技术的飞速发展改变了我们的生活和工作方式、我们获取娱乐和消息的途径、我们互相沟通的方式，以及我们的工作和娱乐方式。 每个家庭的计算机数量比 50 年前的大公司还要多，我们甚至比十年前的任何人都拥有更强的计算和通信能力（表现在智能手机上）。
尽管发生这些变化，但几十年来一直不变的是人们对自己及家人健康的基本担心。 难怪智能手机应用发展最快的一个领域是健康与保健。 这些应用依赖新型传感器系统来收集有关我们活动（从计算步数和测量燃烧的卡路里到监测心律失常等一切活动）的信息。
初期
早在 2012 年，Plessey Semiconductors 便展示了最早的一款可穿戴个人健康设备原型：做成手表形式的心率监测仪（图 1）。 该参考设计使用设备背面长期与手腕接触的传感器电极来感应心电图仪 (ECG) 信号；用另一只手的手指触摸设备正面的第二个电极可让设备收集心率信号。
图 1：Plessey Semiconductors 的 EPIC 传感器演示仪。 （来源：电子产品）
该演示仪基于 Plessey 的 PS25x01 系列 EPIC（电势集成电路）传感器技术，是与英国萨塞克斯大学合作开发而成。 这些传感器是第一款测量电场中变化的传感器，与磁力计检测磁场中的变化非常类似，无需物理或电阻接触来读取信息。 它在正常室温下工作，用作超高输入阻抗传感器，采用的是主动反馈技术，既可降低传感元件的有效输入电容，又可以增大其输入电阻。 实际上，它是近乎完美的电压表，极其稳定，并能测量电场中毫伏级别的细微变化。
另一种涉及电势的与健康相关的传感系统（尽管级别要高得多）也于 2012 年由 ams 推出。 ams AS3935 Franklin IC 是一种可编程且完全集成的雷电传感器，用于检测可能存在危险的雷电风暴的来临，估计风暴前端与用户所在位置的距离，以便用户在危险发生之前寻求妥善庇护（图 2）。
图 2：ams 的 AS3935 Franklin 雷电传感器。 （来源：电子产品）
该传感器本质上是一种包含嵌入式雷电算法的无线电接收器，可检查输入信号图像是否有即将来临的雷电，同时滤除人为干扰导致的任何错误信号。 就像 Plessey 设备一样，ams 将其设计为类似于手表的设备，比如，高尔夫球手可以在球道上戴着它。
在 2014 年美国国际传感器及技术展览会上，ROHM/Kionix 展示了一款可穿戴钥匙设备。 这次展示的设备旨在使用低功耗蓝牙规范，将数据从钥匙中的多个传感器传输到智能手机和平板电脑上。 该设计将超高灵敏度的磁阻抗 (MI) 传感器、加速度计、陀螺仪、大气压力传感器、接近/环境光线传感器 (ALS) 和 RGB/紫外线传感器集成到一个小巧而轻质的钥匙形外壳中（图 3）。
该传感器的推出使各种功能和操作成为可能。 例如，它可以用作活动监测器，不仅估计燃烧的卡路里和计算走过的步数，甚至还可检测穿戴者是乘车（即公汽、火车、汽车）还是上/下楼梯，并记录所用的时间。 在户外戴上这款钥匙，用户可以确定他们接收了多少紫外线辐射，当存在晒伤危险或黑色素瘤风险时，它会对用户发出警报。
如今的健身手表产品
回到今年年初，我们发现市面上推出了相当多的智能手表。 看看最近推出的 Fitbit Surge 以及 Garmin vivoactive。
Fitbit Surge 包含 GPS、三轴加速度计、三轴陀螺仪、数字罗盘、光学心率监测器、测高仪、环境光线传感器和振动电机。 通过 GPS 跟踪，用户可以知道距离、步速和攀登的海拔高度，并可查看路线和分段时间；而 PurePulse 光学心率监测器可提供连续、自动且基于手腕的心率和简化的心率区间。 用户可以跟踪步数、距离、燃烧的卡路里、爬过的楼层数和有效的分钟数，该设备也可以监测睡眠，并自动设置无声警报。 这款可穿戴设备可以与 iOS、Android 和 Windows 移动设备通信，也可以通过单独的数字标尺来记录体重信息。
Garmin vivoactive 因其卓越的数据处理和展示能力而被誉为“实现真正健身的最佳产品之一...”。 除了能监测跑步、步行和骑行活动之外，其软件还可以评估高尔夫和游泳练习。 它采用移动和桌面两种平台，可以快速同步并支持 Windows 移动设备。 心率监测是可选的，使用 Garmin 的 ANT+ 传感器配件，需要用户在胸前挂上单独的设备；ANT+ 传感器会与手腕设备无线通信。
图 5：Garmin vivoactive。 （来源：The Verge）
下一代
如今的焦点主要是戴在手腕上的设备，而新一代可打印的灵活传感器正在研制当中。 这些新技术将使传感器可以直接和连续收集更多类型的数据。
例如，美国东北大学的高速纳米制造纳米科学和工程中心开发了一种简单且高度灵敏的集成生物传感器，其中包含印在柔性基质上的半导体单壁碳纳米管 (SWCNT)（图 6）。 SWCNT 采用固定化酶技术来实时检测汗液中的 D-葡萄糖、L-乳酸和尿素。 由于具备打印这些材料的能力，因此制造成本较低。
图 6：一种基于单壁碳纳米管的灵活生物传感器，由美国东北大学 CHN 的研究人员研制。 （来源：电子产品）
在美国加州大学圣地亚哥分校的可穿戴传感器研究中心，研究团队开发了名为“纹身贴纸”的产品，这是一种可穿戴电化学设备，包含电解质和代谢物传感器、一个生物燃料电池和一些蓄电池（图 7）。 这些传感器可戴在受试者的手臂上以监测分析物 — 分析程序关注的化学成分。
图 7：一种可打印、灵活并且可伸缩的电化学传感器“纹身”，由美国加州大学圣地亚哥分校可穿戴传感器研究中心的研究人员研制。 （来源：电子产品）
传感器设计和封装在不断发展进步，总有一天，人们会自然而然地在随时需要时持续而轻松地监测其身体的重要指标， 从而减少对自身健康的担心，享受更长寿更愉快的生活
初期
早在 2012 年，Plessey Semiconductors 便展示了最早的一款可穿戴个人健康设备原型：做成手表形式的心率监测仪（图 1）。 该参考设计使用设备背面长期与手腕接触的传感器电极来感应心电图仪 (ECG) 信号；用另一只手的手指触摸设备正面的第二个电极可让设备收集心率信号。
图 1：Plessey Semiconductors 的 EPIC 传感器演示仪。 （来源：电子产品）
该演示仪基于 Plessey 的 PS25x01 系列 EPIC（电势集成电路）传感器技术，是与英国萨塞克斯大学合作开发而成。 这些传感器是第一款测量电场中变化的传感器，与磁力计检测磁场中的变化非常类似，无需物理或电阻接触来读取信息。 它在正常室温下工作，用作超高输入阻抗传感器，采用的是主动反馈技术，既可降低传感元件的有效输入电容，又可以增大其输入电阻。 实际上，它是近乎完美的电压表，极其稳定，并能测量电场中毫伏级别的细微变化。
另一种涉及电势的与健康相关的传感系统（尽管级别要高得多）也于 2012 年由 ams 推出。 ams AS3935 Franklin IC 是一种可编程且完全集成的雷电传感器，用于检测可能存在危险的雷电风暴的来临，估计风暴前端与用户所在位置的距离，以便用户在危险发生之前寻求妥善庇护（图 2）。
图 2：ams 的 AS3935 Franklin 雷电传感器。 （来源：电子产品）
该传感器本质上是一种包含嵌入式雷电算法的无线电接收器，可检查输入信号图像是否有即将来临的雷电，同时滤除人为干扰导致的任何错误信号。 就像 Plessey 设备一样，ams 将其设计为类似于手表的设备，比如，高尔夫球手可以在球道上戴着它。
在 2014 年美国国际传感器及技术展览会上，ROHM/Kionix 展示了一款可穿戴钥匙设备。 这次展示的设备旨在使用低功耗蓝牙规范，将数据从钥匙中的多个传感器传输到智能手机和平板电脑上。 该设计将超高灵敏度的磁阻抗 (MI) 传感器、加速度计、陀螺仪、大气压力传感器、接近/环境光线传感器 (ALS) 和 RGB/紫外线传感器集成到一个小巧而轻质的钥匙形外壳中（图 3）。
该传感器的推出使各种功能和操作成为可能。 例如，它可以用作活动监测器，不仅估计燃烧的卡路里和计算走过的步数，甚至还可检测穿戴者是乘车（即公汽、火车、汽车）还是上/下楼梯，并记录所用的时间。 在户外戴上这款钥匙，用户可以确定他们接收了多少紫外线辐射，当存在晒伤危险或黑色素瘤风险时，它会对用户发出警报。
如今的健身手表产品
回到今年年初，我们发现市面上推出了相当多的智能手表。 看看最近推出的 Fitbit Surge 以及 Garmin vivoactive。
Fitbit Surge 包含 GPS、三轴加速度计、三轴陀螺仪、数字罗盘、光学心率监测器、测高仪、环境光线传感器和振动电机。 通过 GPS 跟踪，用户可以知道距离、步速和攀登的海拔高度，并可查看路线和分段时间；而 PurePulse 光学心率监测器可提供连续、自动且基于手腕的心率和简化的心率区间。 用户可以跟踪步数、距离、燃烧的卡路里、爬过的楼层数和有效的分钟数，该设备也可以监测睡眠，并自动设置无声警报。 这款可穿戴设备可以与 iOS、Android 和 Windows 移动设备通信，也可以通过单独的数字标尺来记录体重信息。
Garmin vivoactive 因其卓越的数据处理和展示能力而被誉为“实现真正健身的最佳产品之一...”。 除了能监测跑步、步行和骑行活动之外，其软件还可以评估高尔夫和游泳练习。 它采用移动和桌面两种平台，可以快速同步并支持 Windows 移动设备。 心率监测是可选的，使用 Garmin 的 ANT+ 传感器配件，需要用户在胸前挂上单独的设备；ANT+ 传感器会与手腕设备无线通信。
图 5：Garmin vivoactive。 （来源：The Verge）
下一代
如今的焦点主要是戴在手腕上的设备，而新一代可打印的灵活传感器正在研制当中。 这些新技术将使传感器可以直接和连续收集更多类型的数据。
例如，美国东北大学的高速纳米制造纳米科学和工程中心开发了一种简单且高度灵敏的集成生物传感器，其中包含印在柔性基质上的半导体单壁碳纳米管 (SWCNT)（图 6）。 SWCNT 采用固定化酶技术来实时检测汗液中的 D-葡萄糖、L-乳酸和尿素。 由于具备打印这些材料的能力，因此制造成本较低。
图 6：一种基于单壁碳纳米管的灵活生物传感器，由美国东北大学 CHN 的研究人员研制。 （来源：电子产品）
在美国加州大学圣地亚哥分校的可穿戴传感器研究中心，研究团队开发了名为“纹身贴纸”的产品，这是一种可穿戴电化学设备，包含电解质和代谢物传感器、一个生物燃料电池和一些蓄电池（图 7）。 这些传感器可戴在受试者的手臂上以监测分析物 — 分析程序关注的化学成分。
图 7：一种可打印、灵活并且可伸缩的电化学传感器“纹身”，由美国加州大学圣地亚哥分校可穿戴传感器研究中心的研究人员研制。 （来源：电子产品）
传感器设计和封装在不断发展进步，总有一天，人们会自然而然地在随时需要时持续而轻松地监测其身体的重要指标， 从而减少对自身健康的担心，享受更长寿更愉快的生活