Samsung раскрыла секрет датчика сердцебиения. Что следует знать об измерениях с помощью запястного пульсометра. Как работает пульсометр

23.06.201927.05.2017

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»

В этой статье вы узнаете о нескольких деталях, на которые нужно обращать внимание при разработке сенсоров фотоплетизмографа.

Введение

В предыдущей статье вы познакомились с конструкцией . Сегодня я поделюсь некоторыми наработками, которые могут быть полезны при выборе элементной базы плетизмографа и разработке его электрической схемы. Они помогут улучшить качество полезного сигнала, на которое в первую очередь влияют следующие факторы:

отсутствие артефактов;
наличие выраженной пульсовой волны в точке регистрации;
конструкция чувствительного элемента.

Артефакт – не относящееся к полезной составляющей изменение формы сигнала, спектрально и амплитудно схожее с ним.

Существуют несколько источников артефактов:

передвижения человека, использующего фотоплетизмограф, относительного источника освещения, естественного или искусственного, например, перемещение тени от солнца во время занятий спортом;
передвижения источника света относительно человека или изменение яркости этого источника. Например, мерцания люминесцентных ламп;
не связанные с пульсом движения частей тела вызывающие движения фотоплетизмографа или точек тела в том месте, где установлен чувствительный элемент. Например, движения костей предплечья, возникающие при движениях пальцами, движения костей головы, связанные с речью и мимикой.

Кроме артефактов качество измерения пульса зависит от выраженности пульсовой волны. У одного и того же человека пульс может быть проявлен очень хорошо и очень плохо. Например, я много раз наблюдал за изменением пульса во время трехчасового компьютерного психо-физиологического тестирования. Измерение пульсограммы производилось с мочки уха. При этом сигнал ухудшался с течением времени. Это могло происходить достаточно быстро – за полчаса, и связано, предположительно, с тем, что ушная клипса ухудшает кровоток, а также с вынужденной неподвижностью испытуемого.

Похожая ситуация наблюдается при измерении пульса с фаланги пальца. Изменение температуры в помещении или легкое изменение позы человека и вызванное этим смещение точки регистрации на небольшое расстояние могут привести к снижению уровня сигнала или вовсе к его исчезновению.

При измерении пульса с виска проблема отсутствия сигналов обостряется. Площадь виска больше площади пальца, труднее найти точку, в которой пульс лучше проявлен, и больше вероятность, что пользователь наденет датчик неправильно.

Многоканальные чувствительные элементы

Для решения описанной проблемы может быть применен распространенный в технике принцип – дублирование, которое в данном случае подразумевает использование датчика с несколькими чувствительными элементами. Принципиальная схема, реализующая такую идею, приведена на следующем рисунке.

Предвижу скептические мысли читателей насчет параллельно включенных светодиодов. Прошу не судить строго, так как это опытный образец, который не должен был эксплуатироваться длительное время.

Светодиоды и фототранзисторы на печатной плате располагаются попарно. Размер платы выбирается таким, чтобы перекрывать всю область виска, это позволяет располагать там же схему усиления и фильтрации сигнала. Плата может содержать отверстия для крепления к ленте-тесьме. Внешний вид датчика с девятью чувствительными элементами представлен на следующем рисунке.

Аналогичное решение может быть применено для измерения пульса с пальца или запястья. Ниже изображена схема датчика, состоящего из четырех фототранзисторов и одного светодиода.

Эмиттеры фототранзисторов могут не соединяться и тогда сигналы с каждого из них измеряются независимо, в этом случае требуется специальное многоканальное измерительное устройство. Многоканальное исполнение может быть также полезно для устранения артефактов. Если артефакт возникает только в районе одного фотоэлемента, он фиксируется и не учитывается в общей картине измерения. Однако использование такой схемы не всегда удобно, так как приводит к увеличению габаритов. Совсем другое дело, если соединить фоточувствительные элементы параллельно. В этом случае требуется только один измерительный канал. На следующем рисунке приведен прототип такого датчика. Он работает по схеме «на отражение». Светодиод располагается в центре, а фототранзисторы по краям. Датчик может использоваться для регистрации пульсограммы с фаланги пальца или запястья. Печатная плата разведена так, чтобы иметь возможность подключать фототранзисторы в многоканальный или одноканальный варианты.

Компаудирование

Для лучшей фиксации фотоэлементов поверхность печатной платы может быть залита компаундом. Для заливки изготавливается специальная форма, которую вы также видите на рисунке. Чтобы компаунд не прилипал к форме, ее лучше изготавливать из фторопласта. Если форму выполнить из другого материала, например из металла, то перед заливкой компаунда ее следует смазать специальным составом. Если такого состава нет в наличии, подойдет обычный вазелин. Следует также внимательно подходить к выбору компаунда, так как неправильно выбранный состав может деформировать элементы при отверждении.

Кроме фиксации компаунд выполняет роль светофильтра. Для этой цели подходят эпоксидные компаунды с красителями. Например может использоваться компаунд «Эпоксикон» производства СПбГТИ.

Альтернативу компаундам могут составить твердые светофильтры. Они вплотную прилегают к печатной плате, а для светодиодов и фототранзисторов выполняются пазы фрезой или лазером. На следующем рисунке изображен датчик с элементами, закрытыми отфрезерованной пластиной.

Наличие светофильтра позволяет минимизировать артефакты, создаваемые внешними источниками света. На следующем изображении представлен вид оптических компаундов до отверждения и после.

Особенности выбора фототранзисторов и светодиодов

Для регистрации пульсовой волны используются фоточувствительные элементы – фотодиоды или фототранзисторы. В этой статье речь идет только о фототранзисторах. Потому что на момент моего начала работ в этом направлении уже имелись на руках несколько десятков различных транзисторных сенсоров (клипс, прищепок и напалечников), а также были наработанные схемотехнические решения. Использование диодов при этом ничуть не хуже и повсеместно применяется в различных приложениях, например в распространённых медицинских датчиках стандарта Nellcor.

При выборе фототранзисторов и светодиодов в первую очередь следует обращать внимание на следующие характеристики:

длину волны (максимум спектральной характеристики) [нм];
угол половинной яркости для светодиодов и угол охвата для фототранзисторов [град.];
интенсивность излучения [мВт/ср] для светодиодов и чувствительность для фототранзисторов [мА/(мВт/см2)];
номинальный ток фототранзистора и светодиода [мА];
темновой ток фототранзистора [мА];
наличие встроенных в корпус линз и светофильтров.

Для измерения пульса лучше всего подходят длины волн, которые сильнее всего поглощаются кровью. Это волны соответствующие зеленому цвету 530 нм. Так же используются красный и инфракрасный диапазоны. Очень рекомендую с классификацией способов измерения пульса, там же вы узнаете про спектр поглощения гемоглобина.

При выборе фотоэлементов следует обращать внимание на наличие линз и светофильтров, которые позволяют достичь желаемого угла половинной яркости и охвата, а, значит, быть менее чувствительным к излучению от других источников. Встроенные фильтры позволяют работать только в выбранном спектральном диапазоне. Если выбрать светодиод с большим углом половинной яркости и фототранзистор с большим углом охвата, то свет будет проходить, минуя поверхность кожи. Это приведет к ухудшению измерительного диапазона и световой поток, модулируемый пульсовой волной, практически не будет влиять на выходной сигнал измерительной схемы. Эта ситуация проиллюстрирована на следующем рисунке

Угол а2 является допустимым, а угол а1 слишком велик для того чтобы использовать светодиод с таким углом в устройстве измерения пульса. Этот пример относится к случаю измерения пульса «на отражение». Выбор светодиода с большим углом половинной яркости в устройствах, работающих «на просвет» приведет к тому, что большая мощность излучения будет проходить мимо фотоприемника. Это нежелательно, особенно в мобильных устройствах.

Также следует обращать внимание на интенсивность излучения светодиода, измеряемую в милливаттах на стерадиан [мВт/ср]. В документах на светодиоды она указывается обычно при токах 20, 100 и 1000 мА. Для экономии электроэнергии лучше выбирать светодиоды, у которых эта характеристика выше при одном и том же потребляемом токе. Следует обращать внимание на величину фотоэлектрического тока фототранзистора, чем больше ее значение, тем лучше. Последние две характеристики связаны между собой. В результате, уровень минимально ожидаемого сигнала должен быть хотя бы в несколько раз выше ожидаемого уровня шумов в измерительном устройстве.

Светодиоды и фототранзисторы часто продаются парами, подходящими друг к другу конструктивно и по спектральным характеристикам. В таблице приведены характеристики нескольких пар светодиодов и фототранзисторов. Пары в строчках 2 и 3 не подходят для использования в пульсометрах из-за большого угла и низкой мощности излучения. Пары 1, 4 и 5 подходят, причем первая пара подходит лучше всего. Это было подтверждено испытаниями. При прочих равных условиях лучший сигнал пульсограммы снимался при использовании первой пары. Нужно отметить, что если между светодиодом и фототранзистором поставить непрозрачную преграду, то угол излучения и чувствительности будут не так сильно влиять на качество измерения пульса.

Заключение. Три в одном

Вместо заключения упомяну замечательное интегральное решение, которое в комментариях к предыдущей статье привел хабрапользователь

Чего желают в поздравительных речах больше всего? Конечно же, здоровья, которое всё чаще становится объектом вдохновения для производителей разнообразных гаджетов. Но разве сегодня есть люди, которых можно удивить браслетом для мониторинга физической активности? Вряд ли. Инженеры южнокорейской компании Samsung, с историей создания которой мы , решились на внедрение инновации, которая представлена датчиком сердцебиения. Многие поклонники высоких технологий задались вопросом о необходимости его наличия, но получить ответ от первоисточника пока не удавалось. До сегодняшнего дня. Итак, зачем в понадобился Heart Rate Sensor, и, главное, как же он работает?

Прежде всего, стоит отметить, что пятое поколение смартфонов линейки Galaxy является далеко не единственным устройством с поддержкой датчика сердцебиения. К таковым также относятся и , с которыми нам приходилось видеться. Но почему выбор пал именно на средство для измерения пульса?

Согласно утверждению представителей компании, частота сердечных сокращений является одним из наиболее часто измеряемых биологических показателей. Благодаря ей можно получить общее представление о своём состоянии не только до, во время и после тренировок, но и на протяжении выполнения рутинных заданий. Ввиду того, что гаджеты сопровождают нас практически повсюду, было принято решение о целесообразности использования данной функции.

Процесс измерения пульса со стороны выглядит невероятно просто: Galaxy S5 активирует красную вспышку, вы прикладываете к ней палец, проходит пять секунд — результат отображается на экране. Впрочем, изнанка вычисления частоты сокращений сердца куда более запутанная.

Для начала нам пригодятся некоторые базовые знания из биологии. Дело в том, что кровь двигается по кровеносным сосудам с разной скоростью. Это, в свою очередь, является следствием различного давления в артериях и венах.

Магия, что естественно, происходит после помещения пальца на светодиод. Благодаря помощи последнего, смартфону удаётся определять количество отраженного света, которое будет разниться в зависимости от скоростей движения крови. После анализа этой разницы в течение 5-10 секунд Galaxy S5 готов продемонстрировать готовый результат.

Одним из главных преимуществ сенсора является то, что руководство компании приняло решение о распространении средств для разработки. Соответственно, уже в скором времени стоит ожидать появление сторонних приложений для работы с датчиком сердцебиения. О последствиях такой стратегии для сканера отпечатков пальцев можно узнать .

Нагрудный пульсометр - это классический вариант портативного монитора частоты сердечных сокращений. Он состоит из датчика, крепящегося на груди на эластичном ремне, и приемника, который чаще всего бывает выполнен в виде часов и располагается на запястье.

Рассмотрим плюсы и минусы таких пульсометров и разберемся, как выбрать среди множества моделей подходящий вариант для себя.

Эти устройства могут быть незаменимы :

для профессиональных спортсменов и спортсменов-любителей, которые хотят заниматься с максимальной отдачей;
для всех, кто хочет сбросить лишний вес;
для людей с сердечными заболеваниями.

Пульсометр с нагрудным датчиком на ремне обычно используются в циклических видах спорта, например, для бега, велосипедной езды, плавания и лыжных гонок.

В этом случае они выполняют две основные функции:

Позволяют контролировать нагрузку : при тренировках в циклических видах спорта для каждого спортсмена существует определенный пульсовой коридор - например, от 150 до 180 ударов в минуту - заниматься в котором наиболее эффективно.

Во время занятий спортсмен с помощью пульсометра отслеживает частоту сердечных сокращений. Если она выходит за пределы этого коридора - становится слишком низкой или слишком высокой - это значит, что необходимо прибавить или снизить темп.

Позволяют отслеживать прогресс . Если спортсмен только начинает заниматься спортом, физическая активность вызывает большое повышение пульса. Со временем организм будет становиться все более и более тренированным, и при тех же нагрузках частота сердечных сокращений будет увеличиваться незначительно.

Для того чтобы похудеть, нужно заниматься все теми же циклическими видами спорта или выполнять физические упражнения с отягощениями с малой нагрузкой, но высокой интенсивностью. При этом также нужно следить, чтобы пульс во время занятий держался в определенном коридоре - не был ни слишком большим, ни слишком маленьким.

В этом случае жир будет сжигаться наиболее эффективно. Сердечный монитор поможет контролировать пульс, удерживая его в нужных границах, чтобы худеть быстрее.

При заболеваниях сердца физическая активность также может быть очень полезной. Разумеется, начинать заниматься спортом можно только после консультации с врачом, и тренироваться надо с осторожностью. При этом также необходимо контролировать пульс, следя за тем, чтобы он не повышался слишком сильно. В этом случае занятия не нанесут вреда организму, а будут только полезны.

Кроме того, прибор дает возможность следить за частотой сердечных сокращений в течение дня , чтобы получить полную картину активности сердца.

Что же это за прибор, как он появился и для чего нужен, как рассчитать необходимый пульсовый коридор — узнайте все из видео:

Как работает

Датчик, который определяет частоту сердечных сокращений, крепится на груди при помощи специального эластичного ремня. Расположенные на нем электроды при этом обычно смачиваются водой или покрываются специальным гелем - это обеспечивает им хороший контакт с кожей.

Датчик передает сигнал на приемник , который отображает частоту сердечных сокращений. Передача сигнала осуществляется в аналоговом или цифровом виде.

При этом нагрудные пульсометры различаются по типу приемника . Его роль могут выполнять:

специальный запястный приемник;
gps-навигатор;
велокомпьютер;
смартфон;
умные часы или браслет.

Существуют также и проводные модели пульсометров. Такая конструкция защищена от помех и поэтому обеспечивает стабильную передачу сигнала от датчика к приемнику в любых условиях, но на сегодняшний день такие мониторы ЧСС уже практически не используются.

Плюсы и минусы

Основные альтернативы пульсометрам с нагрудным датчиком - (запястный пульсометр) и модели с датчиком пульсации крови (крепится или на мочку уха).

Основное преимущество нагрудного пульсометра - точность измерений . Он качественно измеряет частоту сердечных сокращений в любой ситуации - независимо от того, находитесь ли вы в покое, заняты легкой физической работой или активно занимаетесь спортом.

Второй важный плюс прибора с нагрудным датчиком - не нужно предпринимать никаких дополнительных действий, чтобы измерить пульс : ЧСС всегда отображается на экране приемника. А вот для того, чтобы узнать пульс на некоторых запястных пульсометрах, нужно положить на электроды такого прибора вторую руку - во время тренировки это может быть затруднительно.

Есть у нагрудных пульсометров и два важных недостатка:

датчик может вызывать неудобство во время ношения;
сложность использования: для того чтобы начать пользоваться нагрудным пульсометром, необходимо не только надеть на руку приемник, но и закрепить датчик.

Эти проблемы обычно замечают начинающие. Но довольно быстро занимающиеся перестают обращать на них внимание.

Как правильно выбрать

Если три основных момента, на которые стоит обратить внимание при покупке монитора частоты сердечных сокращений с нагрудным датчиком:

компания-производитель : при покупке первого пульсометра имеет смысл остановиться на моделях известных и проверенных производителей, таких как Polar, Sigma, Beurer или Suunto;
дополнительные функции : практически все пульсометры помимо измерения ЧСС имеют дополнительные функции, поэтому стоит выбрать прибор с характеристиками, которые устроят именно вас;
длина ремня : для людей с избыточным весом длины стандартного ремня может не хватить, эта проблема встречается не так часто, однако данный момент тоже нужно учесть.

Дополнительные функции

К стандартным дополнительным функциям пульсометров на грудь относятся:

часы;
таймер и секундомер - полезная функция при занятиях спортом;
шагомер;
возможность задать требуемую пульсовую зону - можно указать нижнюю и верхнюю границу требуемого пульсового коридора, при выходе из него прибор будет подавать звуковой сигнал;
ведение статистики тренировок;
калькулятор индекса массы тела;
калькулятор сожженных калорий;
измерение интенсивности и частоты дыхания.

Больше полезного о выборе подходящего устройства смотрите на видео:

Нюансы использования

Если вы купили самый простой прибор с приемником в виде часов, все, что вам нужно сделать - закрепить датчик на груди и надеть приемник на руку. После этого на экране сразу отобразится ЧСС. Также понадобится выставить дату и время и произвести другие необходимые настройки.

Если в качестве приемника у вас выступает велокомпьютер, GPS-навигатор или смартфон, настройка может занять чуть больше времени - в этом случае понадобится также установить соединение между приемником и датчиком.

Ответы на часто задаваемые вопросы

Нагрудный пульсометр обеспечит вам наибольшую точность измерений независимо от того, находитесь вы в покое или активно занимаетесь спортом.

С помощью правильно подобранного пульсометра вы всегда сможете следить за частотой сердечных сокращений . В зависимости от ваших целей и задач этот прибор позволит вам либо эффективно заниматься спортом и сжигать жир, либо следить за активностью сердца во время тренировок и в повседневной жизни, чтобы не дать ему чрезмерно большой нагрузки.

При занятиях спортом правильное распределение нагрузки обеспечивает контроль работы сердца. Для выполнения этой задачи используют пульсометры.

Традиционно выбираются модели с нагрудным датчиком, но их основным недостатком является необходимость терпеть неудобный ремень. Альтернативой этим устройствам выступают гаджеты без нагрудного датчика, снимающие показания с запястья. У моделей есть свои достоинства и недостатки.

Сравнительный анализ пульсометров с нагрудным датчиком и без

Точность измерений. Нагрудный датчик быстрее реагирует на сокращение сердца, точно отражая его работу на экране. Датчик, встроенный в браслет или часы может несколько искажать данные. Показания снимаются по изменению плотности крови после того, как сердце вытолкнуло новую порцию крови, и она дошла да запястья. Эта особенность определяет возможность небольших погрешностей в тренировках с интервалами. Пульсометр не успевает среагировать на нагрузку после перерыва в первые секунды.
Удобность в использовании. Устройства с нагрудным датчиком могут быть неудобными из-за необходимости терпеть трение ремня, что становится особенно неудобно в жаркую погоду. Сам ремень отлично впитывает пот спортсмена во время тренировок, приобретая крайне неприятный запах.
Дополнительные функции. Устройство с ремнем обычно оснащено функцией записи трека, поддерживает ANT+ и Bluetooth. Для большинства моделей без нагрудного датчика эти возможности недоступны.
Батарея. Собственная батарея у гаджета с ремнем позволяет не вспоминать о подзарядке на протяжении нескольких месяцев. Представители без нагрудного датчика требуют зарядки батареи после каждых 10 часов использования, некоторые модели – каждые 6 часов

Чем пульсометр без нагрудного датчика лучше?

Использование подобного гаджета при условии его плотного прилегания к коже позволяет:

Забыть о дополнительных устройствах в виде секундомера, .
Не бояться воды. Все больше моделей приобретают функцию защита от воды, продолжая эффективно работать при погружении.
Компактное устройство легко размещается на руке, не отвлекая спортсмена, не создавая ему неудобств.
Задать необходимый ритм для тренировок, о выходе из его немедленно сообщит звуковой сигнал.

Виды пульсометров без нагрудного датчика

В зависимости от размещения датчика гаджеты могут быть:

С датчиком встроенным в браслет. Обычно такие устройства используют в качестве наручных гаджетов, в сочетании с часами.
Сам датчик может встраиваться и в часы, позволяя получить новое более функциональное устройство.
С датчиком на ухе или пальце. Считается недостаточно точным из-за того, что регистрирующее устройство может недостаточно плотно прилегать к коже или вовсе сползти и потеряться.

Возможна классификация по принципу особенностей конструкции. По такому критерию гаджеты распределяются на:

Проводные. Не слишком удобные в использовании они представляют собой датчик и браслет, соединенные проводом. Для проводного устройства характерно наличие устойчивого сигнала без помех. Такой пульсометр особенно удобен для людей с нарушениями давления или сердечного ритма.
Беспроводные модели предусматривают альтернативные способы передачи информации с датчика на браслет. Они особенно эффективны при необходимости отслеживать свой прогресс и общее состояние во время спортивных тренировок. Недостатком устройства считается его чувствительность к помехам, создаваемым подобными техническими новинками, находящимся вблизи. Из-за этого данные, выводимые на монитор, могут оказаться неточными. Компании, занимающиеся выпуском подобных пульсометр, предлагают потребителям ознакомиться с моделями, способными передавать кодированные сигналы, не искажаемые другими пульсометрами.

Конструкция допускает и варианты по внешнему виду устройства. Это могут быть обычные фитнес-браслеты с минимальным набором функций, пульсометры, встроенные в часы, либо техника, имеющая внешний вид наручных часов с дополнительной функцией сообщать время своему владельцу.

Топ 10 лучших моделей пульсометров без нагрудного датчика

Alpha Mio. Небольшое устройство на удобном прочном ремешке. В режиме бездействия работают по принципу обычных электронных часов.

Германская бюджетная модель Beurer PM18 оснащена еще и шагометром. Особенность в пальцевом датчике, для получения нужной информации достаточно приложить палец к экрану. Внешне пульсометр имеет вид стильных часов.

Sigma Sport отличается скромной ценой и необходимостью использовать дополнительные способы для надежного контакта датчика и кожи. Это могут быть различные гели и даже обычная вода.

Adidas miCoach Smart Run и miCoach Fit Smart . Обе модели работают на датчике компании Мио. Особенностью гаджетов является их внешний вид стильных мужских часов, которыми они и являются вне периода тренировок. Точная информация обеспечена функцией считывания частоты сердечных сокращений без перерыва, в том числе и во время покоя, работы, что позволяет получить максимально точную картину сложности тренировки, реакции организма на нее.

Polar M Пульсометр для бегунов. Особенно рекомендуется для начинающих.

Basis Peak доступный гаджет, легкий простой в использовании. Крепление прочное. Один нюанс — для начала придется «договориться» с новинкой. Показания способны отличаться на 18 ударов, но подстроиться под работу техники не сложно. Подходит и для велосипедистов.

Fitbit Surge делает собственные выводы о зоне комфорта для бегуна, основываясь на анализе сведений, полученных с датчика в режиме контроля и режиме активной тренировки.

Mio Fuse отличается дополнительным оптическим датчиком в конструкции. Пульсометр позволяет получать максимально точную информацию о работе сердца. Допускается к использованию и для велосипедистов.

Сунтер удобен, компактен, отличается ярким дизайном и хорошей подсветкой. Модель популярна у альпинистов и бегунов.

235 самостоятельно рассчитывает оптимальную нагрузку для свого владельца с учетом его активности за несколько часов, составляет график сна. Среди дополнительных функций – возможность использовать технику в качестве пульта дистанционного управления для своего смартфона.

Бегаю каждое утро. Непрофессионально, просто для здоровья и собственного удовольствия. Нагрудный датчик нужно заранее одевать, часы всегда с собой. Часто бывает так, что окончательно просыпаюсь я уже на беговой дорожке, поэтому про пульсометр раньше часто забывал. Теперь он всегда со мной. Удобно.

Люблю кататься на велосипеде, но необходимость контроля работы сердца заставила купить пульсометр. Из-за постоянно перекручивающегося ремня решился попробовать наручный. Разница в показаниях 1-3 удара, что считаю вполне допустимым, зато сколько плюсов.

Мне пришлось долго подстраиваться к наручной модели. То она съезжает, то недостаточно плотно прилегает, то ее трясет. В общем, подстраиваться должна техника, а не человек. Ее для того и делают, чтобы нам людям было удобно!

У меня большой вес, кардиолог потребовал постоянно пользоваться пульсометром. Работаю я уборщицей, приходится постоянно наклоняться, много двигаться, поднимать вес, контактировать с водой. Два первых пульсометра пришлось просто выкинуть (механические повреждения корпуса). На день рождения муж подарил наручную модель. Руки у меня полные, но браслет оказался хорошо корректируемым. Сам пульсометр справился и с моей работой, он не исказил результатов даже после намокания. Проверяли его результаты и девчонки с работы, подсчитывая вручную и в кабинете кардиолога специальной машиной. Я довольна.