают сжигать жир и тренировать сердце.

Если вы занимаетесь высокоинтенсивными интервальными тренировками (например, тренировки по протоколу Табата), то в моменты пика ваш ЧСС должен находиться в анаэробной зоне, т.е. 80-90% от максимальной ЧСС:

Нижний порог = (220-30)*0,8=152
Верхний порог = (220-30)*0,9=171

Пульсометр помогает следить за своим пульсом и поддерживать его в той зоне, которая отвечает вашим требованиям . Если модель пульсометра позволяет, то можно выставить интересующие вас зоны пульса, и вы будете оповещены, когда ваш пульс будет выходить из заданной зоны.

Преимущества пульсометра:

Монитор сердечного ритма защищает сердце от перегрузки во время тренировки, поскольку вы контролируете значение пульса.
Вы будете заниматься в нужной вам зоне пульса – для жиросжигания или выносливости в зависимости от ваших целей, а значит тренироваться более эффективно.
С пульсометром легко отслеживать свой прогресс, анализировать уровень нагрузки и ее восприятие организмом.
Вы будете точно знать, сколько калорий потрачено во время тренировки.
Вы можете использовать пульсометр во время обычной дневной активности для оценки работы организма или контроля нагрузок.
Пульсометр незаменим во время бега или быстрой ходьбы на улице, когда отсутствуют другие источники для определения уровня нагрузки.

На многих кардио-тренажерах уже установлен встроенный монитор сердечного ритма. Но во-первых, такие пульсометры показывают неточные данные , на которые лучше не ориентироваться. Во-вторых, для фиксации данных необходимо держаться за ручки во время бега или ходьбы, что не всегда удобно. Поэтому если вы хотите получать максимально точные данные по пульсу и калориям, то лучше приобрести монитор сердечного ритма.

Можно также использовать ручной мониторинг пульса. Для этого вам нужно остановиться и посчитать удары, зафиксировав полученные значения. Однако дополнительные манипуляции во время тренировки не всегда удобны, да и полученные значения будут иметь сильную погрешность . Кроме того, постоянные остановки снижают ваш пульс, что нарушает ритм занятия. Именно поэтому пульсометр незаменим: он будет фиксировать данные мгновенно на протяжении всей тренировки.

Мониторинг частоты сердечных сокращений (ЧСС)
Настройка зоны пульса
Уведомление о смене зоны пульса звуком или вибрацией
Расчет средней и максимальной ЧСС
Счетчик потраченных калорий
Отображение времени и даты
Секундомер, таймер

Некоторые пульсометры имеют дополнительные функции : GPS-навигация, будильник, шагомер, история тренировок, автоматический подсчет тренировочных зон, фитнес-тест, расчет ЧСС для отдельного круга (полезно для бегунов), синхронизация с приложениями и компьютером . Чем большими функциями оснащен прибор, тем он дороже по стоимости.

Виды пульсометров

Пульсометры можно разделить на 2 большие группы: нагрудные (с использованием нагрудного датчика) и запястные . Пульсометр с нагрудным ремнем пользуется бо льшей популярностью среди занимающихся, но благодаря новым технологиям появились модели, которые позволяют точно замерить пульс и без нагрудного датчика.

Нагрудный пульсометр представляет собой датчик с электродами, который одевается под грудью и передает данные на часы-приемник или мобильное приложение. Есть два типа моделей нагрудных пульсометров, которые отличаются по комплектации:

Пульсометр без часов-приемника. В этом случае данные передаются на смартфон посредством технологии Bluetooth Smart. Датчик синхронизируются со специальными приложениями в смартфоне, где в автоматическом режиме сохраняется вся необходимая информация о ЧСС и сожженных калориях. Это удобно для анализа тренировок, поскольку приложение хранит всю историю данных. Чаще всего пульсометры синхронизируются с приложениями на операционных системах Android и iOs.
Пульсометр с часами-приемником. В этом случае датчик отправляет данные на часы-приемник, где они обрабатываются, и вы можете видеть их на экране. Такие модели более дорогие, но и более удобные. Вам не нужно дополнительно использовать смартфон, вся информация будет высвечиваться на часах. Например, на улице такие пульсометры использовать удобнее.

Если вы приобретаете пульсометр с часами-примеником, то обратите внимание также на тип передачи данных. Есть два типа передачи данных с нагрудного датчика на часы:

Аналоговый (некодированный) тип передачи данных. Может быть подвержен радиопомехам. Считается менее точным, однако если погрешность и есть, то она совсем небольшая. Аналоговый пульсометр может синхронизироваться с кардио-тренажерами, подхватывая данные о сердечном ритме с вашего ремня. Но если в непосредственной близости от вас (в пределах метра) кто-то использует пульсометр с тем же типом передачи данных, например, на групповой тренировке, то могут возникать помехи.
Цифровой (кодированный) тип передачи данных. Более дорогой и точный тип передачи данных, не подвержен помехам. Однако пульсометр с цифровой передачей данных нельзя синхронизировать с тренажерами.

И аналоговые, и цифровые пульсометры достаточно точны, поэтому тип передачи данных не играет ключевой роли при выборе пульсометра . Дополнительно переплачивать за цифровой тип передачи данных не имеет смысла.

Удобство запястных пульсометров состоит в том, что вам не нужно надевать нагрудный ремень с датчиком. Для измерения данных вам понадобятся только часы, которые надеваются на запястье. Однако и такой вариант пульсометров имеет ряд особенностей и минусов, поэтому несмотря на кажущиеся удобства, запястные пульсометры пока пользуются меньшей популярностью.

Есть два типа запястных пульсометров , которые отличаются принципом мониторинга ЧСС:

Пульс замеряется при контакте пальцев и сенсора на лицевой стороне прибора. Например, модель Sanitas SPM10 или Beurer PM18 (стоимость 3000-4000 рублей) . Вы просто надеваете пульсометр на запястье, касаетесь его, и прибор выдает вам значения пульса. Минус такого мониторинга заключается в том, что вы будете мерить пульс не в течение определенного периода времени, а по требованию, только после контакта пальцев и электродов на корпусе. Такой пульсометр больше подходит для туризма, альпинизма или для тех, кто из-за ограничений по здоровью вынужден периодически контролировать зону пульса.
Пульс замеряется с помощью слежения за кровеносными сосудами. Принцип работы таких пульсометров следующий: вы надеваете браслет на руку, светодиоды просвечивают кожу, оптический сенсор замеряет сужение сосудов и датчик выводит полученные значения на экран часов. С таким типом мониторинга выпущены пульсометры Mio (стоимость от 4500 рублей) , которые быстро обрели популярность. Но и минусы таких приборов также очевидны. Для точности данных ремень должен быть жестко затянут на запястье, что не всегда удобно во время тренировки. Кроме того, сильное потоотделение или дождливая погода могут нарушить работу датчика.

Конечно, часы являются более привычным оборудованием, чем нагрудный ремень. Поэтому если вам дискомфортно ношение ремня под грудью, то рекомендуем приобрести второй вариант запястного пульсометра. Но дискомфорт и неудобство – едва ли не единственный аргумент в пользу запястного пульсометра. Большинство тренирующихся все же останавливают свой выбор на пульсометре с нагрудным датчиком из-за удобства и точности данных.

Итак, определяются следующими параметрами:

Компания-производитель
Тип пульсометра: нагрудный или запястный
Комплектация: есть ли часы-приемник, сменные ремешки, чехлы и т.д.
Тип передачи данных: аналоговый или цифровой
Влагозащита
Ремень, его ширина, качество, удобство крепления
Качество корпуса часов-приемника
Наличие дополнительных функций

Пульсометры: подборка лучших моделей

Предлагаем вам подборку моделей пульсометров с кратким описанием, ценами и картинками. Исходя из этого обзора, вы сможете подобрать для себя подходящий монитор сердечного ритма. Цены указаны по данным Яндекс-маркета на сентябрь 2017 и могут отличаться от стоимости пульсометра в вашем магазине.

Пульсометры Sigma

Популярные модели пульсометров Sigma разрабатывает тайваньский производитель. Среди пульсометров Sigma считается одним из лидеров рынка, их модели практически идеальны по соотношению цены и качества. В основном они предлагают модели пульсометров с нагрудным ремнем и часами:

Sigma PC 3.11 : самая примитивная модель с базовой функцией подсчета частоты сердечных сокращений. Подсчет калорий не ведется.
Sigma PC 10.11 : оптимальная модель со всеми необходимыми основными функциями, в том числе подсчет средней и максимальной ЧСС, счетчик калорий, звуковой сигнал при нарушении целевой зоны ЧСС.
Sigma PC 15.11 : эта модель подойдет для любителей бега, поскольку здесь добавляются такие функции как счетчик кругов, средняя и максимальная ЧСС за круг, количество сожженных калорий за круг, время на круг.
Sigma PC 22.13 : в этом пульсометр используется цифровая передача данных, поэтому цена его немного дороже. Модель предлагается в нескольких цветовых вариантах корпуса. Функции стандартные: подсчет средней и максимальной ЧСС, счетчик калорий, индикатор зон, звуковой сигнал при нарушении целевой зоны ЧСС.
Sigma PC 26.14 : модель аналогичная предыдущей, но с добавлением новых функций. Например, в этом приборе есть счетчик кругов, автоматизированная функция для расчета целевой зоны, память для 7 учебных занятий, итоговые значения в неделю.

Пульсометры Polar

Polar – один из самых известных брендов на рынке пульсометров. Polar производит качественные приборы, но и цена их значительно выше. Вы можете приобрести нагрудный ремень с датчиком, который будет передавать данные на смартфон, или комплект из ремня и часов-приемника для более удобного отслеживания данных.

Нагрудные ремни с датчиком:

Polar H1 : интерфейс связи GymLink, поддежка Android и iOs, влагозащита.
Polar H7 : интерфейсы связи GymLink и Blutooth Smart, поддежка Android и iOs, влагозащита.
Polar H10 : новое поколения датчиков пульса, пришедшее на замену H7, новинка 2017 года.

Нагрудный пульсометр с часами в комплекте:

Polar A300 : помимо стандартных функций в данном приборе также есть много дополнительных «фишек»: шагомер, мониторинг сна, функция напоминания, установка целей, акселерометр. Также есть возможность соединения со смартфоном по Bluetooth.
Polar FT60 : в эту модель включена функция счетчика калорий, а также ряд вспомогательных, но очень удобных и полезных функций, таких как: будильник, второй часовой пояс, индикатор низкого уровня заряда батареи, блокировка кнопок от случайного нажатия.
Polar M200 : еще один очень многофункциональный гаджет, влагозащищенный, с GPS-навигацией и подсветкой. Добавлена функция уведомления о входящих звонках, полученных сообщениях и уведомлениях из приложений для социальных сетей GPS.

Пульсометры Beurer

В этом бренде представлены модели пульсометров с нагрудным ремнем и модели, в которых для измерения данных нужно дотронуться до сенсора прибора. Для тренировок мы рекомендуем выбирать пульсометры с нагрудным ремнем, это удобнее и практичнее.

Beurer PM25 : простая и удобная модель, есть все важные функции, например, встроенный календарь, часы, будильник, секундомер, счетчик калорий, оповещение при выходе за пределы зоны тренировки.
Beurer PM45 : набор функций похож с моделями PM25, но добавляются сменные ремешки, крепление на велосипед, футляр для хранения.
Beurer PM15 : это запястный пульсометр с касанием сенсора, прибор контролирует частоты сердцебиения, оповещает при выходе за пределы зоны тренировки, но калории не считает. Цена: 3200 рублей.

Пульсометры Mio

Устройства нового поколения Mio не требует для своей работы нагрудный датчик или контакт пальцев. Пульсометр можно просто носить на руке. Его секрет в оптическом датчике , «наблюдающем» пульс прямо через кожу. Измерения максимально точные, при этом вам не нужно использовать нагрудный ремень. Цены пульсометров Mio начинаются от 5000 рублей.

Пульсометры Suunto

Еще одна известная компания на рынке спортивного снаряжения, которая выпускает серию спортивных часов с возможностью измерения пульса. Suunto предлагает нагрудные датчики и нагрудные датчики в комплекте с часами:

Suunto Comfort Belt : нагрудный датчик, который подходит для всех моделей часов спортивной T-серии и для компьютеров, которые можно использовать как пульс-монитор.
Suunto Smart Belt : нагрудный датчик с технологией Bluetooth Smart. Совместим с приложением Movescount от Suunto.
Suunto M2 : нагрудный датчик с часами, который имеет все основные функции, в том числе контроль ЧСС, подсчет калорий, автоматический выбор нужной зоны ЧСС.
Suunto M5 : этот пульсометр оснащен дополнительным функциями, которые помогут вам определить оптимальный режим тренировок с учетом ваших индивидуальных показателей, а также получить достоверную информацию о скорости и расстоянии во время беговых тренировок.

Пульсометры Sanitas

У компании Sanitas не так много моделей, но они отличаются невысокой ценой, поэтому мы также их упоминаем.

Sanitas SPM22 и SPM25 : пульсометр с нагрудным ремнем, который включает в себя все основные функции и отлично подойдет для регулярного использования.
Sanitas SPM10 : для измерения пульса с этой моделью вам не потребуется нагрудный ремень. Вы просто надеваете прибор на запястье и касаетесь пальцем сенсора на лицевой стороне прибора. Такой прибор подходит для людей, которые не хотят носить нагрудный пояс или, например, для туризма.

Другие модели:

1. Nexx HRM-02. Бюджетный вариант нагрудного ремня с датчиком, который подойдет тем, кто не готов серьезно тратиться на фитнес-гаджеты. Прибор имеет встроенный Bluetooth Smart и совместим практически со всеми мобильными приложениями, поддерживающими функцию передачи данных от беспроводного пульсометра. Считает пульс и сожженные калории.

2. Torneo H102 . Нагрудный датчик с часами-приемником. Наделен всеми основными функциями: расчет ЧСС, счетчик калорий, установка зон пульса, измерение времени в целевой зоне, секундомер, календарь и будильник, водонепроницаемость.

3. Ozaki O!Ffitness Fatburn . Еще один вариант нагрудного пульсометра, который передает информацию через Bluetooth на смартфон. Помимо пульса ведется учет таких характеристик, как пройденные шаги и сожженные калории.

Какой же пульсометр выбрать:

Если вы хотите приобрести пульсометр с оптимальным соотношением цены и качество, то покупайте модели Sigma или Beurer.
Если вы хотите приобрести максимально надежный и точный прибор, то покупайте модели Polar или Suunto.
Если вы не хотите использовать нагрудные ремни, то покупайте модели производителя Mio .
Если вы хотите приобрести самый простой и недорогой вариант монитора сердечного ритма, стоит обратить внимание на модели, которые предлагаются на сайте Aliexpress (обзор ниже).

Пульсометры: подборка лучших моделей на Aliexpress

Предлагаем вам подборку мониторов сердечного ритма, которые можно приобрести на Aliexpress по доступной цене. Все пульсометры имеют схожие функции и находятся примерно в одном ценовом диапазоне, поэтому предлагаем вам ориентироваться на отзывы покупателей, среднюю оценку товара и общее количество заказов данного товара.

Нагрудный датчик без часов

Если вы приобретаете нагрудный датчик без часов, то данные о сердечном ритме будут отправляться на приложение в смартфоне. Нагрудные датчики совместимы со всеми устройствами с системой Bluetooth Smart (4.0) и ANT.

250 заказов
Средняя оценка: 4,8
Отзывов: 120
Стоимость: ~1300 рублей

Нагрудный датчик с часами

Если вы приобретаете нагрудный датчик с часами, то данные о сердечном ритме будут отправляться на часы и высвечиваться на дисплее. Даже мониторы сердечного ритма с часами продаются на Aliexpress по очень демократичным ценам.

200 заказов
Средняя оценка: 4,8
Отзывов: 200
Стоимость: ~2000 рублей
Продавец отмечен значком «Надёжный бренд»