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英飞凌发力智慧健康,健康监测可以摆脱可穿戴设备束缚

作者:王洁
发布日期:2022-04-26
来源:电子技术应用

随着人民群众生活水平的不断提升,其健康意识也在不断觉醒,除了追求健康的生活方式外,对健康服务产品的需求也日渐增多,健康管理的精细化、线上化趋势逐步显现。《2021年中国大健康产业数字化发展白皮书》预测,中国健康管理市场规模将在2025年达到21898亿元人民币,年复合增长率为20.8%。

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(图源:英飞凌公司)

为了更方便地了解自己的健康状态,消费类的可穿戴设备成为不同年龄段人员的选择,年轻人通过智能手表测量自己的呼吸、心率、步数等,老年人也能靠它实现来电提醒、手机跟踪等功能;在医疗设备上,更为专业的传感器则可以提供医疗健康监测。英飞凌在各类传感器方面凭着多年的开发经验,在封装、尺寸、成本、技术上拥有很大优势,使得工业上的专业传感器产品得以广泛用于消费领域。对于这些传感器的载体,则不再仅限于可穿戴设备,这意味着人们可以彻底解放双手,远离忘记佩戴设备就无法得到监测数据的困扰了。同时,数据的准确性和可靠性也得到了很大的提升。

“以前大家通过智能手表来测量自己的呼吸、心率或者步数等。但现在这些功能也可以通过其他的载体实现测量,如眼镜、戒指,或者IoT设备等,并且这些设备不一定要与身体接触,某些只需放在室内空间或者智能家居中即可测量,载体的类型已经从穿戴式转移到家居或者室内空间中。”英飞凌科技大中华区电源与传感系统事业部应用市场总监李国豪如是说道。

据ABI的市场调研,在未来8-10年内,市场对于安装居家场景下的健康管理产品的需求非常高,2022年预计有2千万台,到2030年,预计会超过1.8亿台。这反映出人们提高了对健康状况的关注度,人们希望可以通过各类传感器收集到自己看得懂的生命体征数据,而不必每天都跑医院;甚至是可以远程地看到居住在远方的亲人的生命体征数据。这不仅是很大一部分消费者的需求,目前看来对于疫情隔离人群尤为需要。

英飞凌拥有广泛的传感器产品组合,通过与客户的合作,可以推出各类满足人们需要的消费类产品,使得生活更加安全便利。在智慧健康方面,英飞凌将用于汽车领域远距离侦测障碍物的3D雷达传感器拓展到工业和消费领域,能在居家健康监测方面提供多维度的数据;3D ToF传感器能够侦测到人或物的距离、深度,在室内智慧家居里,也可以侦测到人员的安全情况(如摔倒状况等);CO2传感器可应用于空调以及空气净化器上,调节室内的空气。

3D雷达传感器实现非接触的生命体征监测

“雷达可以感知到任何微小的移动,包括呼吸时胸腔微小的位移,由此可以实现一些生命体征的监测,也可以利用存在的感测激发一些装置系统去感知它的距离、位置、速度、角度等数据信息,并进一步利用算法实现呼吸、心跳、手势、追踪人等应用。” 英飞凌科技大中华区电源与传感系统事业部高级市场经理吴柏毅表示。

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(图源:英飞凌公司)

BGT60LTR11AIP是英飞凌的一款高性价比的多普勒运动传感器,其尺寸仅为3.3 x 6.7 mm2,集成基带,采用集成天线封装(AIP)技术,这颗高集成的芯片能够解决天线设计、射频以及雷达讯号处理方面的复杂性问题。雷达以自主模式运行,可以在不超过5米的距离内检测到人,而消耗的功率不到5 mW;与红外线方案相比,毫米波更敏感,误报率更低,可大幅提升使用者的体验,是一个取代红外线的最佳方案;芯片尺寸小,并且通过非导电材料工作,因此可以很容易地集成到最终产品中,从而将雷达技术无缝集成到我们日常生活中的各种设备中;芯片提供了外接MCU的选项,利用高端的硬件和定制化的软件,实现更远的侦测距离;在自动模式下,即插即用,对于使用者没有要求,任何人都可以直接使用,非常方便。

BGT60TR13C则属于超宽频,适用于一些先进的雷达传感技术上,也可以使用FMCW算法,尺寸是6×5 mm2,该传感器同样采用集成天线封装(AIP)技术,有别于之前的硬件架构,这是一款一发三收的 MMIC,平均功耗约20~30mW,使用的频宽在5GHz以上,解析度大约可达3cm。由于它属于多发多收的架构,因此也可以提取角度信息,利用高级算法开发,实现手势辨识、室内人员的存在感知、追踪,甚至是心跳监测等功能。这些功能可以运用在多种场景中,包括智慧建筑、智能家居、电视、笔记本以及老人看护等场景。

3D ToF传感器实现保护隐私的跌到检测

ToF(Time of flight)即飞行时间,其测距原理是通过给目标连续发送光脉冲,然后用传感器接收从物体返回的光,通过探测光脉冲的飞行(往返)时间来得到目标物距离。由于英飞凌的ToF是一个面阵的ToF,通过任意像素都可以计算出待测的物体的距离,进而可以形成一幅包含物体深度信息的图像。

ToF应用很广,只要涉及获取深度、距离等信息,ToF都可以帮助得到物体的距离。移动手机上用作前视镜头的手势判断,如面部解锁和支付的应用,后视镜头则用于图像的增强等;服务机器人上,如扫地机器人,ToF则用于避障功能;汽车上,ToF用作驾舱内智能感应,包括驾驶员的检测(如检测驾驶员的Face ID)、乘客的检测(如调整座椅、灯光等),车外应用上,如开车门时的避障检测,在泊车上,ToF也可以用于盲点的补充。

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(图源:英飞凌公司)

在智慧健康方面,ToF可以用于养老院或隔离酒店内的跌倒检测。其原理是利用跌倒时姿态的变化,通过ToF得到深度信息,进而形成一幅图像。ToF反应的是一个深度的信息,成像是一个点云的状态,只是一个比较详细的框架,不牵扯到色彩,可以保护人的隐私。

“在强光的情况下,英飞凌的ToF能够比较好地规避太阳光的干扰。英飞凌有一个SBI专利,能够把不需要的光信息去掉,让有效的光信息再继续进来,这样的一个电路设计让我们在强光下能得到比较好的物体的深度信息,这是英飞凌和pmd在ToF领域400多个专利里面其中一个比较重要的专利。”英飞凌科技大中华区电源与传感系统事业部高级市场经理张铁虎表示。

目前英飞凌的ToF传感器已经应用在养老院和隔离酒店中实现了跌倒检测的功能,正式实现量产。

CO2传感器改善室内空气质量

CO2浓度是空气质量的一项关键指标。有数据显示,一个人在大约4m2的空间中,CO2浓度值会在45min之内从500PPM上升到1000PPM以上。随着室内CO2浓度的升高,室内人员的舒适度会降低,当浓度达到1000PPM以上时,人们会感到困倦、难以集中注意力;如果浓度达到2000PPM以上,认知能力都可能会受到影响,可能对人体健康造成比较严重的不利影响。

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(图源:英飞凌公司)

今年1月,英飞凌XENSIVTM PAS CO2传感器已经量产,基于创新的PAS(光声光谱)技术,因而能够以非常小的占板空间,实现极其高效的空气质量监测。该传感器的尺寸不及传统NDIR CO2传感器的四分之一,仅为14 x 13.8 x 7.5 mm3,精度为±30ppm和±3%;采用SMD的封装,符合国际JEDEC标准,可采用回流焊接技术进行无引脚的表面贴装;还集成了英飞凌自行开发的红外光源、光学滤波片、MEMS麦克风、MCU以及MOSFET等关键组件。

英飞凌科技大中华区电源与传感系统事业部市场经理刘菊表示,在健康管理监测方面,CO2传感器可以有针对性地对空气质量进行监测和控制,有助于改善人们的健康状况,提高生活的舒适度和提高工作效率;此外,还可以按照需要来控制和使用通风系统,节约能源,降低通风系统的运行成本。

有了这些先进的传感器产品组合,如今我们可以不必只依赖可穿戴设备,而是在日常居家生活中就能获得我们的健康信息,也能与在线设备配合使用。例如,老人静静地坐在家里面,我们可以远程了解他的呼吸、心率状况,或是有没有在电视前睡着、行动中是否有跌倒等;老人睡着之后,我们还可以很方便地了解到他的睡眠质量情况。

这些健康监测产品已经逐步实现落地,国内的合作伙伴清雷已将雷达应用到监测睡眠质量设备中,提供相应的服务;不久前新的合作伙伴Sleepiz利用雷达拓展睡眠质量监测之外的功能,通过呼吸频率判断有没有窒息或者睡眠呼吸困难症,配合智能音箱等设备,实现多维度监测睡眠质量。相信随着人们对健康管理方面的需求逐步加大,接下来会有更多的智慧健康监测管理的产品出现,为生活带来更多的便利,拭目以待吧。

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