为什么智能手表能监测你的健康？揭秘背后的MEMS传感器技术

目前，最常见的收集身体运动数据的技术是计算步数，这种技术首次是用在计步器上，如今也给消费者提供数据来源。除了在外形上的改变——从皮带夹到手环，大多数计步设备需要加入其他功能，检测身体其他指标。

市场上有成千上万的传感器，并且还会越来越多。现在，工程师都开始使用传感器来检测和测量心率、汗液、温度、睡眠、生殖健康，卡路里、GPS坐标、血压、UV紫外线和葡萄糖水平。

加速度传感器、磁场传感器、陀螺仪等惯性传感器和气压、湿度、紫外指数等环境传感器被广泛用于消费类可穿戴产品，不过，专有解决方案却需要定制的MEMS传感器。例如，MEMS青光眼镜是一种柔软的一次性硅隐形眼镜，内置一个MEMS传感器,用于捕捉角膜区自发性周向变化。因为能够24小时连续无创测量角膜变化,该解决方案是目前辨别正常眼压青光眼和非青光眼的最实用方法 。

可穿戴设备中传感器示意

可穿戴设备里有哪些传感器？

• 加速传感器

原理：见往期内容 全面解读MEMS加速度计：分类、应用及全球主要厂商

应用：横竖屏、翻转应用、计步器、双击功能、手势识别、防盗、FREEFALLDETECTION、检测震动。

• 磁场传感器

原理：见往期内容 揭秘MEMS磁传感器：分类、应用和行业巨头

用途：地图方向指示、室内定位导航

• 陀螺仪

原理：见往期内容 综述：MEMS陀螺仪原理、应用及行业巨头

用途：VR头盔、运动手环等

• 温度传感器

原理：导体的电阻随温度变化

用途：用于记录温度变化。虽然它不同于温度计，但是传感器的概念是类似的，都是通过红外线提供体温的读数。对此类温度传感器而言，个体锻炼越多，发热会越多，从而捕捉到信息。

• 生物阻抗传感器

原理：人体是一个大的生物电导体，各组织、器官均有一定的阻抗，当人体的局部器官发生病变时，该部位的阻抗必然与其他部位不同，因而可通过2～128通道的生物电探针，来测量人体的生物阻抗，从而对人体的健康和病变进行检测诊断。皮肤电反应是测量皮肤的电阻并将其解释为身体的某种活动的方法。它也称为皮肤电反应或心理电反射。这并不意味着健身追踪器将产生电击，但是某些健身追踪可以使用该传感器来收集心率的数据。

用途：用于检查皮肤对小电流的电阻，将广泛应用于亚健康监护、慢性病监测、急性病监护、中医模式诊断、运动健康监护等业务。

• 光学传感器

原理：光照引发光电二极管产生相应的电信号，经由模数转换将其转换为数字信号，比较数字信号与预设值，实现测量功能。利用皮肤反射的光来测量脉搏。该器件本质目的是模仿人眼对环境感知（仅亮度），调节可穿戴设备适应环境需求。

用途：运动监测、导航、娱乐、人机交互，例如：调节屏幕亮度、测量心率、测量脉搏。

典型设备：智能手表、智能手环、智能眼镜、智能头盔。

各种各样的可穿戴设备

创新型可穿戴设备

1、织入袜子的温度传感器

一款专为糖尿病患者设计的智能袜子，由初创企业 Siren Care 开发，能够通过内置的温度传感器实时监测足部健康状况，帮助早期发现炎症等潜在问题。这款袜子在足底的多个关键部位（如拇趾、第 1、2、5 跖骨点、足中部和足跟处）集成了 6 个 MEMS 温度传感器。这些传感器被巧妙地编织进袜子的织物中，与足部皮肤紧密接触，确保测量的精准性。

其工作原理基于人体的生理特性：当足部出现损伤或炎症时，局部血液循环会发生变化，导致温度升高。MEMS 温度传感器对温度变化极为敏感，能够以 10 秒为间隔，精准监测这些关键部位的温度变化。

糖尿病（尤其是 I 型和 II 型）患者容易出现足部肿胀，若未能及时检测，可能发展为更严重的感染，甚至导致截肢。因此，对足部健康状况的持续监测至关重要，能够帮助患者提前预防并发症的发生。这款智能袜子的内置传感器在早期检测中起到了关键作用。

作为一款可穿戴设备，这款智能袜子无需频繁充电。每只袜子内置的电池充满电后可连续使用六个月。穿上袜子后，传感器会自动启动；脱下袜子时，传感器则会进入睡眠模式，节省电量。

此外，这款袜子支持机洗，使用寿命可达六个月。所有监测数据会实时存储在袜子的传感器中，并通过手机 App 和云盘同步。当检测到足部温度异常时，App 会立即发出警报，提醒患者足部可能出现问题，以便及时就医。

2、智能健身T恤的内置心率传感器和GPS定位

这款健身数据跟踪设备可以直接在 T 恤里面完成健身数据的跟踪。

T恤采用无袖设计，它里面缝合了运动传感器，并且是嵌入织物当中，很薄且不引人注意。这就意味着，运动者无须佩戴额外的监测设备，比如腕带设备或者是胸前设备。另外，这个T恤还设计了一个小型传感器，位于后领上。

这个传感器上还附带有GPS，可用于确定运动员的速度，距离和加速度。另外，官方还打造了一个专门的iPad应用，可以实时显示数据，允许教练跟踪每个运动员的表现，并根据需要调整训练计划，有效地监控训练期间的工作量。