在当今的职业体育界，除了传统的训练和教练工作外，管理人员还将数据驱动型决策制定放在首位。运动员监测传感器引领着这场革命的前沿。传感器有助于预防受伤、恢复管理、健康评估、成绩评估和优化。
这篇文章探讨了运动员监测设备中使用的不同类型的传感器，这些设备可以帮助教练员、运动员和训练员最大限度地提高运动员的成绩。
加速计可最大限度地提高成绩并识别伤害
几乎所有类型的运动传感器都使用加速度计。在体育运动中，惯性监测单元 (IMU) 设备使用加速度计来帮助量化运动员的准备状态、反应能力和疲劳程度。IMU 设备可以揭示离散运动，为跑步、骑自行车、游泳或追踪步数等活动提供生物力学分析。
例如，在跑步训练课开始时，加速度计可以监测跑步者的步幅以及他们在整个单步过程中对身体的控制。跨步过程中惯性负载的增加可显示运动员在跑步过程中的疲劳程度。先进的软件与加速度计相结合，可利用运动员的数据建立训练模型，并提供优化的训练方案。
运动员监测加速度计（如 ADXL362）通常采用 kHz 采样率来提供高精度数据，并以低功耗运行，以最大限度延长电池寿命。
加速度计也被放置在头盔和头套内，用于检测高冲击力和预测伤害。在美国国家橄榄球联盟 (NFL) 中，护齿系统使用加速度计收集球员的头部运动数据。这些数据揭示了球员头部在受到冲击时移动的速度和方向，有助于检测脑震荡并监测一段时间内的冲击数据。NFL 工程师还可以利用这些数据分析每个位置所经历的撞击，并与头盔制造商合作生产针对特定位置的头部保护装置，以更好地抵御不同类型的撞击。
GPS/GNSS 跟踪运动员的速度和距离
加速计可跟踪步数，而 GPS/GNSS 运动传感器则是跟踪运动员运动距离和海拔高度的最佳方式。GPS 和 GNSS 传感器是专业和业余体育运动中常见的活动追踪器，可佩戴在身上或专门的装备上。Garmin、Fitbit 和 Apple 手表等流行的活动追踪器佩戴在运动员的手腕上，利用 GPS/GNSS 传感器追踪运动员的速度、路程和海拔高度。
其他设备，如 Garmin 自行车设备，可以“佩戴”在自行车车把上，利用 GPS 传感器帮助骑车人导航、跟踪速度并提供性能监测。通过跟踪速度、坡度和距离，了解骑车人的耐力和功率输出，有助于计算最佳训练负荷和实时性能。
TESEO-LIV3R 等可低功耗运行的 GPS 和 GNSS 接收器在运动员监测设备中很常见。通常情况下，GPS 接收器是运动员监测设备中最耗电的传感器。
心率传感器
心率监测传感器可能是提供个性化成绩统计数据最重要的传感器。光学心率监测器是可穿戴运动员监测设备中最常用的心率监测器。光学心率监测 (HRM) — 也称为光电心动图 (PPG) — 是一项复杂的技术，目前在腕表和胸前可穿戴设备中十分常见。
心率监测器可监测运动强度，并计算心率强度区、心率变异性、热量消耗、心脏效率和总体训练负荷。与距离、坡度和速度等其他传感器数据搭配使用时，心率数据可帮助确定整体训练状况并跟踪运动员的长期表现。
职业足球就是这种组合的一个流行范例。球员在训练和比赛期间佩戴国际足联批准的 STATSports 心率监测器和 GPS 跟踪器。这些数据通过跟踪运动员个人的运动强度和球队的整体消耗情况，帮助管理人员优化训练负荷和比赛时球员的健康状况。光学心率监测设备，如 Si117x/8x 系列，可佩戴在皮肤表面，以非侵入式方法检测使用者的脉搏。
血氧监测仪和乳酸传感器
与心率监测器一样，血氧和乳酸传感器可深入了解运动员的长期表现。在跑步和自行车等耐力运动中，这一信息最有价值，因为运动员在这些运动中可以连续数小时不停顿地运动。
氧气对细胞呼吸至关重要，这也是运动员在细胞水平上进行运动的基本方式。监测运动员的血氧饱和度水平对于耐力运动员来说至关重要，尤其是那些在氧气较少的高海拔地区进行训练的运动员。如果运动员的血氧饱和度过低，血乳酸水平就会升高，从而降低训练效果或影响比赛成绩。
血液乳酸传感器历来需要通过刺破手指采集血液样本。然而，尽管汗液中的乳酸水平与血液中的乳酸水平之间的相关性尚不确定，但测量汗液中乳酸水平的无创可穿戴式监测仪却越来越受欢迎。运动员的乳酸阈值是血液中乳酸开始累积的点，它表明运动员过度疲劳，从而降低运动表现。为了最大限度地提高训练和成绩，运动员可以使用连续血液乳酸监测仪来优化训练负荷。如果训练强度过大，他们可以降低训练负荷，延长运动时间。
环境传感器：温度、湿度和海拔高度传感器
环境传感器有助于建立运动员成绩模型，以调整训练计划。例如，在炎热潮湿的环境中训练会导致身体从工作肌肉中转移氧气以保持身体凉爽，从而降低成绩。在温度较高的情况下，一些专业跑步运动员可能会将速度降低 10% 以上，以补偿肌肉供氧量的下降。在海拔较高的地方，由于氧气供应量整体减少，情况也是如此。
然而，运动员经常在高温和高海拔地区进行训练，有意增加热休克蛋白，并产生更多的血浆容量，使人体更容易持续运动，同时更有效地排出热量。这种血氧效率可以通过性能模型结合性能跟踪（如速度和心率）和环境数据进行估算。例如，Garmin 智能手表可追踪运动员的最大氧耗量（氧气利用效率）和热适应性，以帮助优化他们的训练和恢复负荷。
温度、湿度和压力传感器（如 BME280）必须体积小、能效高，才能适用于便携式电池供电设备。在某些情况下，例如 Garmin Fenix 6X Pro，温度传感器很可能集成在 MCU 内，从而减少了对占地空间的需求。
传感器追踪体育运动的未来
体育运动中先进的传感器技术为团队和运动员个人的成功铺平了道路。运动员监测传感器是有助于防止受伤和提高成绩的宝贵工具。当传感器与软件、数据和人类知识搭配使用时，几乎在每项运动中都能提供竞争优势。
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