本發(fā)明涉及耳機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于ECG測量的心率耳機(jī)及其心率測試方法。

背景技術(shù)：

目前市面上的心率耳機(jī)大都采用PPG測量方式，PPG是通過血液血氧量變化測量的方式進(jìn)行測量，如果人體劇烈的進(jìn)行無氧運(yùn)動(dòng)，血液血氧含量將呈非線性變化，測試結(jié)果與實(shí)際的誤差較大。

目前測心率的一般方法是ECG，其全稱為electrocardiogram，即心電圖。所謂ECG(心電圖)就是指心臟在每個(gè)心動(dòng)周期中，由起搏點(diǎn)、心房、心室相繼興奮，伴隨著心電圖生物電的變化，通過心電描記器從體表引出多種形式的電位變化的圖形(簡稱ECG)。心電圖是心臟興奮的發(fā)生、傳播及恢復(fù)過程的客觀指標(biāo)。

ECG測試一般要用三個(gè)電極，之所以至少需要三個(gè)電極，是因?yàn)榈谌龢O是一個(gè)測量基準(zhǔn)點(diǎn)，否則測量的曲線會(huì)產(chǎn)生Y軸（心率信號(hào)）上的漂移。

但是使用三個(gè)電極的心率測試方法應(yīng)用到耳機(jī)上，三個(gè)電極需有一個(gè)電極放到手臂上，使用起來不夠方便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種基于ECG測量的心率耳機(jī)及其心率測試方法，該基于ECG測量的心率耳機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、方便使用，該心率測試方法簡單易實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

提供一種基于ECG測量的心率耳機(jī)，包括耳機(jī)本體，所述耳機(jī)本體上設(shè)有左耳電極和右耳電極，其特征在于：所述耳機(jī)本體還設(shè)有加速度傳感器、數(shù)據(jù)處理器和通信模塊，所述左耳電極、右耳電極和加速度傳感器均將采集到的信號(hào)傳輸至所述數(shù)據(jù)處理器，所述數(shù)據(jù)處理器將處理后的數(shù)據(jù)通過通信模塊發(fā)送出去。

其中，所述耳機(jī)本體還設(shè)有音頻模塊，所述音頻模塊與所述通信模塊電連接。

其中，所述數(shù)據(jù)處理器包括MCU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和緩沖放大電路，所述左耳電極、右耳電極和加速度傳感器均與所述緩沖放大電路的輸入端電連接，所述緩沖放大電路的輸出端與所述MCU的輸入端電連接，所述MCU的輸出端與所述通信模塊電連接，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊與所述MCU電連接。

其中，所述通信模塊包括有線通信模塊和無線通信模塊。

以上所述的一種基于ECG測量的心率耳機(jī)的心率測試方法，包括如下步驟：步驟一：利用加速度傳感器獲得實(shí)際騎行速度X1、利用兩個(gè)電極獲得的心率曲線A1；

步驟二：對應(yīng)騎行速度X1，在預(yù)先設(shè)置好的騎行速度X和差值Z的對應(yīng)表中查詢得到差值Z1；

步驟三：在心率曲線A1的基礎(chǔ)上計(jì)入所述差值Z1得出實(shí)際的心率曲線B1。

以上所述對應(yīng)表的形成方法包括如下步驟：

步驟一：在騎行速度X下利用三個(gè)電極測試獲得第一條心率曲線，其中兩個(gè)電極用于獲得心率信號(hào)，第三個(gè)電極用于測量基準(zhǔn)點(diǎn)以用于修正該心率信號(hào)的偏移；

步驟二：在騎行速度X下利用兩個(gè)電極測試獲得第二條心率曲線；

步驟三：獲得第一條心率曲線和第二條心率曲線之間的心率差值Z；

步驟四：形成騎行速度X和差值Z之間的對應(yīng)表；

步驟五：將該對應(yīng)表置入所述數(shù)據(jù)處理器供查詢。

所述實(shí)際騎行速度X1進(jìn)行預(yù)處理后再用來查詢對應(yīng)表，所述預(yù)處理為：利用加速度傳感器獲得的X、Y和Z三個(gè)軸方向的速度，先計(jì)算P==X*X+Y*Y+Z*Z，再用P值查對應(yīng)表。

其中，以上方法具體是：利用緩沖放大電路將左耳電極、右耳電極和加速度傳感器采集的三個(gè)信號(hào)分別進(jìn)行放大。

具體的，數(shù)據(jù)處理器將所述放大后的三個(gè)信號(hào)分別轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，結(jié)合所述對應(yīng)表計(jì)算得出所述實(shí)際騎行速度X1時(shí)利用三個(gè)電極測試獲得的實(shí)際的心率曲線B1。

進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)處理器將該實(shí)際的心率曲線B1轉(zhuǎn)換成心率數(shù)字，通過通信模塊發(fā)送至外部通信設(shè)備。

具體的，所述數(shù)據(jù)處理器還通過通信模塊發(fā)送音頻的節(jié)拍值至外部通信設(shè)備，該音頻的節(jié)拍與所述心率數(shù)字的大小相對應(yīng)。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的一種基于ECG測量的心率耳機(jī)及其心率測試方法，通過利用加速度傳感器配合左耳電極和右耳電極來采集騎手在騎行時(shí)的加速度和心率，通過建立騎行速度X、兩個(gè)心率曲線（指在騎行速度X時(shí)用三個(gè)電極測試的心率曲線和用二個(gè)電極測試的心率曲線）之間的差值Z之間的對應(yīng)表，在數(shù)據(jù)處理器置入該對應(yīng)表供查詢，從而利用二個(gè)電極測試心率數(shù)據(jù)，結(jié)合加速度傳感器測試的實(shí)際騎行速度，來反推利用三個(gè)電極測試的心率數(shù)據(jù)，該基于ECG測量的心率耳機(jī)可只使用兩個(gè)電極，與現(xiàn)有技術(shù)使用三個(gè)電極相比，其結(jié)構(gòu)簡單，方便使用，該心率測試方法簡單易實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

利用附圖對發(fā)明作進(jìn)一步說明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發(fā)明的一種基于ECG測量的心率耳機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2和圖3是本發(fā)明的一種基于ECG測量的心率耳機(jī)的心率測試方法的示意圖。

圖中包括有：

A——以速度X在實(shí)驗(yàn)室走路時(shí)利用兩個(gè)電極測得的心率曲線；

B——以速度X在實(shí)驗(yàn)室走路時(shí)利用三個(gè)電極測得的心率曲線；

Z——是心率曲線A和心率曲線B之間的差值；

A1——以速度X1在實(shí)驗(yàn)室走路時(shí)利用兩個(gè)電極測得的心率曲線；

Z1——是對應(yīng)表中速度X1對應(yīng)的心率曲線A1和B1之間的差值。

具體實(shí)施方式

結(jié)合以下實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

本實(shí)施例的一種基于ECG測量的心率耳機(jī)，包括耳機(jī)本體，所述耳機(jī)本體上設(shè)有左耳電極和右耳電極，如圖1所示，所述耳機(jī)本體還設(shè)有加速度傳感器、數(shù)據(jù)處理器和通信模塊，所述左耳電極、右耳電極和加速度傳感器均將采集到的信號(hào)傳輸至所述數(shù)據(jù)處理器，所述數(shù)據(jù)處理器將處理后的數(shù)據(jù)通過通信模塊發(fā)送至外部設(shè)備，如手機(jī)或平板或PC電腦等。

通信模塊可以是有線通信模塊也可以是無線通信模塊，有線通信模塊是利用USB接口與外部通信設(shè)備連接，無線通信模塊如藍(lán)牙模組等。

該耳機(jī)可以有內(nèi)置電池或直接通過USB接口供電。

其中，所述數(shù)據(jù)處理器包括MCU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和緩沖放大電路，所述左耳電極、右耳電極和加速度傳感器均與所述緩沖放大電路的輸入端電連接，所述緩沖放大電路的輸出端與所述MCU的輸入端電連接，所述MCU的輸出端與所述通信模塊電連接，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊與所述MCU電連接。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊可以完成原始數(shù)據(jù)的短時(shí)臨時(shí)保存。

本實(shí)施例的原理如下：

左耳電極和右耳電極可以采用干電極或濕電極片。

由于人體的心電信號(hào)極其微弱，一般正常人的心電信號(hào)頻率在0.15-150HZ范圍內(nèi)，幅度為1mV-5mV,因此先經(jīng)過緩沖放大電路后再送至數(shù)據(jù)處理器的A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。

左耳電極和右耳電極采集的原始ECG信號(hào)易受到儀器，人體活動(dòng)等方面影響，數(shù)據(jù)處理器內(nèi)采用數(shù)字低通濾波器濾除低頻基線漂移干擾，數(shù)字高通濾波器濾除肌電干擾的高頻成分。

通過利用加速度傳感器測試騎行速度X，利用三個(gè)電極來采集騎手在騎行速度為X時(shí)的第一條心率曲線B，以及利用左耳電極和右耳電極來采集騎手在騎行速度為X時(shí)的第二條心率曲線A，獲得第二條心率曲線A和第一條心率曲線B之間的差值Z，制得騎行速度X和差值Z之間的對應(yīng)表，在數(shù)據(jù)處理器置入該對應(yīng)表供查詢，從而可以利用二個(gè)電極測試心率數(shù)據(jù)，結(jié)合加速度傳感器測試的實(shí)際騎行速度，來反推利用三電極測試的心率數(shù)據(jù)，再將心率數(shù)據(jù)通過通信模塊發(fā)送至外部設(shè)備供騎行者查看。

優(yōu)選的，所述耳機(jī)本體還設(shè)有音頻模塊，所述音頻模塊與所述通信模塊電連接，根據(jù)人體的心率波動(dòng)或心電圖曲線，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)適配歌曲類型，人體心率過快時(shí)自動(dòng)選擇舒緩的音樂等。針對睡眠有障礙的人，可以有安眠作用，當(dāng)人睡著后，耳機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)。

一種基于ECG測量的心率耳機(jī)的心率測試方法，如圖2和圖3所示，圖2和圖3中的X代表速度，Y代表心率，包括如下步驟：

步驟一：在騎行速度X下利用三個(gè)電極測試獲得第一條心率曲線B，其中兩個(gè)電極用于獲得心率信號(hào)，第三個(gè)電極用于測量基準(zhǔn)點(diǎn)以用于修正該心率信號(hào)的偏移；

步驟二：在騎行速度X下利用兩個(gè)電極測試獲得第二條心率曲線A；

步驟三：獲得第二條心率曲線A和第一條心率曲線B之間的心率差值Z；

步驟四：形成騎行速度X和差值Z之間的對應(yīng)表；

步驟五：將該對應(yīng)表置入所述數(shù)據(jù)處理器供查詢；

步驟六：利用加速度傳感器獲得實(shí)際騎行速度X1、利用兩個(gè)電極獲得心率曲線A1；

步驟七：利用騎行速度X1查詢得到差值Z1；

步驟八：反推實(shí)際騎行速度X1時(shí)利用三個(gè)電極測試獲得的實(shí)際的心率曲線B1，B1=A1-Z1。

對應(yīng)表中，騎行速度X可以是點(diǎn)值，也可以是范圍值，如果是點(diǎn)值，那么當(dāng)實(shí)際騎行速度X1在對應(yīng)表中找不到對應(yīng)的點(diǎn)值時(shí)，可以找最接近的值來代替，以查詢差值Z，如果是范圍值，那么選取實(shí)際騎行速度X1所在的騎行速度X的范圍，來查詢差值Z。

所述實(shí)際騎行速度X1進(jìn)行預(yù)處理后再用來查詢對應(yīng)表，所述預(yù)處理為：利用加速度傳感器獲得的X、Y和Z三個(gè)軸方向的速度，先計(jì)算P==X*X+Y*Y+Z*Z，再用P值查對應(yīng)表。由于人的運(yùn)動(dòng)可能是三個(gè)方向的，往前，側(cè)面，以及向上（爬樓梯），其次，耳機(jī)在人耳內(nèi)的放置角度不同，方位也會(huì)有差別，采用三軸均方差算法可以有效過濾由于方位不同引發(fā)的數(shù)據(jù)差異，比如說人如果只往x軸運(yùn)動(dòng)，Y,Z的值就會(huì)接近于0, 實(shí)際結(jié)果只和X有關(guān)，如果人傾斜的運(yùn)動(dòng)，就會(huì)在X軸，Y軸都有數(shù)據(jù)輸出，Z接近于0，實(shí)際結(jié)果和X,Y有關(guān)，通過這種算法，不管人體如何運(yùn)動(dòng)，數(shù)值最接近于人體實(shí)際運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量。

其中，以上方法具體是：利用緩沖放大電路將左耳電極、右耳電極和加速度傳感器采集的三個(gè)信號(hào)分別進(jìn)行放大。由于人體的心電信號(hào)極其微弱，一般正常人的心電信號(hào)頻率在0.15-150HZ范圍內(nèi)，幅度為1mV-5mV,因此先經(jīng)過緩沖放大電路后再送至數(shù)據(jù)處理器的A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。

具體的，數(shù)據(jù)處理器將所述放大后的三個(gè)信號(hào)分別轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，結(jié)合所述對應(yīng)表計(jì)算得出所述實(shí)際騎行速度X1時(shí)利用三個(gè)電極測試獲得的實(shí)際的心率曲線B1。

進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)處理器將該實(shí)際的心率曲線B1轉(zhuǎn)換成心率數(shù)字，通過通信模塊發(fā)送至外部通信設(shè)備。

具體的，所述數(shù)據(jù)處理器還通過通信模塊發(fā)送音頻的節(jié)拍值至外部通信設(shè)備，該音頻的節(jié)拍與所述心率數(shù)字的大小相對應(yīng)。根據(jù)人體的心率波動(dòng)或心電圖曲線，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)適配歌曲類型，人體心率過快時(shí)自動(dòng)選擇舒緩的音樂等。針對睡眠有障礙的人，可以有安眠作用，當(dāng)人睡著后，耳機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)。

本實(shí)施例的一種基于ECG測量的心率耳機(jī)的心率測試方法，通過利用加速度傳感器配合左耳電極和右耳電極來采集騎手在騎行時(shí)的加速度和心率，通過建立騎行速度X、在騎行速度X時(shí)用三電極測試的心率曲線和用二電極測試的心率曲線之間的差值Z之間的對應(yīng)表，在數(shù)據(jù)處理器置入該對應(yīng)表供查詢，從而利用二電極測試心率數(shù)據(jù)，結(jié)合加速度傳感器測試的實(shí)際騎行速度，來反推利用三電極測試的心率數(shù)據(jù)，該心率測試方法簡單易實(shí)現(xiàn)。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明作了詳細(xì)地說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。