通过物品感测生理参数的制作方法

1.本技术总体上涉及感测生理参数。在示例中，放置在物品(例如，尿布)外部的光发射器和光学传感器用于通过使光脉冲发射穿过物品并测量返回光来确定心率和呼吸率。


背景技术：

2.存在用于测量人类心率和呼吸率的解决方案。例如，一些解决方案可以通过使用直接放置在皮肤上的光源和光接收器来检测皮肤颜色的变化并由此得出心率或呼吸率。
3.但是将传感器放在皮肤上可能并不理想。例如，婴儿可能对传感器延长时间段在他或她的皮肤上感到不舒服。
4.此外，当传感器的穿戴者在运动时，现有的解决方案可能会获得错误的测量值或根本无法获得测量值。例如，当传感器的穿戴者在运动时，由于传感器未对准，接收光信号可能很弱或无法测量。
5.因此，需要新的解决方案。


技术实现要素：

6.描述了用于检测心率和呼吸率的各种示例。在一个方面，传感器应用获得一组光的测量值。对于每个测量值，传感器应用使光源通过物品将光脉冲发射到皮肤区域，并确定从物品返回的光的测量值。传感器应用还从该组光测量值确定返回光的振幅的周期性变化。传感器应用还将振幅的周期性变化识别为具有相同周期性的心率。
7.在另一方面，传感器应用确定该组光测量值的振幅或包络调制的周期性变化的变化率。传感器应用将呼吸率识别为等于该变化率。提及这些说明性示例不是为了限制或限定本公开的范围，而是提供示例以帮助理解本公开。在具体实施方式中讨论了说明性示例，该具体实施方式提供了进一步的描述。通过检查本说明书可以进一步理解各种示例提供的优点。
附图说明
8.当参考附图阅读以下具体实施方式时，可以更好地理解本公开的特征、实施例和优点。
9.图1描绘了根据本公开的某些方面的生理传感器系统的示例的框图。
10.图2描绘了根据本公开的某些方面的生理传感器系统的示例的框图。
11.图3a和3b描绘了根据本公开的某些方面的可以放置在物品中或其外表面上的传感器系统的布局的示例。
12.图4描绘了根据本公开的某些方面的示例颜色检测器单元配置。
13.图5是描绘根据本发明的某些方面的用于通过物品确定生理参数的方法的示例的流程图。
14.图6描绘了根据本发明的某些方面的与图5中描述的方法关联的波形的示例。
15.图7描绘了根据本发明的某些方面的可配置为具有不同几何形状的颜色检测器单元的示例。
16.图8是描绘根据本公开的某些方面的用于执行与感测相关的功能的示例计算系统的图。
具体实施方式
17.本文描述的各方面涉及感测生理参数。生理参数的示例是心率和呼吸率(呼吸速率)。如上所述，现有系统可能需要将传感器放置在皮肤上。相比之下，所公开的解决方案不需要直接放置在皮肤上来检测心率或呼吸率。物品的示例包括衣服、床上用品、毯子、吸收性物品，诸如尿布。
18.在示例中，传感器应用将光源通过物品脉冲发射到皮肤上，经由光接收器测量返回光，并从返回光的测量值得出心率和/或呼吸率。可以选择光源的波长并因此选择颜色以匹配特定物品的特定光透射率水平和/或确保合适量的返回光到达光接收器以使皮肤下血液的颜色变化被辨别。光透射率是通过材料透射的光相对于入射到材料上的光量有多少的量度，并且与波长相关。
19.在某些情况下，传感器可以放置在尿布的具有更高透射率的贴片上。
20.此外，所公开的解决方案可以最小化测量不同参数所需的传感器的数量。例如，本文公开的颜色感测装置可用于检测皮肤下颜色的变化(并因此检测心率和/或呼吸率)并且可动态地重新配置以检测尿布上或尿布内的色条的颜色(因此检测身体渗出物量的存在)。色条可以位于尿布上。以此方式，所公开的解决方案可用于现有系统中，或可部署为多用途系统。
21.在一个方面，光源和光接收器组合的不同布置或几何形状可以是可用的和选择的。具有光源和光接收器阵列有助于动态选择提供最佳信号的光源
‑
光接收器对或几何形状。以这种方式，所公开的系统可以适应由穿戴者引起的运动，或由尿布中的湿气(例如尿液)引起的不同厚度的尿布。例如，如果尿布变满，则尿布可能变得更厚。所公开的系统可以通过改变相对于光接收器的脉冲发射光的几何形状来进行补偿，从而补偿由于更厚的吸收性材料而增加的光路并持续测量心率和/或呼吸率。
22.在另一方面，从诸如湿度传感器和加速度计的其他传感器获得的测量值用于验证经由光学传感器检测到的心率或呼吸率。例如，通过使用加速度计检测和测量穿戴者的运动，所公开的系统可以补偿运动，从而能够持续测量心率和/或呼吸率。
23.在又另一方面，所公开的系统可以用通过心率或呼吸率确定的信息来补充靠近物品的受试者的所确定的活动状态(例如，穿戴者是在进食、睡觉还是醒着)。例如，如果婴儿没有运动，则基于惯性测量的解决方案可能会错误地确定婴儿正在睡觉。但是通过将惯性测量值与经由光学测量值确定的呼吸率相结合，所公开的解决方案可以确定心率和/或呼吸率保持升高，指示婴儿没有睡着而是在进食。在另一示例中，通过确定心率和/或呼吸率与睡眠一致，所公开的解决方案即使在存在指示穿戴者正在运动的惯性测量值(并且因此在某些情况下可能原本指示穿戴者醒着)的情况下也可以辨别穿戴者睡着了。例如，穿戴者可能在运动的汽车中睡着了。
24.现在转向附图，图1描绘了根据本公开的某些方面的生理传感器环境的示例的框
图。图1描绘了可穿戴传感器100、物品150、发射光120、返回光123和皮肤160。物品150的示例包括衣服和吸收性物品，诸如普通的一次性尿布、护垫、成人尿布等。
25.可穿戴传感器100可以放置在靠近受试者的物品上或以其他方式附接到穿戴者。当正确定位时，容纳在可穿戴传感器100内的一个或多个传感器可以测量穿戴者的一个或多个参数。可穿戴传感器100可以使用诸如环、钩或粘合剂的附接装置固定到穿戴者。例如，通过使用光学方法、惯性传感器或两者的可穿戴传感器100可以被配置为测量心率、呼吸率或两者。
26.可穿戴传感器100包括传感器系统101、网络连接130和监视器170。传感器系统101包括一个或多个光源，例如发光二极管(led)；和一个或多个光接收器，诸如光电二极管。可穿戴传感器100可以放置在尿布上，使得光源和光接收器与尿布的特定区域(诸如尿布的变色条或半透明部分)对齐。光源和光电二极管的不同布置是可能的。关于图2
‑
4和7进一步讨论一些示例。
27.传感器系统101和监视器170可以通过网络连接130连接。网络连接130可以是任何有线或无线连接。示例包括wifi和蓝牙。传感器系统101和监视器170之间的任何功能拆分都是可能的。因此，感测和分析操作可由传感器系统101、监视器170或两者来执行。例如，传感器系统101可以经由网络连接130将检测到的心率和/或检测到的呼吸率传输到监视器170。监视器170可以向护理者显示诸如心率、呼吸率、睡眠状态等的信息。在示例中，心率以每分钟心跳次数来测量，并且呼吸率以每分钟呼吸次数来测量。
28.在更详细的示例中，传感器系统101发射发射光120的脉冲。脉冲是发射特定时间量的光量。发射光120可以照射通过物品150，物品150吸收一些发射光120。一些发射光120被透射到皮肤160。反过来，该光的一部分通过物品150从皮肤160反射回来并作为返回光123被接收。传感器系统101中的光传感器(例如，光电检测器或光电二极管)接收返回光123。
29.传感器系统101以可以自适应或固定的采样率对返回光123进行采样。在某些情况下，可以在一个光脉冲期间获取多个样本。在其他情况下，一个脉冲导致获取一个样本。在具有足够数量的样本的情况下，例如以足以克服混叠的采样率，传感器系统101确定返回光123随时间推移的振幅。信号或波形由一组样本形成。传感器系统101可以以一占空比脉冲发射光。示例占空比是每100毫秒一个脉冲。选择的占空比会影响电池寿命。例如，与不频繁的光脉冲发射相比，更频繁的光发射会使用更多的电池电量。
30.基于心脏的跳动，返回光123的振幅本质上可以是周期性的。更特别地，光的振幅可以随时间推移变化，这反映了人体皮肤在心跳周期的不同点吸收不同光量的事实。特定波长的光的吸收可能因血脉搏波(pulse wave)而异。例如，当脉搏波到达感测位置时，吸收的光量与脉搏波离开时的光量不同，这会导致进而被测量的反射光量不同。
31.更特别地，接收的信号可以包括基波分量和一个或多个谐波分量。基波分量的周期性执行心率的周期。在某些情况下，可以对光进行过滤，以便仅考虑特定波长的光。
32.从检测到的心率，传感器系统101可以确定呼吸率。可以使用不同的方法。例如，传感器系统101可以确定心率周期性地稍微增加然后稍微减少。该周期是呼吸率。因此，接收光振幅在时间上的二阶时间导数是呼吸率。
33.在另一示例中，传感器系统101可以分析光信号包络的调制。例如，因为呼吸改变
每搏量并因此改变脉搏波振幅，因此光信号的包络相应地调制。
34.传感器系统101可以包括一个或多个惯性测量传感器，诸如加速度计或陀螺仪。这些惯性传感器可以确定可以补充心率或呼吸率测量值的惯性测量值。传感器系统101还可包括一个或多个湿度传感器。附加地或替代地，传感器系统101可以包括一个或多个微处理器。
35.所确定的心率和/或呼吸率可以与惯性测量传感器结合以提高测量的可靠性。例如，传感器系统101可以确定传感器的穿戴者正在运动，并使用运动测量值来补偿在返回光中接收的误差。传感器系统101还可以使用惯性测量值来确定穿戴者的状态，例如，结合预测模型进行确定。
36.图2描绘了根据本公开的某些方面的生理传感器系统的示例的框图。图2包括可穿戴传感器系统200，其是传感器系统101的示例。可穿戴传感器系统200包括微控制器201、光源202、惯性传感器203、光电检测器204、预测模型215和处理器206中的一个或多个。微控制器201可以执行传感器应用211。可穿戴传感器系统200可以执行多种功能，诸如心率检测或活动状态检测。
37.例如，可穿戴传感器系统200可以被配置为测量皮肤的颜色以得出心率或呼吸率。检测到的颜色可以与心脏脉搏相关。心率的变化可以与呼吸相关，从而能够确定呼吸率。
38.为了检测颜色，可穿戴传感器系统200使光脉冲被发射并确定被反射的脉冲发射光的量。包括在环境光270存在的情况下可以发生颜色感测，因为可穿戴传感器系统200可以从测量值中去除环境光的测量值。
39.在一个示例中，传感器系统101发射发射光220。发射光220可以是脉冲，例如，发射特定时间量的光。发射光220照射在物品150上。物品150吸收一些发射光220并透射一些发射光220作为透射光221。透射光221透射到皮肤160。反过来，一部分透射光221从皮肤160被反射回来作为返回光222。一部分返回光222作为返回光223穿过物品150。
40.继续该示例，传感器系统101中的光接收器(例如，光电检测器)接收返回光223。传感器系统101在各个时间点对返回光223进行采样以确定返回光223的振幅的周期性。由于皮肤160根据相对于心跳的时间吸收不同量的光，因此该周期性可以指示心率。因此，接收光振幅随在时间上的一阶导数是呼吸率。
41.在另一示例中，可穿戴传感器系统200测量吸收性物品中的变色指示剂的颜色。从该颜色，可穿戴传感器系统200确定吸收性物品的负载。变色指示剂被设计为响应于与具有特定属性(诸如ph水平)的物质接触而改变颜色。示例包括溴甲酚绿，其根据变色指示剂暴露于其的液体的ph改变颜色。可以使用其他变色指示剂。检测到的ph水平可以与身体渗出物量相关，因为ph水平随着吸收性物品中身体渗出物量变化而变化。因此，查找表或函数可以用于确定给定ph水平的量或变色指示剂的颜色。
42.可穿戴传感器系统200还包括微控制器201。微控制器201可以是任何控制器、处理器、专用集成电路或其他处理装置。图8中示出了计算装置的示例。微控制器201可以执行传感器应用211以及其他处理器可执行指令以执行本公开的各方面。微控制器201的功能可以由处理器206实现，反之亦然。微控制器201可存储数据，其可包括穿戴者的状态、关于穿戴者的人口统计信息、关于穿戴者穿戴的特定吸收性物品的信息等。
43.环境光270可以是环境中存在的不是由光源202产生的任何种类的光，其可以包括
来自天然源的光，例如太阳光，或人造光，诸如经由白炽光源、卤素光源、发光二极管(“led”)光源、荧光光源、激光源等产生的光。即使环境光根据存在的(一个或多个)环境光源可以具有不同的色谱，但可穿戴传感器100可以电子地去除这样的环境光对光电检测器检测到的光的贡献，并基于从光源202返回的光准确地检测皮肤260的颜色。
44.光源202包括可操作以将光照射在皮肤260上的一个或多个光源。光源可以是根据本公开的任何合适的人造光源，包括led、白炽光源或其他光源。多个分立光源可以单独实现，或者可以经由集成封装实现，该封装将多个单独的光源组合成单个光源。
45.来自光源202的光可以以一个或多个特定波长产生，或者可以包含多个波长。在一个示例中，光源202具有三个光源：波长为623纳米(“nm”)的红光、波长为523nm的绿光和波长为700nm至1mm的红外光。例如，为了测量人体皮肤下的血液颜色，红色、绿色或红外波长中的波长可能是有利的。在某些情况下，红外光不受肤色影响，因此可能更优选，因此反射光更接近地跟随皮肤下的脉搏波。
46.根据不同的示例，可以采用其他波长的光，这取决于应用、目标物体或变色指示剂(诸如石蕊试纸条)的预期颜色范围、预期环境光谱或任何其他合适的因素。在一些示例中，光源可以是可调谐的以允许选择具有来自环境光的小的贡献的光的一个或多个波长。例如，如果光电检测器检测到的环境光指示第一波长处的局部或全局最大或最小振幅，则可穿戴传感器100可以调谐光源202以发射基本上在第一波长的光。
47.在该示例中，可穿戴传感器系统200通过激活短持续时间(例如，1
‑
5微秒到500毫秒，称为“脉冲宽度”)来脉冲发射光源202发射的光，然后停用光源。针对特定应用可以采用任何合适的脉冲宽度。光源202可以产生红色、红外和绿色的单独脉冲，并输出对应的值。例如，5微秒的脉冲宽度可能有利于检测变色指示剂的颜色或人类皮肤的颜色。短脉冲宽度使可穿戴传感器系统200能够脉冲发射并检测彼此快速连续的不同颜色的光，例如红色、绿色和红外。
48.脉冲发射光的使用使可穿戴传感器系统200能够消除物体反射的光类型的歧义。特别地，可穿戴传感器系统200可以从包括从光源202脉冲发射的光的检测到的光中检测和过滤环境光。在一些示例中，可穿戴传感器系统200可以以规则的间隔(例如，每十分钟)或响应于事件(诸如用户按下可穿戴传感器系统200上的按钮或湿度传感器检测到超过阈值的湿度水平)使光源202进行脉冲发射。此外，与连续光相比，脉冲发射光的使用可以降低可穿戴传感器系统200的功耗，从而增加可穿戴传感器系统200可以依靠电池操作的时间量。
49.当使光源202进行脉冲发射时，在光电检测器204处检测到的光可以是环境光270和从皮肤260反射的来自脉冲发射光源202的光的组合。当光源202停用时，光电检测器204检测到的光的是环境光。通过使光源202进行脉冲发射，可穿戴传感器系统200能够首先获得关于环境光谱的基线信息以使得可穿戴传感器系统200能够隔离在光源202激活时接收的光。当不进行颜色测量时，脉冲发射还允许可穿戴传感器100通过停用光源202来节省电力。
50.光电检测器204接收光，包括从皮肤260反射的光，无论是环境光还是由光源202发射的光，并基于该返回光产生传感器信号。光电检测器204可以是能够检测和测量光的任何装置，诸如光电二极管、光电晶体管、互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器、电荷耦合器件(ccd)传感器或光敏电阻。
51.光电检测器204可以检测宽光谱的光并输出指示检测到的光的信息。例如，光电检测器204可以产生与返回光的波长成比例的电输出。光电检测器204可以提供三元组的三个输出，例如与红色对应的值、用于绿色的另一值和用于红外的另一值。
52.更特别地，三元组的值与在对应于特定颜色的波长范围的光的振幅对应。因此，第一值与返回光中红色的振幅成比例，第二值与返回光中绿色的振幅成比例，并且第三值与返回光中红外的振幅成比例。
53.在一个方面，光电检测器204可以是单个光电检测器的阵列。每个光电检测器可以被配置为测量光的颜色。例如，一个光电检测器测量红色，第二光电检测器测量红外，并且第三光电检测器测量绿色。
54.处理器206是诸如通用处理器的电子电路或装置。处理器206可以在模拟域、数字域或两者中操作。处理器206可以与任何环境光无关地辨别皮肤260下血液的颜色。处理器206接收来自光电检测器204的表示环境光的第一输出，例如，当光源202关闭时收集的输出。当使光源202进行脉冲发射时，处理器206接收来自光电检测器204的第二输出。处理器206辨别第一输出和第二输出之间的差异，并从而将物体的颜色，特别是物体上反射光的颜色与脉冲发射光隔离。
55.在一个方面，处理器206接收指示表示环境光的宽光谱光的强度的水平，即光源202关闭的时间点，以及指示红色、红外和绿色三种颜色中的一种被脉冲发射的第二时间点的强度的水平。处理器206然后可以通过比较环境光的强度和具有单个脉冲发射颜色的强度来从环境光消除单个脉冲发射颜色的贡献的歧义。
56.处理器206从光源202关闭的时间点从光电检测器204接收第一组红色、绿色和红外电平，并从使光源202进行脉冲发射的第二时间点接收第二组红色、绿色和红外电平。处理器206计算第一时间点和第二时间点之间的红色电平之间的差，从而计算来自脉冲发射光的红色、绿色和红外电平的贡献。
57.处理器206可以是专门的光度测量前端。处理器206可以被配置为激活光源202并测量由光电检测器204接收的信号。例如，处理器206可以从光电检测器204接收模拟输入，通过使用模数转换器(adc)将模拟输入转换为数字输出，然后将指示检测到的颜色的数值存储在内部存储器中，以供以后与另一值进行比较。以此方式，处理器206可以被配置为消除模拟域中环境光270的贡献的歧义并输出指示皮肤260下血液的颜色的模拟信号或数字值。例如，处理器206可提供输出，诸如表示颜色的三元组值。
58.在一个方面，处理器206可以具有多个检测通道，每个检测通道与光源202和光电检测器204的一对对应。如关于图3a和3b进一步描述的，每个通道可以专用于特定的光源
‑
光电检测器对，或“单元(cell)”。每个单元可以被物理分离，使得处理器206可以测量在多个位置的颜色。处理器206还可以以不同于来自另一单元的光的方式从特定单元脉冲发射光。
59.传感器应用211可以提供附加功能，诸如校准或对从光源202接收的信号进行白平衡。例如，传感器应用211可以获取已知值，例如，当例如由呈现给光电检测器204的白色或灰色卡片或物体表示的已知颜色时检测到的值。传感器应用211可以根据已知的校准值调整接收的红色、红外和绿色电平。
60.在一个方面，微控制器201可以连接到收发器212。收发器212可以根据任何合适的
无线协议(诸如蓝牙、wifi、近场通信等)进行通信。使用收发器212，微控制器201可以传输皮肤260的颜色，或者，如果检测到吸收性物品中的身体渗出物，则通知外部装置吸收性物品已被弄脏。微控制器201可以将信息传输到远程装置，诸如智能电话、智能手表或其他可穿戴装置，或远程计算机，诸如服务器，例如，基于云的服务器，以进行进一步处理和分析。
61.微控制器201可以经由收发器212将检测到的颜色从处理器206传输到远程服务器，该远程服务器可以执行本文讨论的任何操作，例如，与心率或呼吸率检测相关的操作。
62.某些方面可以确定接近传感器系统101或其一部分的受试者(例如，传感器系统101或其一部分的穿戴者)的活动状态。更特别地，通过使用惯性传感器，传感器系统101可以接收运动的指示并且根据运动确定受试者(例如，婴儿)的活动状态。状态的示例包括休息、睡眠、不安、清醒和进食。在一个示例中，监视器170从传感器系统101接收诸如加速度和角速度的传感器测量值，将测量值提供给预测模型215以基于接收的传感器测量值确定活动。在该示例中，预测模型215是状态机或算法，但在不同示例中可以是任何合适类型的预测模型，诸如机器学习模型或分类模型。
63.惯性传感器203可以包括一个或多个加速度计或陀螺仪。惯性传感器203可以提供对受试者(例如，穿戴者)的活动、呼吸率或取向(诸如婴儿在哪一侧哺乳或奶瓶进食)的指示。例如，使用从加速度计或陀螺仪收集的精确运动，传感器系统101和/或监视器170可以区分穿戴者正在执行的活动。例如，活动分类系统可以区分深度睡眠和轻度睡眠、受试者是俯卧还是仰卧，或者受试者是否正在进食(例如，婴儿是否正在哺乳)。此外，本文描述的某些方面可以使用预测模型来进一步提升系统确定活动的能力。例如，加速度计可以在一维或多维上测量穿戴者的加速度。因此，加速度计的输出可以是与x、y和z方向对应的数值的三维三元组。
64.陀螺仪测量角速度。例如，陀螺仪可以输出与穿戴者的角速度成比例的信号。角速度在施加到陀螺仪的扭矩方向上变化。因此，当穿戴传感器系统101的婴儿例如翻身时，陀螺仪可以检测到角速度的增加。例如，当婴儿停止滚动时，角速度返回到零。可以以多种方式使用角速度的方向分量。例如，速度的方向可以帮助指示婴儿位于哪一侧，例如左侧或右侧、腹部或背部。处理器206可以在特定时间实例对陀螺仪进行采样并定期获得角速度。
65.在一些示例中，可穿戴传感器系统200可以集成到传感器封装中，该传感器封装可以从物品250脱离和移除。例如，传感器封装可以粘附到物品250以防止传感器封装滑动，同时允许其去除。传感器封装可以包括可穿戴传感器100和/或可穿戴传感器系统200并且可以被包括在柔性、不可渗透的封装内。例如，传感器封装可以具有能够承受身体渗出物和粪便的外壳，并且足够薄以不会对吸收性物品的穿戴者造成不适。传感器封装可以由柔性基板制成，诸如薄塑料或含氟弹性体。
66.传感器封装外壳可包括可清洗或可擦拭的材料。例如，传感器封装可以插入吸收性物品中或粘附到吸收性物品的内部。传感器封装也可插入吸收性物品内部的口袋或小袋中。这样的口袋或小袋可以气密密封在例如允许光通过的透明塑料中。传感器封装也可以永久地附接到吸收性物品中并在使用一次后丢弃。传感器封装也可以通过维可牢尼龙搭扣或类似材料粘附到吸收性物品的外部。
67.图3a和3b描绘了根据本公开的某些方面的可以放置在吸收性物品中或其外表面上的传感器系统的布局的示例。图3a表示传感器封装300的示例性传感器布局的第一侧的
视图。图3b表示传感器封装300的示例性传感器布局的第二侧的视图。第一侧和第二侧是出于示例目的而示出的；部件可以放置在第一侧或第二侧。
68.如图所示，底部是定位成面向物体并与物体对齐的一侧。传感器封装300包括电池302和一个或多个颜色检测器单元320a
‑
n。传感器封装300还可包括开关304、电连接器(未描绘)、挥发性有机化合物(“voc”)传感器310、温度传感器311、湿度传感器312、附加的环境光传感器314、处理器206、微控制器201或收发器212。附加的环境光传感器314可以与光电检测器结合使用以改进或增强传感器封装300的光检测能力。一些方面可以不包括上述所有部件，或者包括其变体。
69.此外，传感器封装300可以引起警报，诸如可听见的哔哔声。因此，传感器封装300可以包括扬声器或其他音频输出装置。传感器封装300还可以使得向例如由护理者操作的另一装置传输警报。在另一方面，传感器封装300可以向另一装置传输警报。传感器封装300可以包括能够向外部装置传输无线电信号的发射器或收发器。在微控制器201上操作的传感器应用211还可以将诸如心率变化的事件记录到存储器中，以便以后传输给护理者。
70.传感器封装300可以包括一个或多个颜色检测器单元320a
‑
n。例如，多个颜色检测器单元320a
‑
n可以增加传感器封装300检测透过(through)吸收性物品的颜色变化和/或在多个位置检测颜色的能力。
71.每个颜色检测器单元320a
‑
n包括诸如led的光源和诸如光电二极管的光电检测器。在一些方面，如关于图4进一步讨论的，颜色检测器单元可以包括多个光源或多个光电检测器。每个颜色检测器单元320a
‑
n检测由皮肤260反射的光，诸如色条，诸如环境光或来自(一个或多个)光源的脉冲发射光。每个颜色检测器单元320a
‑
n的输出提供给处理器206。处理器206的输出可以提供给微控制器201。在一些示例中，每个颜色检测器单元320a
‑
n可以具有专用处理器206，而在一些示例中，多个颜色检测器单元320a
‑
n可以连接到公共处理器。
72.传感器封装300可以包括用于激活或停用传感器封装300的开关304。开关304可以是任何合适的开关，诸如将电池302连接到传感器封装300中的电子器件(诸如颜色检测器单元320a
‑
n和传感器310
‑
314)的摇臂式开/关开关。开关304也可以是按钮开关，其激活从电池302到传感器封装300的电力一段时间。传感器封装300可以被配置为自动关闭以节省电池电力。在一个方面，结合微控制器201，可以远程激活传感器封装。例如，用户可以用语音命令提示外部装置，语音命令使得外部装置经由无线连接向微控制器201传输对吸收性物品状态的请求，或者打开或关闭传感器封装300的请求。
73.如关于图2所讨论的，处理器206可以辨别诸如皮肤的物体的颜色。微控制器201可以执行诸如传感器应用211的应用，其可以执行检测到的颜色值的校准。如果传感器封装300检测到吸收性物品中存在身体渗出物，则收发器212可以通知外部装置。
74.在一个方面，传感器封装300还可以包括voc传感器310。voc传感器310可以检测挥发性有机化合物的存在，例如来自肠运动的粪便或血液中存在的voc。结合从颜色检测器单元320a
‑
n获得的数据，voc传感器310可以基于一种或多种检测到的挥发性有机化合物向微控制器201提供附加信息。
75.在一个方面，传感器封装300还可以包括温度传感器311。温度传感器311可以检测来自诸如身体渗出物的物质的热。结合从颜色检测器单元320a
‑
n获得的数据，温度传感器
311可以向微控制器201提供附加信息，诸如温度的暂时升高。因为温度临时升高的通知可以指示身体渗出物的存在，所以这样的信息可以提高检测的准确性和可靠性。
76.在另一方面，传感器封装300还可以包括湿度传感器312。湿度传感器312可以检测例如来自身体渗出物的湿度的存在。结合从颜色检测器单元320a
‑
n获得的数据，湿度传感器312可以向微控制器201提供附加信息，诸如湿度临时增加的通知。因为湿度的临时增加可以指示身体渗出物的存在，这样的信息可以提高检测的准确性和可靠性。
77.如所讨论的，传感器封装300可以包括多个颜色检测器单元320a
‑
n。多于一个颜色检测器单元320a
‑
n的存在允许增加准确性和可靠性。例如，一个颜色检测器单元320a
‑
n可能会被物体挡住，导致来自该单元的检测值无法使用，或者因为吸收性物品的厚度会根据吸收在内的液体量而变化，因此需要使用不同的检测器单元。与此相比，较少的颜色检测器单元320a
‑
n可以简化整个系统架构并且还可以降低功耗。例如，在具有三个检测器单元320a
‑
c的系统中，如果一个检测器单元320a返回与检测器单元320b和320c不一致的颜色测量值，则微控制器201可以忽略来自检测器单元320a的测量值。
78.图4描绘了根据本公开的某些方面的示例颜色检测器单元配置。如所讨论的，诸如传感器封装300的传感器系统包括一个或多个颜色检测器单元320a
‑
n。图4更详细地示出了颜色检测器单元400。
79.颜色检测器单元400包括两个光电检测器(光电检测器404和光电检测器414)、光源402、不透明屏障410和不透明屏障411。根据本公开，光源402可以是任何合适的光源。如图所示，光源402包括红色、红外和绿色光源，但是根据不同的示例可以使用不同数量和类型的光源402，这可以允许光源可以单独打开和关闭，即，进行脉冲发射。单独使发射不同颜色的光源402进行脉冲发射允许颜色检测器单元400将光输出调整为特定波长的光。例如，特定变色指示剂可能对特定ph水平下的特定波长的光更具响应性。
80.光电检测器404和414可以是根据本公开的任何合适的光电检测器。光电检测器404和414连接到处理器206。光源402和光电检测器404之间的分离距离420以及光源402和光电检测器414之间的分离距离421可以基于应用进行调整。特别地，光源402和光电检测器404或414越靠近在一起，在光电检测器处从光源402接收的光的部分越多(并且来自环境光270的光越少)。仅作为示例，分离距离420和分离距离421可以在分离上从0.1mm到2mm进行调整。其他距离和配置也是可能的。随着距离的增加，在所有其他条件相同的情况下，在光电检测器处接收的来自光源的光强度降低。此外，随着距离的增加，被测量的聚焦区域也增加。随着距离的减小，传感器更聚焦于传感器正下方的较小区域。
81.如图所示，使用了两个光电检测器404和414。光电检测器404和414可以定位成彼此平行。在该配置中，光电检测器404和414的组合向处理器206提供比其他方式更强的输出信号。使用多于一个的光电检测器还提供了一个优势，即如果传感器系统相对于物体未对准，则可以减少误差。
82.颜色检测器单元400可以包括一个或多个不透明屏障410
‑
411，其位于光源402和光电检测器404、414之间。不透明屏障410
‑
411减少了从光源402直接行进到光电检测器404而没有从物体反射的光量。不透明屏障410
‑
411可以是散料(poron)或类似材料。在一个方面，光电检测器404或414可以包括这样的不透明屏障，或者光电检测器404或414的不透明外壳可以以不透明外壳位于led和光电二极管之间这样的方式挤压出(extrude)。在一个方
面，不透明屏障410
‑
411被省略以简化设计。
83.图5是描绘根据本发明的某些方面的用于通过吸收性物品确定生理参数的方法500的示例的流程图。方法500包括获得一组标准化的(normalized)光测量值，然后使用这些测量值来确定心率和呼吸率。出于讨论的目的，方法500被讨论为由传感器应用211执行，但可以由任何合适的计算装置或应用执行。如图3所示，可以使用多于一个颜色检测器单元320a
‑
n。因此，可以针对每个颜色检测器单元320a
‑
n执行方法500的这样的方面。更特别地，每个颜色检测器单元320a
‑
n中的光电检测器可以独立地执行方法500的框。
84.在框501处，方法500包括在光源关闭时获得从光电检测器接收的环境光的第一测量值。光电检测器204检测存在的环境光并且输出光的颜色的表示或存在的宽光谱光的强度的表示。例如，光电检测器204可以产生与返回光的波长或强度成比例的电输出。在一个方面，光电检测器204可以提供每个与红色、绿色或红外对应的三个输出：与返回光中的红色振幅成比例的第一输出、与返回光中的绿色振幅成比例的第二输出、与返回光中的红外振幅成比例的第三输出。
85.光电检测器204向处理器206提供光的第一测量值。在该示例中，第一光测量值在光源202关闭时被获取并且表示从皮肤260反射的环境光。第一光测量值可以表示宽光谱光的强度或特定波长的光的强度。
86.在一些方面，不执行框501，并且过程500在框502处开始。例如，一些方面可以不去除环境光的测量值。
87.在框502处，方法500包括使光源通过物品将光脉冲发射到人体皮肤或人体皮肤区域。传感器应用211使光源202将光发射到皮肤260上。更特别地，处理器206激活光源202预定脉冲时间间隔。
88.在一些示例中，多个光源可以同时或单独地进行脉冲发射。例如，使用传感器封装300的各方面可以包括多于一个颜色检测器单元320a
‑
n。每个颜色检测器单元320a
‑
n中的光源可以单独或与其他光源一起进行脉冲发射。
89.光源202发射的光的波长可以基于物品250的光学属性进行调整。例如，不同的尿布可以具有不同的光透射率。此外，这些光透射率可能因发射波长而异。例如，与第二波长相比，尿布可以允许在第一波长下透射更多的光。合适波长的示例包括绿色、红色和红外。例如，绿色的益处包括与人体皮肤中的水具有更高的反应性。红外也有优点，诸如对皮肤色调不可知，但也有缺点，诸如对运动更敏感。在一些情况下，可以使用多于一个波长，例如通过使用多个光源和/或多个光接收器。此外，当吸收性材料吸收液体时，其光学属性可能会发生变化，并且可以选择波长以适应变化的材料。
90.在一些情况下，由于存在特定物品，因此选择特定的一个波长或多个波长。例如，不同的物品对不同波长的光有不同的反应。
91.在框503处，方法500包括经由光电检测器获得从物品返回的光的第二测量值。第二测量值可以包括对从物品反射的光的测量值。
92.在一个方面，第二测量值是在光源发射光时获得的，因此包括环境光、发射光和被皮肤反射的光的测量值。更特别地，传感器应用211在发射期间从光电检测器获得第二测量值，第二测量值包括环境光和从物体反射的发射光。处理器206在来自光源202的脉冲开启的时间间隔期间获得光的第二测量值。第二测量值包括环境光和来自脉冲发射光源202的
光。在诸如传感器封装300的方面中，每个颜色检测器单元320a
‑
n中的光电检测器获得光的第二测量值。传感器应用211使用第一和第二测量值来确定物体的颜色。
93.在框504处，方法500包括通过(i)基于环境光的第一测量值从第二测量值去除环境光信号和(ii)基于物品的一个或多个已知属性补偿物品的贡献来确定从物品反射的光的标准化测量值。在一个方面，如果不执行环境光去除，则可以不执行框504。
94.传感器应用211通过基于第一测量值从第二测量值去除环境光信号来确定反射光的标准化测量值。去除可以在模拟域或数字域中执行。
95.例如，处理器206从表示环境光与来自光源202的反射光组合的第二测量值减去表示环境光的第一测量值。减去的结果是从皮肤260反射的光，诸如变色指示剂。如果在数字域中操作，则处理器206将第一测量值转换成红色、绿色和红外电平的数字或数值表示。处理器206将第二测量值转换成红色、绿色和红外电平的数字或数值表示。处理器206通过从第二测量值的红色电平减去第一测量值来计算新的红色电平，通过从第二测量值的绿色电平减去第一测量值来计算新的绿色电平，并且通过从第二测量值的红外电平减去第一测量值来计算新的红外电平。新的红色、绿色和红外电平表示从物体反射的光的颜色。
96.传感器应用211基于物品的一个或多个已知属性来补偿物品的贡献。在一些情况下，所使用的材料可以具有允许某些波长更高效地透射的光学属性。这可以通过改变某些层的厚度或通过打开去除光阻挡层的孔来设计。
97.在框505处，方法500包括确定是否需要任何更多的样本(测量值)。采样率可以是固定的或调整的。每个心跳至少需要几个样本以避免混叠。由于心率可能高达200次/分钟，因此在某些情况下，采样频率应至少为20赫兹以避免混叠。此外，使得对多个周期进行采样的足够数量的样本可以提供进一步的测量稳定性和附加的误差校正。
98.在框506处，方法500包括从一组测量值确定振幅的周期性变化。关于图6来讨论图5，图6示出了与心率关联的示例性波形。
99.图6描绘了根据本发明的某些方面与图5中描述的方法关联的波形的示例。图6描绘了四个曲线图：曲线图610、曲线图620、曲线图630和曲线图640。
100.曲线图610包括波形611，其是返回光信号的示例。波形611表示返回光随时间推移的振幅。可以看出，波形611是锯齿状波形。波形611可以包括基波和一个或多个谐波。波形611具有周期612，其可由传感器应用211识别。
101.在框507处，方法500包括将振幅的周期性变化识别为具有相同周期性的心率。周期612可以指示心率的周期。可以使用不同的方法来确定心率。例如，也可以使用时域方法或频域方法。
102.例如，通过使用时域方法，传感器应用211可以识别波形611中的两个最小值或两个最大值。传感器应用211确定两个最小值或两个最大值之间的时间。该周期指示心率的周期，因此心率＝1/周期。图表640包括波形641，其表示具有周期642的波形641的基波分量。
103.可以在时域或频域中识别波形641。频域方法包括识别匹配心率标准的特定频率的振幅峰值。传感器应用211对波形611执行傅立叶变换，产生波形621。传感器应用211从波形611中选择并分析特定频率分量。图表620包括波形621，其表示波形611的频域表示。
104.可以使用不同的标准来选择指示心率的频率分量。例如，相关频率分量可以是具有最低频率的频率分量。在其他情况下，可能由于低频噪声，相关频率分量可能是具有最高
能量的分量。
105.在一些方面，传感器应用211检查多个频率分量并且在选择分量之前验证该分量对于心率是合理的(在预期范围内)。这种方法有助于过滤掉由噪声引起的数据。心率可能因年龄而异。例如，婴儿的心率可以在50
‑
200次/分钟之间。例如，每分钟50到215次。例如，新生儿的心率可以为每分钟80
‑
215，而学龄儿童的心率可以在每分钟60
‑
140次之间。
106.继续该示例，图表630描绘了波形631，其表示波形621的经滤波频域表示。波形631由滤波器632滤波。滤波器632表示具有最高能量的峰值周围的带通滤波器。滤波器632可以是数字滤波器。
107.在一个方面，传感器应用211可以确定特定选择的频率的振幅低于阈值，指示信号质量不足。在这种情况下，传感器应用211可以等待阈值时间量并再次使光源进行脉冲发射并对返回光进行采样，或改变为不同的几何形状。
108.在框508处，方法500包括将心率的周期性变化识别为呼吸率。当人吸气时，心率上升，而当人呼气时，心率略微下降。传感器应用211可以通过足够数量的测量值从在框507处检测到的心率识别这种变化。可以使用不同的方法。示例包括检测心率的调制或使用表示返回光的波形的包络。例如，包络以呼吸率的频率进行调制。通过分析包络的变化，传感器应用211确定呼吸率。
109.在一个方面，传感器应用211可以对照预期心率来验证测量的心率。例如，传感器应用211访问预期心率范围。响应于确定所识别的心率在预期心率范围之外，传感器应用211获得一组附加的光测量值。如果光的附加测量值导致在预期心率范围内的新测量的心率，则传感器应用211不需要采取任何进一步动作。然而，如果新测量的心率在预期心率范围之外，则传感器应用211可以向外部装置发送警报或执行另一动作。
110.在再另一方面，传感器应用211可以将检测到的呼吸率与来自惯性测量值的传感器数据相关。例如，加速度计数据可以指示与呼吸相关的腹部运动。如果腹部运动与检测到的呼吸率不相关，则传感器应用211可以通过一组附加的光学测量值来确认呼吸率，或者采取另一动作。
111.在另一方面，传感器应用可以将呼吸率与惯性传感器测量结合以检测穿戴者的睡眠阶段。睡眠阶段可以包括清醒、入睡和中间的梯度。例如，通过提供预测模型215惯性测量和呼吸数据，预测模型215可以确定穿戴者何时从第一睡眠阶段转换到第二睡眠阶段。例如，这样的确定可以用于告知护理者要特别安静，因为穿戴者可能更有可能在转换期间醒来。在其他情况下，这样的确定可以帮助护理者知道何时不照看穿戴者，从而穿戴者可以学会在睡眠阶段之间转换时不醒来。深度睡眠可以通过心率和呼吸率降低来识别。
112.在一些方面，可以在物品内的不同位置采用不同或多个源和光接收器以更好地检测心率和/或呼吸率。光源和光接收器的配置可以称为几何形状(geometry)。图7中描绘了促进多种几何形状的传感器配置示例。
113.图7描绘了根据本发明的某些方面的可配置有多种几何形状的颜色检测器单元的示例配置。图7描绘了检测器模块701，其包括光源702
‑
715和光接收器720。bm于示例目的，示出了十三个光源和一个接收器。但是任何数量的光源和接收器都是可能的。检测器模块701放置在物品上，使得光源702
‑
715中的一个或多个可以照射通过物品。每个光源或光接收器可以具有不同的滤光器和/或可以针对不同的波长进行调谐。
114.可以看出，一些光源，例如光源702和715，离光接收器720更远。因此，对于光接收器720，光源702和715比更靠近中心的光源(诸如光源709)提供更大的光半径。
115.传感器应用211可以通过确定返回光的量并将返回光与预期标准进行比较来选择光源和光接收器的合适组合。例如，如果不存在可识别的最高能量频率峰值，则传感器应用211确定存在太多噪声，则传感器应用211可以选择提供最高信号质量的光源和接收器对。
116.在一个方面，传感器应用211还可以确定尿布中存在的水分(例如，尿液)的量或存在。基于所确定的量，由于尿布中的水分引起厚度，传感器应用211然后可以选择不同的几何形状。更特别地，如果存在水分(例如通过低于预期的返回光能级而检测到)，则传感器应用211可以使用外环上的光源，例如光源702或713。相反，如果不存在水分，则传感器应用211可以使用更靠近光接收器720的光源，例如光源709。
117.可以对每个光源和光接收器对执行颜色校准。例如，传感器应用211可以将红色、绿色和红外电平转换为色调、饱和度和亮度/值，并对色调、饱和度和亮度/值执行计算。颜色校准可以经由表来实现。例如，对于给定的红色、绿色和红外三元组，将值调整一定量。颜色校准也可以在不同的域中执行，诸如色调、饱和度和亮度，或色调、饱和度和值。
118.运动补偿
119.本发明的各方面可以在穿戴者在运动时感测心率。通过使用从惯性传感器203收集的测量值，传感器应用211可以确定穿戴者正在运动、没有在运动或特定水平的运动。运动的确定在多种情况下会是有用的。
120.例如，如果穿戴者在运动，则光测量值可能不正确。在这种情况下，传感器应用211可以接收两个数据流，一个来自光接收器，另一来自加速度计。通过使用运动补偿，传感器应用211可以从光学波形中去除任何运动伪影，从而产生准确的心率或呼吸率测量值。这可以通过在时域或频域中分析光学信号和加速度计信号之间的共同元素并从光学信号中减去该共同元素来执行。例如，由于婴儿摆动，光学信号可能包含伪影。加速度计信号也包含摆动运动，并可以提供摆动频率。然后，光学信号可以去除这样的频率的信号内容以消除运动伪影。
121.在一个示例中，传感器应用211确定数据样本指示受试者在物品附近的运动。传感器应用211将数据样本与光的测量值相关并且从多个光的测量值去除运动的贡献。
122.在另一示例中，如果穿戴者睡着了，则可以预期呼吸率较低。惯性测量传感器可以在穿戴者睡着时独立地验证呼吸率。例如，惯性测量传感器可以获得一组样本，从中可以测量与呼吸率相对应的周期性。该呼吸率可以与经由光学测量获得的呼吸率进行比较。
123.图8是描绘根据本公开的某些方面的用于执行与感测相关的功能的示例计算系统的框图。计算系统800的一些或所有部件可以属于图2的微控制器210或处理器206。例如，传感器应用211可以在计算系统800上操作。计算系统800包括通信地连接到一个或多个存储器装置814的一个或多个处理器802。处理器802执行存储在存储器装置814中的可以是非暂时性计算机可执行指令的形式的计算机可执行程序代码、访问存储在存储器装置814中的信息或这两者。处理器802的示例包括微处理器、专用集成电路(“application
‑
specific integraged circuit，asic”)、现场可编程门阵列(“field
‑
programmable gate array，fpga”)或任何其他合适的处理装置。处理器802可以包括任何数量的处理装置，包括一个处理装置。
124.存储器装置814包括任何合适的计算机可读介质，诸如电子存储装置、光学存储装置、磁存储装置或可以向处理器提供计算机可读指令或其他程序代码的其他存储装置。计算机可读介质的非限制性示例包括磁盘、存储器芯片、rom、ram、asic、光学储存器、磁带或其他磁储存器、或处理装置可以从其读取指令的任何其他介质。指令可以包括由编译器或解释器从以任何合适的计算机编程语言编写的代码生成的处理器专用指令，所述计算机编程语言包括例如c、c 、c#、visual basic、java、python、perl、javascript和actionscript。
125.计算系统800还可以包括许多外部或内部装置，诸如输入装置或输出装置。例如，计算系统800被示出为具有可以从输入装置接收输入或者向输出装置提供输出的输入/输出(“i/o”)接口808。总线806还可以包括在计算系统800中。总线806可以通信地联接计算系统800的一个或多个部件并允许这些部件之间的通信。
126.计算系统800执行配置处理器802以执行以上关于图1
‑
7描述的操作中的一个或多个的程序代码。可以是非暂时性计算机可执行指令的形式的传感器应用111的程序代码可以驻留在存储器装置814或任何合适的计算机可读介质中，并且可以由处理器802或任何其他一个或多个合适的处理器执行。这样的程序代码的执行配置或使得(一个或多个)处理器执行本文关于微控制器210描述的操作。在附加或替代的方面，上述程序代码可以存储在计算系统800可经由数据网络从远程存储装置访问的一个或多个存储器装置中。微控制器210和任何进程可以使用存储器装置814。存储器装置814可以存储例如附加程序或由在处理器802上执行的应用(诸如传感器应用111)使用的数据。
127.计算系统800还可以包括至少一个网络接口804。网络接口804包括适合于建立到一个或多个数据网络的有线或无线数据连接的任何装置或装置组。网络接口804的非限制性示例包括以太网网络适配器、wifi网络、蓝牙或蓝牙低功耗(ble)、调制解调器或类似物。计算系统800能使用网络接口804经由数据网络与一个或多个其他计算装置或计算机可读数据源通信。
128.本文阐述了许多具体细节以提供对要求保护的主题的全面理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践所要求保护的主题。在其他情况下，没有详细描述本领域普通技术人员已知的方法、装置或系统，以免模糊所要求保护的主题。
129.除非另外特别说明，否则应理解，在整个说明书讨论中利用诸如“处理”、“计算”“、估算”、“确定”和“识别”等术语指的是计算装置的动作或过程，诸如，操纵或转变表示为计算平台的存储器、寄存器、或其他信息存储装置、传输装置、或显示装置内的物理电子量或磁量的数据的一个或多个计算机或类似的电子计算装置或多个电子计算装置。
130.本文讨论的系统不限于任何特定的硬件架构或配置。计算装置可以包括提供以一个或多个输入为条件的结果的任何合适的部件布置。合适的计算装置包括访问存储的软件的多用途的基于微处理器的计算机系统，该存储的软件将计算系统从通用计算装置编程或配置为实现本主题的一个或多个方面的专用计算装置。可以使用任何合适的编程、脚本或其他类型的语言或语言的组合来在将用于编程或配置计算装置的软件中实现本文包含的教导。
131.已经仅出于说明和描述的目的呈现了一些示例的前述描述，并且前述描述不旨在穷举或将本公开限制于所公开的精确形式。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本领
域技术人员将清楚本公开的许多修改和改变。