Евгений Васильев
Руки у меня золотые, да вот только растут они не из того места

Как работает пульсометр в носимой электронике

© VideoBlocks
© VideoBlocks

Различная носимая электроника для спортивного применения оснащается датчиками, отслеживающими активность человека. В их число могут входить акселерометр, шагомер, GPS-приемник, датчик положения, пульсометр и другие сенсоры. Если с акселерометром все более-менее понятно, шагомером и гироскопом тоже, а работа GPS основана на измерении временных изменений в скорости прохождения сигнал от спутников до устройства, то с датчиком сердечного ритма все не так просто. Многие не в курсе, как работает пульсометр и по какому принципу получает данные.

Как измеряют пульс различные приборы

Существует три базовых способа измерения частоты сердечных сокращений, регистрируемых с помощью пульса: механический, электрический и оптический. Первый применяется в обычных тонометрах, фиксирующих частоту перепадов давления (тех самых 120/80 для здорового человека), вызванных работой сердца. Электрический метод возможен благодаря тому, что в процессе сокращения сердечные мышцы вырабатывают микротоки. Он чаще всего используется в оборудовании для снятия ЭКГ и нагрудных датчиках измерения пульса.

Тонометры используют механический метод измерения пульса © Yonker Medical Healthcare Devices Manufacture
Тонометры используют механический метод измерения пульса © Yonker Medical Healthcare Devices Manufacture

Недостатком механического и электрического методов измерения пульса является потребность в плотном контакте датчика с телом. В первом случае сенсор должен прижиматься к коже в месте неглубокого залегания большого сосуда, во втором – находиться как можно ближе к сердцу. Поэтому для оборудования вроде фитнес-браслета или смарт-часов оба варианта не подходят. Браслет, без малейшего зазора зажатый на запястье, может ухудшать кровоток (что опасно), а снятие электрических импульсов требует использования выносного датчика.

Специальные пульсометры электрического типа требуют закрепления датчика в районе груди © Running Competitor
Специальные пульсометры электрического типа требуют закрепления датчика в районе груди © Running Competitor

Указанных недостатков лишен оптический пульсометр, которому нужно всего лишь иметь контакт с кожей, причем не обязательно плотный. Расположенный на нижней крышке часов или трекера, он не мешает пользователю, не оказывает влияния на кровоток, потребляет мало энергии и передает данные с достаточно высокой точностью. Поэтому именно оптические датчики сейчас используются наиболее широко.

Как работает оптический пульсометр

В основе работы оптического пульсометра, используемого в носимой электронике, лежит технология фотоплетизмографии. Такой сенсор состоит из светодиодов, испускающих свет, и датчиков, регистрирующих уровень его отражения.

Датчик света в окружении светодиодов © Garmin
Датчик света в окружении светодиодов © Garmin

Так как кровь человека имеет красный цвет (то есть, лучше всего отражает оптическое излучение, соответствующее красному), для лучшей точности необходимо использовать другой оттенок, хорошо поглощаемый ею. Таковым является зеленый, расположенный на спектральном круге напротив красного, а значит, хорошо поглощаемый кровью.

Спектральный круг Иттена. Красный как раз напротив зеленого цвета © POPEL Agency
Спектральный круг Иттена. Красный как раз напротив зеленого цвета © POPEL Agency

Кожа человека содержит множество тонких капилляров, наполненных кровью. В момент, когда сердце сокращается, давление крови повышается, она активнее поступает в сосуды, а значит, поглощает больше света. Датчик регистрирует это, и путем подсчета количества таких всплесков за минуту смарт-часы или фитнес-браслет определяют частоту сердечного ритма.

Пульсометр в часах Apple © Fitness Gadgets
Пульсометр в часах Apple © Fitness Gadgets

Плюсы и минусы пульсометра в смарт-часах и фитнес-трекерах

Достоинствами оптического пульсометра являются относительная простота устройства и невысокая цена, приемлемая точность срабатывания, отсутствие воздействия на организм. Однако есть у него и недостатки. Во-первых, при ношении браслета или часов с таким датчиком желательно соблюдать хороший контакт сенсора с телом.

Конечно, затягивать ремешок «до посинения» ни в коем случае нельзя, но и чрезмерного гуляния по запястью тоже следует избегать. Ведь в таком случае болтающийся на руке датчик может расценить приближение к коже на лишний миллиметр, как удар сердца, а в момент отдаления – пропустить настоящее сокращение. В итоге показатели, зафиксированные электроникой, могут отличаться от реальных не на пару-тройку ударов в минуту, а гораздо сильнее, тем самым снижая ценность полученных показаний.

Слишком свободно закрепленный браслет может искажать показания пульсометра © Tech Age Kids
Слишком свободно закрепленный браслет может искажать показания пульсометра © Tech Age Kids

Еще один минус оптических пульсометров – зависимость от реакции организма на холод. При охлаждении тела кровоток в капиллярах снижается, прибору становится гораздо труднее улавливать сокращения сердца. Поэтому если вы принадлежите к категории людей, у которых в прохладную погоду (даже при физических нагрузках) руки быстро светлеют и становятся холодными, оптический пульсометр может искажать данные, полученные в ходе осенних пробежек.

Наконец, третий недостаток пульсометров оптического типа – возможные погрешности при высокой частоте сердечного ритма. Если под большой нагрузкой пульс переваливает за 150-170 уд/мин – скорость кровотока становится слишком высокой. Моменты диастолического давления (нижнего, когда сердце расслабляется) длятся минимум времени и почти не отражаются на капиллярном кровотоке. В результате датчик не может распознавать эти моменты и начинает показывать «погоду на Марсе».

Заключение

Учитывая все приведенные достоинства и недостатки оптических пульсометров, используемых в современной носимой электронике, стоит сформировать несколько правил, способствующих получению наиболее точных результатов. Во-первых, не стоит слишком свободно застегивать ремешок часов или трекера, особенно если вы много двигаете руками.

Гаджет с пульсометром должен сидеть на руке плотно, но без дискомфорта © Android Central
Гаджет с пульсометром должен сидеть на руке плотно, но без дискомфорта © Android Central

Во-вторых, следует избегать переохлаждения запястья в холодную погоду. Для этого можно во время осенних пробежек носить одежду с рукавом, чтобы участок кожи с часами/браслетом был в тепле.

Наконец, третий совет – не перегружать сердце во время физической активности и доверяться не только «бездушной железяке», но и своим ощущениям. Если вы чувствуете, что сердце стучит как отбойный молоток, а прибор показывает безобидные 90 уд/мин – возможно, он не в силах уловить реальный ритм из-за слишком быстрого пульса.