一枚只有几克重的智能戒指，内部却需要完成心率、血氧、睡眠、运动、体温甚至压力状态等多项数据采集。（本文以健康监测的戒指为例）
Oura Ring 图源：网络
这些功能背后，实际上依靠的是多种微型传感器协同工作。目前健康监测型智能戒指中比较常见的传感器主要包括光电容积脉搏波（PPG）传感器、惯性测量单元（IMU）以及温度传感器；部分功能更加丰富的产品，还会进一步加入心电图（ECG）以及皮肤电活动（EDA）传感器。
Amazfit HELIO RING 图源：Amazfit 注释为笔者添加
不同传感器负责采集不同维度的数据，再结合算法形成我们最终在App中看到的心率、HRV、睡眠、运动和恢复状态等健康指标。
1、光电容积脉搏波（PPG）传感器
PPG可以说是目前健康智能戒指中最核心的传感器之一。
智能戒指PPG传感器及LED布局示意图 图源：Sensors / MDPI①
基本原理是利用LED向皮肤组织发射特定波长的光，再通过光电探测器接收经过组织吸收、散射和反射后的光线。由于每次心脏搏动都会改变手指末端血管中的血容量，反射回来的光信号也会随之发生周期性变化。通过分析这些变化，设备就能够获得脉搏波信号。
目前智能戒指通常会采用绿色、红色以及红外LED等不同波长的光源，根据不同产品的硬件配置和算法，可以进一步计算：心率、心率变异性HRV、血氧饱和度SpO₂、呼吸频率、睡眠相关指标和恢复状态等。
Oura Ring采用PPG系统进行心率、HRV以及呼吸等数据采集，智能感测设计通过多个不同位置的光学通道改善戒指在手指发生旋转或位置变化时的信号获取。
Oura Ring 4内圈光学传感器结构 图源：Oura
相比手腕，手指末端拥有比较丰富的毛细血管，也是PPG信号采集比较适合的位置之一。戒指内部空间非常有限，LED、光电二极管、光学窗口以及内圈结构之间的位置设计也会影响信号质量。
2、心电图（ECG）传感器
除了PPG之外，一些智能戒指开始加入ECG心电检测功能。
ECG智能戒指内、外电极布局示意图 图源：Rollme
与PPG通过光线观察血容量变化不同，ECG检测的是心脏活动产生的微弱电信号。
为了采集这种电信号，智能戒指通常需要设计金属电极。当两个电极与人体不同位置形成测量回路后，就可以记录心脏搏动产生的电位变化。因此，ECG智能戒指在测试时往往需要用户用另一只手触碰戒指上的外部电极，从而与佩戴戒指的手指形成完整回路。
Circular Ring 2就配置了单导联ECG功能。根据介绍，用户测量时需要通过另一只手的手指接触戒指，使设备形成测量回路，从而记录心脏电活动。
Circular Ring 2及ECG心律测量界面 图源：Circular
智能戒指中的ECG更多属于主动测量功能，与PPG这种可以长时间后台采集的数据有所不同。目前ECG还没有成为智能戒指的普遍配置，因此与其称为“高端型号专属”，目前只有少数智能戒指开始搭载ECG传感器。
随着低功耗模拟前端芯片、电极结构以及算法的发展，ECG有可能成为未来健康型智能戒指进一步扩展的重要方向。
3、六轴惯性测量单元（IMU）
除了健康信号，智能戒指还需要知道一个非常基础的信息：
人现在有没有运动？手指又处于什么运动状态？这就需要IMU。
所谓六轴IMU，通常由：三轴加速度计 + 三轴陀螺仪组成。其中，加速度计负责感知X、Y、Z三个方向的加速度变化，而陀螺仪主要用于检测三个方向上的角速度变化。
智能戒指IMU及内部硬件结构示意图 图源：Penn State OmniRing / ACM
通过这些运动数据，智能戒指可以进一步识别：行走与跑步、日常活动、手部动作、睡眠中的翻身、静止时间、运动强度和部分手势操作。
例如Ultrahuman的Ring AIR传感器配置中就包括PPG、温度传感器以及六轴IMU。
Ultrahuman智能戒指内部传感器结构 图源：Ultrahuman
并不是所有智能戒指都会使用完整的六轴IMU，三星Galaxy Ring的运动传感器主要是Accelerometer加速度计，并没有将陀螺仪列入其三大传感器配置。
运动传感器/IMU是智能戒指的重要组成部分，其中部分产品采用六轴IMU，部分产品则只采用三轴加速度计。这样可以在满足运动检测需求的同时，根据产品功能、功耗和内部空间进行取舍。
4、温度传感器
温度传感器同样已经成为健康智能戒指中比较常见的一类传感器。
与我们平时使用体温计测量体温不同，智能戒指通常重点关注的是长时间佩戴过程中皮肤温度的变化趋势。由于戒指能够整晚贴合手指，因此可以连续记录夜间温度变化，并与用户长期形成的个人基线进行比较。
Oura Ring 4内部配置数字温度传感器，用于记录身体温度变化趋势。
智能戒指温度传感器及光学传感器布局示意图 图源：Oura相关专利
Galaxy Ring同样配置Skin Temperature Sensor，用于监测睡眠期间皮肤温度的变化。
Galaxy Ring三类主要传感器布局示意图 图源：Samsung
温度数据可以进一步与PPG、运动以及睡眠数据结合，用于辅助分析：夜间身体状态、恢复情况、睡眠变化、女性周期和长期身体状态变化。温度传感器本身并不复杂，难点更多在于如何减少环境温度以及戒指佩戴松紧程度带来的干扰。
因此实际产品通常不会单独看某一次温度读数，而更加关注持续几天甚至几周形成的个人温度基线。
5、皮肤电反应（GSR/EDA）传感器
还有一种在智能戒指中相对少见的传感器，就是皮肤电活动传感器。
它也经常被称为：EDA（Electrodermal Activity，皮肤电活动）或者GSR（Galvanic Skin Response，皮肤电反应）。
它的基本原理是测量皮肤电导的微小变化。当人体受到紧张、兴奋或者其他刺激时，交感神经活动可能导致汗腺活动发生变化，而汗液会影响皮肤导电能力。通过戒指上的电极测量皮肤电导变化，再结合HRV等数据，就可以辅助分析人体的压力和生理唤醒状态。
Amazfit Helio Ring就搭载了EDA传感器，并将EDA数据与HRV等信息结合，用于分析压力以及身体状态变化。
Amazfit Helio Ring 内圈传感器结构 图源：Amazfit
EDA并不能直接“读取人的情绪”，它实际采集的是皮肤电活动变化，至于压力、兴奋或者情绪状态，则需要结合心率、HRV、运动状态以及算法进一步推断。目前EDA在智能戒指中的应用仍然比较少，但由于手指本身比较适合进行皮肤电信号采集，这类传感器未来也具有一定的发展空间。
小结
目前，智能戒指正在不断探索更多功能，从心率、血氧、睡眠和体温，到ECG、EDA、手势交互甚至更多健康指标，能够被装进一枚戒指里的传感器也越来越多。
对于健康监测型智能戒指来说，传感器数量并不是越多越好，真正重要的仍然是数据采集的准确性、稳定性和长期一致性。手指佩戴位置、戒指松紧、运动干扰、环境温度以及不同用户之间的个体差异，都可能影响最终的测量结果。
智能戒指下一阶段需要解决的问题，可能不只是“还能增加什么传感器”，而是如何把现有的PPG、温度、运动等基础健康数据测得更准、更稳定，并通过算法将多种传感器的数据更好地融合起来。
论文：①https://doi.org/10.3390/s25206326
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