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    3. 《電子技術應用》
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      英飛凌發力智慧健康,健康監測可以擺脫可穿戴設備束縛

      2022-04-26
      作者:王潔
      來源:電子技術應用

      隨著人民群眾生活水平的不斷提升,其健康意識也在不斷覺醒,除了追求健康的生活方式外,對健康服務產品的需求也日漸增多,健康管理的精細化、線上化趨勢逐步顯現?!?021年中國大健康產業數字化發展白皮書》預測,中國健康管理市場規模將在2025年達到21898億元人民幣,年復合增長率為20.8%。

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      (圖源:英飛凌公司)

      為了更方便地了解自己的健康狀態,消費類的可穿戴設備成為不同年齡段人員的選擇,年輕人通過智能手表測量自己的呼吸、心率、步數等,老年人也能靠它實現來電提醒、手機跟蹤等功能;在醫療設備上,更為專業的傳感器則可以提供醫療健康監測。英飛凌在各類傳感器方面憑著多年的開發經驗,在封裝、尺寸、成本、技術上擁有很大優勢,使得工業上的專業傳感器產品得以廣泛用于消費領域。對于這些傳感器的載體,則不再僅限于可穿戴設備,這意味著人們可以徹底解放雙手,遠離忘記佩戴設備就無法得到監測數據的困擾了。同時,數據的準確性和可靠性也得到了很大的提升。

      “以前大家通過智能手表來測量自己的呼吸、心率或者步數等。但現在這些功能也可以通過其他的載體實現測量,如眼鏡、戒指,或者IoT設備等,并且這些設備不一定要與身體接觸,某些只需放在室內空間或者智能家居中即可測量,載體的類型已經從穿戴式轉移到家居或者室內空間中?!庇w凌科技大中華區電源與傳感系統事業部應用市場總監李國豪如是說道。

      據ABI的市場調研,在未來8-10年內,市場對于安裝居家場景下的健康管理產品的需求非常高,2022年預計有2千萬臺,到2030年,預計會超過1.8億臺。這反映出人們提高了對健康狀況的關注度,人們希望可以通過各類傳感器收集到自己看得懂的生命體征數據,而不必每天都跑醫院;甚至是可以遠程地看到居住在遠方的親人的生命體征數據。這不僅是很大一部分消費者的需求,目前看來對于疫情隔離人群尤為需要。

      英飛凌擁有廣泛的傳感器產品組合,通過與客戶的合作,可以推出各類滿足人們需要的消費類產品,使得生活更加安全便利。在智慧健康方面,英飛凌將用于汽車領域遠距離偵測障礙物的3D雷達傳感器拓展到工業和消費領域,能在居家健康監測方面提供多維度的數據;3D ToF傳感器能夠偵測到人或物的距離、深度,在室內智慧家居里,也可以偵測到人員的安全情況(如摔倒狀況等);CO2傳感器可應用于空調以及空氣凈化器上,調節室內的空氣。

      3D雷達傳感器實現非接觸的生命體征監測

      “雷達可以感知到任何微小的移動,包括呼吸時胸腔微小的位移,由此可以實現一些生命體征的監測,也可以利用存在的感測激發一些裝置系統去感知它的距離、位置、速度、角度等數據信息,并進一步利用算法實現呼吸、心跳、手勢、追蹤人等應用?!?英飛凌科技大中華區電源與傳感系統事業部高級市場經理吳柏毅表示。

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      (圖源:英飛凌公司)

      BGT60LTR11AIP是英飛凌的一款高性價比的多普勒運動傳感器,其尺寸僅為3.3 x 6.7 mm2,集成基帶,采用集成天線封裝(AIP)技術,這顆高集成的芯片能夠解決天線設計、射頻以及雷達訊號處理方面的復雜性問題。雷達以自主模式運行,可以在不超過5米的距離內檢測到人,而消耗的功率不到5 mW;與紅外線方案相比,毫米波更敏感,誤報率更低,可大幅提升使用者的體驗,是一個取代紅外線的最佳方案;芯片尺寸小,并且通過非導電材料工作,因此可以很容易地集成到最終產品中,從而將雷達技術無縫集成到我們日常生活中的各種設備中;芯片提供了外接MCU的選項,利用高端的硬件和定制化的軟件,實現更遠的偵測距離;在自動模式下,即插即用,對于使用者沒有要求,任何人都可以直接使用,非常方便。

      BGT60TR13C則屬于超寬頻,適用于一些先進的雷達傳感技術上,也可以使用FMCW算法,尺寸是6×5 mm2,該傳感器同樣采用集成天線封裝(AIP)技術,有別于之前的硬件架構,這是一款一發三收的 MMIC,平均功耗約20~30mW,使用的頻寬在5GHz以上,解析度大約可達3cm。由于它屬于多發多收的架構,因此也可以提取角度信息,利用高級算法開發,實現手勢辨識、室內人員的存在感知、追蹤,甚至是心跳監測等功能。這些功能可以運用在多種場景中,包括智慧建筑、智能家居、電視、筆記本以及老人看護等場景。

      3D ToF傳感器實現保護隱私的跌到檢測

      ToF(Time of flight)即飛行時間,其測距原理是通過給目標連續發送光脈沖,然后用傳感器接收從物體返回的光,通過探測光脈沖的飛行(往返)時間來得到目標物距離。由于英飛凌的ToF是一個面陣的ToF,通過任意像素都可以計算出待測的物體的距離,進而可以形成一幅包含物體深度信息的圖像。

      ToF應用很廣,只要涉及獲取深度、距離等信息,ToF都可以幫助得到物體的距離。移動手機上用作前視鏡頭的手勢判斷,如面部解鎖和支付的應用,后視鏡頭則用于圖像的增強等;服務機器人上,如掃地機器人,ToF則用于避障功能;汽車上,ToF用作駕艙內智能感應,包括駕駛員的檢測(如檢測駕駛員的Face ID)、乘客的檢測(如調整座椅、燈光等),車外應用上,如開車門時的避障檢測,在泊車上,ToF也可以用于盲點的補充。

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      (圖源:英飛凌公司)

      在智慧健康方面,ToF可以用于養老院或隔離酒店內的跌倒檢測。其原理是利用跌倒時姿態的變化,通過ToF得到深度信息,進而形成一幅圖像。ToF反應的是一個深度的信息,成像是一個點云的狀態,只是一個比較詳細的框架,不牽扯到色彩,可以保護人的隱私。

      “在強光的情況下,英飛凌的ToF能夠比較好地規避太陽光的干擾。英飛凌有一個SBI專利,能夠把不需要的光信息去掉,讓有效的光信息再繼續進來,這樣的一個電路設計讓我們在強光下能得到比較好的物體的深度信息,這是英飛凌和pmd在ToF領域400多個專利里面其中一個比較重要的專利?!庇w凌科技大中華區電源與傳感系統事業部高級市場經理張鐵虎表示。

      目前英飛凌的ToF傳感器已經應用在養老院和隔離酒店中實現了跌倒檢測的功能,正式實現量產。

      CO2傳感器改善室內空氣質量

      CO2濃度是空氣質量的一項關鍵指標。有數據顯示,一個人在大約4m2的空間中,CO2濃度值會在45min之內從500PPM上升到1000PPM以上。隨著室內CO2濃度的升高,室內人員的舒適度會降低,當濃度達到1000PPM以上時,人們會感到困倦、難以集中注意力;如果濃度達到2000PPM以上,認知能力都可能會受到影響,可能對人體健康造成比較嚴重的不利影響。

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      (圖源:英飛凌公司)

      今年1月,英飛凌XENSIVTM PAS CO2傳感器已經量產,基于創新的PAS(光聲光譜)技術,因而能夠以非常小的占板空間,實現極其高效的空氣質量監測。該傳感器的尺寸不及傳統NDIR CO2傳感器的四分之一,僅為14 x 13.8 x 7.5 mm3,精度為±30ppm和±3%;采用SMD的封裝,符合國際JEDEC標準,可采用回流焊接技術進行無引腳的表面貼裝;還集成了英飛凌自行開發的紅外光源、光學濾波片、MEMS麥克風、MCU以及MOSFET等關鍵組件。

      英飛凌科技大中華區電源與傳感系統事業部市場經理劉菊表示,在健康管理監測方面,CO2傳感器可以有針對性地對空氣質量進行監測和控制,有助于改善人們的健康狀況,提高生活的舒適度和提高工作效率;此外,還可以按照需要來控制和使用通風系統,節約能源,降低通風系統的運行成本。

      有了這些先進的傳感器產品組合,如今我們可以不必只依賴可穿戴設備,而是在日常居家生活中就能獲得我們的健康信息,也能與在線設備配合使用。例如,老人靜靜地坐在家里面,我們可以遠程了解他的呼吸、心率狀況,或是有沒有在電視前睡著、行動中是否有跌倒等;老人睡著之后,我們還可以很方便地了解到他的睡眠質量情況。

      這些健康監測產品已經逐步實現落地,國內的合作伙伴清雷已將雷達應用到監測睡眠質量設備中,提供相應的服務;不久前新的合作伙伴Sleepiz利用雷達拓展睡眠質量監測之外的功能,通過呼吸頻率判斷有沒有窒息或者睡眠呼吸困難癥,配合智能音箱等設備,實現多維度監測睡眠質量。相信隨著人們對健康管理方面的需求逐步加大,接下來會有更多的智慧健康監測管理的產品出現,為生活帶來更多的便利,拭目以待吧。

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