各種智能手環（智能穿戴設備）的心率監測功能精準度怎麼樣？都有哪些技術在裡面？
眾所周知心率是運動中極其重要的一項指標，各種智能設備相繼推出了心率監測功能，它的準確度如何？用到了那些技術？有哪一些優缺點？
目前具有心率監測的設備有（主要指不用帶心率帶）：
1.Microsoft Band
2.Adidas miCoach Fit Smart
3.bong 2s
4.Fitbit Surge
5.mio Alpha
6.Jawbone UP 3
7.Apple Watch
8.小米手環光感版
9. Polar A360
我是從事可穿戴醫療器械研究和開發的電子工程PhD，難得在知乎上看到自己可以答的專業問題。僅做技術性探討，即只回答題主第二個問題，不做產品測評（因為我沒有買過這些商業化產品）。
目前來講，成熟的心率無創測量手段有血氧法，光電容積法，心電信號法，和動脈壓力法。
（1）血氧法。如果大家讀書時候做過台階測試（一種心肺功能的體鍛測試）的話，那麼一定對這種心率測試方法不陌生。那種夾在食指尖的心率測試儀就是採用這種方案。一般來講，完整的血氧飽和度儀往往有2種發光二極體，一種波長660nm，是可見光的紅光，一種波長900多nm，是紅外線。血管中攜氧的血紅蛋白和不攜帶氧的血紅蛋白，對兩種光的吸收率是不同的。如下圖。同時，血管中的氧含量，是有消耗——心臟泵血增加——再消耗這樣的周期過程的。這個周期剛好與心率是一致的。
血氧法的優勢是提供心率和血氧飽和度兩種信號。劣勢是由於需要在另一端接受透射光信號，那麼這部分人體組織就必須足夠薄才行，全身上下合適的位置就只有指尖和耳垂。手腕太厚了，可見光根本無法穿透，使用範圍比較受限制。所以題主列舉幾種運動腕錶都沒有採用這個方案。
（2）光電體積法。這種方案是追蹤可見光（綠光）在人體組織中的反射。通常是有兩個綠色LED向手腕發出可見光，然後中間有個光電感測器感應反射光。如下：
人體的皮膚，骨骼，肉，脂肪等對光的反射是固定值，而毛細血管和動脈靜脈由於隨著脈搏容積不停變大變小，所以對光的反射是波動值。這個波動的頻率就是脈搏，一般也跟心率是一致的。
這種方法只能得到心率信號，但是相對對運動帶來的雜訊抵抗力比較強，很適合目前的運動腕錶。題主所舉例的幾種運動腕錶都是採用這個方法。至於精度嘛。。。除了apple watch（下圖）以外，其他幾家（上圖）都是用的同一款飛利浦的專利感測器。。。。。。唯一能做的花頭無非就是加速度儀去補償運動雜訊的演算法不同，從我經驗出發，應該都大同小異。
至於用綠光的原因。高票答主提到的「血液是紅的所以用綠光」是扯淡。。。。真正原因是綠光對外界溫度變化造成的信號漂移是最小的。參考：
Comparison of Reflected Green Light and Infrared
Photoplethysmography，Y. Maeda et al 2008
Comparison between red, green and blue light reflection photoplethysmography for heart rate monitoring during motion. Lee j et al, 2013
(3)心電信號法。竇房結有節律地控制心臟收縮舒張從而向軀幹泵血。這個控制信號是一個電信號（人體神經信號在神經上都表現為電信號），會逐漸擴散到體表，可以在皮膚通過電極測量。大家去醫院一般用的心電儀就是採用這個原理。這個節奏就是心率，除此之外，心電信號還可以為醫生診斷提供很多參考信息。
目前市面上最精確的可穿戴心率測量儀器，心率帶，也是採用這個方法。
但是由於心電信號的波長非常長，為了測得足夠精度的信號，信號電極和參考電極就必須在軀幹空間上隔得足夠遠。一般是胸上比較遠得兩點，或者左手和右手，或者手和腳等。腕錶就比較難採用這個方案，除非有人願意同時帶兩個表（不要惡意膜蛤）。
看到樓上有PhD從技術角度作答，同為EE的PhD，我也從技術角度回答一下。
(1) 我不贊同 @王法同學將 photoplethysmography (PPG)/光電體積信號 的心率估計分為血氧法和光電體積法。因為不存在所謂的血氧法。。。。
我們討論的血氧含量一般指動脈中的血氧含量，正常人的範圍是從95%到100%。這個參數不會隨心率產生周期性變化。這是因為動脈中始終流淌著尚未給組織供氧的含氧的血，這些血的含氧量主要有心肺來決定，而給組織供氧後含氧量減少的血會進入靜脈。
如 @超哥 提到的，隨心臟泵血呈現周期性變化得是PPG的接收器(detector)接收到的光強度。這個光強度表徵的是所測量位置的血管里的血液體積隨心臟泵血的變化。也正是這種血液體積的周期性變化構成了一切利用PPG信號來進行心率估計的基礎，無論你利用的是什麼光(綠，紅，紅外)。如圖1所示，這是典型的PPG信號，一般都是通過計算相鄰周期內特徵點間(最簡單的比如峰值間)的距離來實現心率估計。
圖1 典型的PPG 信號
(2) 我不贊同 @王法提到的 「至於用綠光的原因，真正原因是綠光對外界溫度變化造成的信號漂移是最小的 「
As far as I know, 選擇綠光的最大原因是基於信噪比的考慮，正如 @MikeWay提到的那樣。具體對比可參照圖2。圖3給出了波長與搏動程度(pulsations)的關係(不熟悉波長的小夥伴參考圖4)。說得簡單一點：假設PPG信號 y=a+b*sin(x)+c (PPG信號都是由一個mean和一個波動的量組成)。b就是我們看到的搏動（圖1中peak-peak大概是3v)，a是我們看到的mean reflectance(可以對應於圖1中的1.7v)，c是雜訊。圖3中的mean reflectance對應於a，reflectance pulsation對應於b/a，approximate noise level 對應於 c/a.可以看到在綠光的波長附近，b/a最大，並且大於c/a，意味著搏動比雜訊要更明顯，我們感興趣的搏動信號更容易被觀察到。當然，這個圖針對於血管較少的測量位置。當用在血管成分較多的手指尖時，紅色和紅外的搏動也是通常大於雜訊的。不過整體上，綠光都是可以獲得更大的搏動幅度從而掩蓋掉雜訊的影響。
圖2 紅光和綠光的波形對比
圖3 波長與mean reflectance和pulsation的關係
圖 4 不同光的波長
還有一點小的評論是，該同學提到溫度漂移，根據這兩篇文章的發表時間(2008年和2013)和引用次數，我的感覺這些大概是使用綠光的額外bonus。還想補充一點是，我們上學時候用血氧的儀器來測量心率都是在運動以後靜止的狀態下，如果運動的時候來搞，可以想像其詭異的效果。
(3) 我不完全贊同 @王法 所提到的 血氧監護儀的缺點是在另一端需要接受透射光信號，而導致其使用範圍有限，所以沒有被選擇。在手腕確實難以使用透射光，但我覺得這裡的因果有點顛倒。
實際上，PPG一直就分兩種模式：反射(reflectance-mode)和透射(transmission-mode)。反射就是PPG中的發生器(emitter)和接收器(detector)位於同一側，主要測量反射回來的光。透射就是這兩個器位於兩側，通常由一個夾子固定，現在絕大多數血氧含量的sensor都是透射的。圖5中左圖為透射模式的PPG，右圖為反射模式PPG。
圖 5 透射和反射模式的PPG
透射通常因為contact pressure較大會取得更高的信噪比，其實主要就是類似於sensor固定在皮膚上，不會有相對運動造成的雜訊。此外對於測血氧含量的測量，也因為這個較大的contact pressure 可以減少靜脈血體積變化的影響(畢竟我們測的動脈中的血氧而不是靜脈，靜脈中的血氧通常低一些)，從而降低動脈血氧的測量誤差，而這一點是反射模式很難做到的。另外PPG通常是用在血管組織結構簡單的位置，比如手指，腳趾，耳垂，用在手腕明顯會帶來很多的技術難題，所以更像是從市場應用的角度考慮。
我覺得更大的可能是，公司首先考慮到市場，手腕是更容易被消費者接受的位置，所以選擇手腕。然後考慮反射透射，在手腕只能選擇反射。再然後，考慮光的波長，選擇信噪比更高的綠光。
談到這裡，我看有小夥伴回答其公司在用耳機在測心率 @付學文 。這實際是一個很好的想法，現在市場上已經有幾家公司有產品，似乎在layout上要下一番功夫。我覺得耳機最大的優勢在於頭部的運動是相對小而且簡單規則的，不會出現手的那種可能一下就飽和的狀況。這種相對容易handle的運動也可以比較容易通過額外的加速度感測器去自適應消除雜訊。到這裡，我同意 @王法同學提到的各個公司演算法應該大同小異，都是加速度計作為reference去自適應濾波。
(4) 關於利用PPG血壓測量， @陳程 提到 「綠光不能測量血壓和呼吸。在單獨測量心率的時候使用。」
我不禁想問，難道紅光和紅外就可以？
目前用PPG估計血壓要麼是利用PPG信號和連續血壓信號波形上的相似性，要麼是利用pulse transit time。
前者存在一個很難逾越的鴻溝，就是這個順應性曲線(compliance curve)，見圖6。因為PPG畢竟是取決於血液體積，而不是壓力。從體積到壓力的轉移函數(transfer function)不僅僅非線性還不停地改變(伴隨交感副交感的活動)。第二種方法，目前來看需要不停的校正(calibration)，而且就連pulse transit time本身都還難以準確測量。
圖 6 compliance curve
所以，很抱歉的告訴 @cydonia 目前從學術圈子來看，利用PPG的血壓估計還是一個需要被解決的問題。。。 離靠譜的產品化應該還有一定的距離。不過如果你不介意壓力感測器測血壓(就是在手腕來回充放氣)，應該效果比PPG好。
最後，
謝謝小夥伴讀到這裡。正如 @曉磊 所說，目前做到絕對值很准大概很難，不過其實趨勢就很有價值了，這大概不僅僅適用於心率，我想也適用於大部分wearable sensors。
還想對 @王法，抱歉一直在討論你的觀點，其實感謝你第一個跳出來做技術貼，才讓我回了一次上知乎以來最長的帖子。不過這大概不是你的area of expertise，難免有不準確的地方。共勉學業順利。
以上。
Reference
1. Cui et al, In Vivo Reflectance of Blood and Tissue as a Function of Light Wavelength, 1990
2. Reisner et al. Utility of the Photoplethysmogram in Circulatory Monitoring, 2008
自詡為此方面的磚家，在美做博士後的研究方向為心血管的中樞調節機制，回國後在智能穿戴行業3年的從業經驗，相信可以簡單聊下此問題。
在闡述智能手環的心率監測對於健康有什麼指導性的意義前，我想先談下為什麼要去測量心率，它的重要性何在，又有何生理及健康意義？
心率作為人體最重要的生命體征之一，自胚胎髮育時期開始一直持續到死亡方才結束。
成年人每天心臟大約跳動100000次，而這100000次跳動並非固定不變，每一次跳動的頻率、節律、力度等都會隨著身體狀態的變化而變化。
影響心率變化的三大調節系統包括：自身調節、體液調節、神經調節。
顧名思義，自身調節就是指心臟本身對心率的調節，比如運動員的心臟因心肌有力每搏輸出量較大，以較低靜息心率便能滿足人體器官的基本需求。甲亢患者因血液中甲狀腺激素分泌增多而導致心率升高，這是體液調節。而男子看到心儀的美女會心跳加速是由於交感神經系統興奮引起的，這便是神經調節。
所以心率的變化能直接或間接反映人體多方面的健康狀態，而在智能穿戴領域主要應用於以下三個方面：
- 一、 運動：包括運動前的疲勞程度評估預防過度訓練，運動中的訓練強度監測、運動能量消耗、訓練衝量計算、耗氧量計算，運動後恢復時間預估、運動後超量氧耗（EPOC）計算、運動潛能最大攝氧量評估、無氧閾值估算等。
- 二、 疾病：檢測靜息心率是否在正常範圍、日常活動中監測心臟停搏、心率異常增高等，通過心電監測心率還能檢測到心律是否異常如二聯律，心電波形異常相關心臟疾病如冠心病、房室傳導阻滯、猝死風險等，通過指尖光電容積脈搏波描記法可以監測脈搏波變化以分析脈率、血氧濃度，糖尿病患者的微循環外周血管狀態等。
- 三、 精神：主要通過心率變異性分析自主神經功能評估精神壓力、緊張與放鬆程度、睡眠質量等。
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在了解了心率的生理意義之後，再來看看智能手環是如何測量心率的，它測量的準確性如何，這種測量方法有何優缺點。
所以下面再談下智能手環是如何測量心率的，只有了解了這些才能進一步分析智能手環心率的應用範圍。
心率作為一種重要生命體征，可以通過多種手段測得，包括古代中醫的脈診（脈率），西醫的聽診器、現在醫學的心電圖，他們分別通過觸覺、聽覺、心電來間接或直接的檢測心率。
作為21世紀的新興產物智能穿戴，因特定的使用場景和佩戴要求，心率檢測技術目前主要以光電容積脈搏波描記法（PhotoPlethysmoGaphy，PPG）、心電信號法、動脈壓力法、圖像信號分析幾類技術應用最多。
這裡只介紹下智能手環普遍採用的光電容積法脈搏波檢測技術。
簡而言之，就是通過物質對光的吸收原理檢測血管中血液因脈搏產生的容積周期性變化，經過一系列的轉換將血液容積信息——光信號——電信號——顯示屏上的心率數字。
測量容積脈搏波的光電感測器有多種，從光信號的接收位置不同可分為透射型和反射型感測器。
1、透射型光電感測器的發光管和光敏接收器件置於所測組織的兩側，入射光穿過皮膚進入深層組織，除被皮膚、肌肉、血液等吸收外，剩下部分的光線透射被光敏接收器感知。
適用測量部位：根據其原理，透射型光感測器適用於兩面距離比較短的組織如耳垂、手指、腳趾等。
優點：多數透射型光感測器因多應用於手指和耳垂，所以在外形上採取密封暗盒的結構，能很好的減少外源性的光干擾，從而提高測量精度和穩定性。因其信噪比高信號穩定，除了測量心率之外還可以通過波形分析心搏功能、血液流動等諸多心血管生理信息。實際應用中多採用紅光和紅外線光二極體，以利用氧合血紅蛋白和血紅蛋白對紅外線和紅光吸收率不同原理同時檢測血氧。
缺點：應用於智能穿戴設備主要缺點在於可測量部位局限，穿戴不舒適。
代表產品：耳夾式心率監測儀，指甲式血氧儀。
2、反射式光電感測器的發光管和光敏接收器置於所測組織同側，光敏器件收的是由血液漫反射回去的光，多採用綠光，主要因為反射模式其光敏接收器接收到的信號有限，對其信噪比要求高，而綠光所得到的信噪比相對最好。
適用測量部位：只要組織比較平滑且皮下脂肪少的的地方都可以測量，比如手臂、手腕。
優點：對於智能可穿戴設備來說，最重要的就是穿戴舒適性，而反射式光電感測器可應用於手腕，以手環或手錶的產品形式出現，完美的解決了心率監測與佩戴舒適的雙重要求。
缺點：測量時反射光接收的信號較少，信噪比低，因而容易受到干擾，比如外界光干擾，手腕運動時的干擾，溫度干擾，皮膚出汗的干擾等等。
PS：用反射式光電感測器器測血氧的，基本扯蛋。
代表產品：佳明for runner235，Fitbit charge HR
Surge，埃微蛋卷手環、小米2、樂心心率手環。
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終於進入正題，智能手環的心率監測對於健康有什麼指導性的意義？
鑒於智能手環測量監測心率的準確性有限，舒適性和便攜性缺很好的特點，手環監測的心率不適合用於醫用、疾病的診斷等，對於精神方面的應用因為需要分析心率變異性，而心率變異性對採樣頻率和準確度要求也很高，所以也不太適合。
下面談下智能手環測量監測心率最適合的領域——運動，包括各種心率指標的意義。
- 一、為什麼要在健身運動時監測心率？
心率監測在健身運動中的3個重要作用：
1、提高訓練效率。2、防止運動損傷。3、測試運動能力。
世界上許多專業運動醫學和健身醫學機構建議：在運動時使用心率監測。心率監測可以快速清楚地反映運動時身體的信息，能夠將運動時心律變化情況告訴您，不會因進入危險的無氧區域而造成身體損傷。同時，可以使運動強度保持在適當的水平，使健身效果更好。心率測量也是減肥運動者的福音，它可以使運動者知道在何種運動量時，消耗的脂肪最多。
過去十年來，面向專業競技運動的運動醫學研究成果證明，心率是運動量、運動強度的最重要的指標。使用心率監測，是保證運動健身安全和質量的最方便和最準確的方法。
- 二、安靜心率
靜息心率又稱為安靜心率，是指在清醒、不活動的安靜狀態下，每分鐘心跳的次數。剛起床時為測量的最佳時機，最低限度也要在安靜坐下後5分鐘後才可進行測量，否則所得的結果就會偏高。
靜息心率也能反映人體的心肺功能儲備能力，長期進行耐力運動的人心率較低 50次左右/分。人靜止時的心跳速率沒有統一的標準。
一般情況下：男性的平均心率為每分鐘72次，女性為每分鐘78次，兒童的平均心跳數較高，年紀較大的成年人心率較低。對某些人來說，靜止時的心跳速率在每分鐘55次到105次之間都是正常的，
- 三、最大心率
最大心率，指進行運動負荷時,隨著運動量的增加,耗氧量和心率也增加,在最大負荷強度時,耗氧量和心率不能繼續增加時心率達到的最高水平。
計算最大心率最好的公式是：一般用220減去年齡來估算最大心率，或者HRmax= 208 ? (0.7 ×
age)。
例如：您的年齡為30歲，則220–30=190，190就是您的最大心率。
用上述公式計算出來的最大心率有一定的內在誤差。每個人的心跳速率有可能比上述計算結果多15次或少15次。例如，一個50歲的人其最高訓練範圍比最大心率要低了17次之多為153次。
此最大心率如果按照15次標準偏差來推算，應介於155到185之間。這個範圍很寬。有許多測試方式來確定您的最大心率。因為心率過高是有危險的，所以進行實際測量時，應該由醫生或鍛煉指導人員進行指導。
最大心率是與運動程度密切相關聯的，進行不同的體育運動時，就有不同的最大心率。通過腳踏車耐力測試測量到的最大心率數據只能應用於跑步/步行。在騎自行車或游泳時，心率會有所不同。
- 四、運動心率區域
心率變化能反映個體化運動強度，按照心率區域控制訓練強度能提供訓練效率和預防運動損傷。
運動心率區域是按照個人的最大心率百分比所劃分的。個人的最大心率一般都是估計出來的，除非經過耐力測驗或經過精確的場地測試。如果使用心率區域而不使用一個確切的心率數值，允許所估算出來的最大心率有一定的誤差。
鍛煉心率區域是一種比較科學和安全的方法，有助於提高健身健美效果和訓練效果。因為，您的心率在一天之中會上下浮動，尤其在進行運動時。而且，不同的運動類型，有不同的強度，就有不同的心率變化。因此，提出心率區域的概念，以便於確定各種運動的不同的心率範圍。
大家要注意，有各種各樣方法表述鍛煉心率區域（運動強度的方法），不同的生理醫生、運動員和教練有不同的劃分方法。
在這裡，我們劃分出五個鍛煉心率區域：
- 五、MAF（最大有氧心率）訓練
Phil Maffetone設計的最大有氧心率訓練(MAF)讓曾經傷病不斷的Mark Allen獲得6次奪得Kona世界鐵人三項賽冠軍，成為鐵三屆的傳奇人物。
運動分為有氧運動和無氧運動，在運動強度逐漸增大由有氧運動轉為無氧運動為主的心率值稱為最大有氧心率（MAF）。將心率控制在接近最大有氧心率範圍內的跑步稱為MAF跑.
最大有氧心率計算方法：
1、取180；
2、減去您的年齡；
3、在步驟2得出的數字基礎上，進行調整：
（1）如果您從不運動，另減5。
（2）如果您每周運動1-2次，另減2或3。
（3）如果您每周運動3-4次，數值保持不變。
（4）如果您每周運動5-6次，數值保持不變。
（5）如果您每周運動7次以上，已經有一年以上，另加5。
（6）如果您大於55歲或小於25歲，另加5。
（7）如果您大於60歲或小於20歲，另加5。
MAF要求每次訓練都使用心率表把心率控制在有氧域之中。比如您的最大有氧心率為155，那每次跑步通過心率表或心率帶監測讓心率維持在145~155BPM的範圍內。
為什麼要MAF跑？
- a. 會讓你訓練時以合理的的配速（因人而異的配速），來更好地燃燒脂肪。這種充分的訓練會使你在長距離比賽中珍藏好寶貴的碳水化合物，從而在馬拉松和更長距離的比賽中避免「撞牆」；
- b. 以很少身體的付出、有氧地來跑，即使你達到甚至超過原來的訓練配速，身體也不會有太重的負擔；
- c. 極大強健你的大腿和臀部;
- d. 在不知不覺中，你身體又多了個「油箱」；
- e. 有氧速度得到極大的提高，你可以輕鬆跑出低心率訓練之前往往需要很費力才能達到的速度;
- f. 消除在比賽或訓練中對碳水化合物的過度依賴
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結論：智能手環的心率監測對於健康的意義主要在於運動指導。
PS：大家如果有耐心看到此，相信對購買什麼樣的心率手環才能真正有益於運動指導心裡也有譜了——能夠在運動中實時記錄和顯示心率數值，比如佳明forerunner235，蘋果手錶，埃微蛋卷，唯樂小黑3，而不是……
恰好最近在研究類似心率手環分析，然無人邀請自己，容我孤獨寂寞冷一會兒。
過5贊開始答題。
不管到不到5贊，自己都想回答這個問題了。
第一種：PPG 光電容積脈搏波描記法原理（Photo Plethysmo Graphy）
簡單來說，反射而已，就是利用血液中透光率的脈動變化，折算成電信號，對應就是心率。代表產品：Fitbit charge HR Surge
當一定波長的光束照射到指端皮膚表面時，光束將通過透射或反射方式傳送到光電接收器，在此過程中由於受到指，端皮膚肌肉和血液的吸收衰減作用，檢測器檢測到的光強度將減弱。其中皮膚、肌肉組織等對光的吸收在整個血液循環中是保持恆定不變的，而皮膚內的血液，容積在心臟作用下呈搏動性變化。當心臟收縮時外周血容量最多光吸收量也最大，檢測到的光強度最小。而在心臟舒張時，正好相反，檢測到的光強度最大，使光接收器接收到的光強度隨之呈脈動性變化。
附上臨床的應用論文 光電容積脈搏波描記法原理及其在臨床上的應用
為什麼經常見到的都是綠光LED？
因為在血液這種紅色液體面前，綠光的吸收率是最大的，對於數據判斷是比較準確的。
當用戶的心臟跳動時，會有更多的血液流過用戶的手腕，綠光的吸收量也會越大。在心臟跳動間隙，血液流量減少，導致綠光的吸收也會減少。
舉個例子，假設手環的發光數值為100，皮膚肌肉組織吸收恆定的10，血液總吸收為15，那反射後為100-10*2-15=65，然後動脈血過來，紅細胞含氧增多，血液總吸收變成了2被，那反射後為50，
之後會一直處於65-50-65-50-65-50-65-50-65-50……，通過計算每秒多少次脈衝變化，就得出你的心率。
不知道PPG這種方式有沒有看明白呢？
不熟悉血液循環方式的，可以看下這個心博與血液循環模型，大洋科教，順便複習下初中學過的血液循環知識。
它的原理就決定了它的缺點，如果手環和皮膚直接有很多汗液呢？那數值就會不準確。
如果你的數值是這樣變化，65-50-65-50-65-50-66-51-62-50-65等，這也會讓機器蒙逼了。
總結來說：
這種方法，測量靜息脈搏和正常有規則運動（跑步等）還是比較準的，但對於無規則的運動，如足球羽毛球等無規則運動，舉例所說的假設數值會亂蹦，會稍微準確度下降。但也是相差幾個數值來說，對於非專業人士，我感覺應該足夠了吧。
第二種：心電信號測量，類似ECG（心電圖）
這個說的簡單點，就是你去醫院做過的心電圖，其實有點類似。不同的是，醫院需要在心口、腳上、手腕上都要加上電極，需要測量更多的數據，而腕式手錶就不需要那麼多數據，僅僅心率就夠了。
心臟周圍的組織和體液都能導電，因此可將人體看成為一個具有長、寬、厚三度空間的容積導體。心臟好比電源，無數心肌細胞動作電位變化的總和可以傳導並反映到體表。在體表很多點之間存在著電位差，也有很多點彼此之間無電位差是等電的。通過收集到的電極變化，經過演算法處理，可以還原出很多數值，其中可以還原出心率數值。
（圖片看看就算了，侵權聯繫我刪除）
每次心跳，人的體表都會有微小的電極變化，而捕捉到這些電極變化，再經過演算法就可以還原出心率跳動的頻率。據我所知，手環內，好像jawbong UP 3採用的是心電測量技術，其它大部分都是光電技術。截圖為例
至於心率帶，一般也都採用心電測量，檢測體表電極變化，還原出心率數值。
再多說幾句，心率帶有硬性和軟性兩種材料，區別很簡單，看是不是有柔性薄膜電極。通常情況下，有柔性薄膜電極的數值會準確一點，而且沾點水會更緊密些。（想想我去測量一些對比心率數值時，會偶爾用嘴舔下然後粘上去，畫面不敢想像）
為什麼要用柔性薄膜點擊？
柔性薄膜電極可以緊密地貼住胸部輪廓，光滑的電極表面沾水後會產生很強的吸附性，牢牢地粘附在皮膚表面，大大降低了運動中胸帶位移摩擦對心率信號的干擾。目前主流的心率錶廠家比如 POLAR 博能,, SUUNTO 松拓, GARMIN 佳明，MIO邁歐等等都有相關產品，我就不做廣告了。
心電測量有什麼缺點？
我擦，必須有啊。想像你做心電圖的時候，一次都要百十塊錢，憑什麼啊？因為數據處理複雜，它測量的電極變化中，不僅僅只有心率數據而已，還有更多的信息，心率只是其中很小的數據，各個組織器官正常和病變情況下的數據也都是不同的。微小的變化，是好事也是壞事，一方面精準，一方面更難把控。詳細可以參考@miracle，他更專業，部分圖片也是來自他那裡的。更多的醫學上心電測量的，可以看下他的回答。
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2015年有哪些值得入手的智能手環？ - 知乎用戶的回答
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懶得再更新了，也懶得辯論了，蘋果寫的比我好N多倍。直接看下圖
私信留言過多，回的慢，見諒
實名反對郭亞超的高票答案中關於血是紅的所以選擇綠光這種完全信口開河的答案！選擇綠光的原因在於其波長在氧和血紅蛋白與非氧和血紅蛋白勻有較好的吸收係數，這意味著在同樣的條件下綠光所獲得的脈搏波的信號質量更好，所以更利於計算心率！
就心率監測目前已知的主要手段有聲，光，電，壓四種。
1.聲 通常是利用超聲多普勒原理來檢查心臟的搏動，常見的胎心儀就是這一原理。
2.光 利用光透射或反射血管內流動的血液（脈搏）來檢測脈率，通常情況下是等於心率的。目前絕大部分手環都是這一原理來檢測心率。
3.電 就是大家通常說的ECG信號，它是有人體心臟搏動而產生的毫伏級電信號，大家看到體檢的心電圖，心率帶等至少需要兩個以上電極的設備都屬於這種檢測原理。
4.壓 通常使用一個壓力感測器來檢測脈博搏動的微弱壓力信號來檢測脈率，有極少手環使用，主要在血壓檢測中計算血壓和脈率。最近開始健身，利用心率檢測運動強度。現在手上有一條迪卡儂心率帶和fitbit charge hr 手環，前幾天評測了heha qi 手環。
現在在醫院工作，經常看監護和血氧飽和度，對光脈搏ppg的心電有一定了解。
大多數手環採用ppg技術，但是ppg的簡單原理是心臟間斷性的把血泵到外周，皮膚下的毛細血管會間斷性的出現多血---少血的變化，根據血紅蛋白對光的不同吸收率計算得出心率變化，但是運動的時候，這種變化就會受到運動的干擾（心臟泵出血的多少可能出現改變，繃緊的肌肉也會影響到皮下毛細血管的充盈），這就是最考演算法的時候。另外心率失常比如說房顫，也會導致心率和脈搏不一樣。
就像上面一個朋友說的，ppg在規律的運動時心率相對準確，不規則運動，或者健身時，和真實性與一致性不好。
說了這麼多，都是理論，我發幾個對比圖讓大家有一個感性認識吧。
這是我今天中午健身時，使用心率帶和Fitbit對比的圖
可以看出來一致性非常差，fitbit僅僅能看到一個大致的趨勢。但是在騎行的時候，一致性就好多了。
Fitbit後半程因為皮膚開始出汗，導致心率準確性下降。相反的是，心率帶汗越多越是準確（導電性更好了）。而在平靜的時候，基本一致。
我現在運動的解決方案是，健身是試用心率帶，連著手機，利用心率知道運動，平時使用Fitbit監測步數和24小時心率變化和睡眠心率。
其實fitbit的靜息心率很好用，上圖可見，國慶這幾天休息得好，靜息心率也在往下國慶這幾天休息得好，靜息心率也在往下降。
其他幾種ppg手環原理基本一致，不同的是演算法和優化的區別，網路評測是微軟手環和mio 手環運動時心率最準確，不過沒有體驗過。但是jawbone up3沒有研究過，原理就不太清楚，按理說手環這麼小的距離檢查心電的電勢差非常困難，感覺不太可靠。
附上我評測的heha qi手環，http://blog.sina.cn/dpool/blog/s/blog_3dbba2230102w209.html?type=-1
技術就不談了，原理不複雜，但不是光有個硬體就行了，演算法如何，實際佩戴如何，佩戴者皮膚（膚色、毛髮）狀況都是額外的擾動因素。
下面簡要提幾個tips：- 要明確了解你的OHR水平如何，不是隨便找個場合測試就行的，尤其是測什麼靜息，毫無意義，100多塊的產品（如weloop/miband/bong們），靜息心率也不會離譜，只要你靜下來測，基本都是很準的。
- 運動監測要考慮具體的運動複雜度：變化越是劇烈和迅速，越是無規律，則監測效果越慘（以傳統心率帶作為參考基準），另外哪怕是表現相當突出的OHR產品，也無法檢測好複雜的球類運動，室內的重訓，有氧操等等。因此如果你要監測球類、重訓之類的運動，沒必要考慮任何OHR產品，掏再多也是浪費錢，老老實實一條心率帶，別忘了這些產品可都不便宜，既然辦不了事要他何用。
- 此外OHR相對傳統心率帶（心率帶異常一般都是濕潤不夠）還極易受到外界干擾，一種是帶太松或太緊。另一種是很多人忽略的，就是冬天低溫時對手部沒有進行任何保溫（比方說不帶手套）；熱身不夠的話，部分產品初始階段容易異常拔高一下，甚至完全無法正常工作。
大體說來，監測心率靜息最多30分題（幾乎所有產品都能合格），強度平穩的easy-run算60分（難度很低，和心率帶結果不會有值得一提的差異，就算有也是短時的，大部分跑錶廠商產品都能合格），各類間歇運動（休息時間越短強度變化越快則難度越高）算80分以上題，大部分OHR產品都直接歇菜。
以下是個人用過的OHR產品，Scosche Rhythm+，MIO（Garmin 225Tomtom Runner Cardio），Elevator（Garmin 235），Epson，剩下一些智能穿戴的產品直接不列入討論了。
下面不廢話：直接給出各種對比：
循環上下樓：
樓主從1樓上到14樓（2格1上），然後到14樓乘電梯下來，周而復始，但是其中我做了兩個小花樣，其中某次上樓時2格1上全力跑上去的，最後一次則是1格1上的，你們可以從小圖中看到這兩個小差異，至於235的監測結果，有任何參考價值么？
間歇運動：
rhythm+和心率的對比，這已經是偏離度比較大的一次了，注意到了沒有，OHR相對傳統心率帶有一定的時域延遲，大約2-3s，這是任何OHR都無法避免的，所以對於極其關注實時性的人，也請不要考慮OHR，這個是體系性硬傷。
第二天，類似的場景換了Garmin自家的Elevator，到底是什麼水平么？完全跟丟了，垃圾而已。
間歇跑：
Elevator和傳統心率的對比，由於ANT+信號不穩定，心率帶記錄時斷時續，不過整體還是看得出的，這裡可以體現OHR很多產品容易出現的問題，在recovery階段，極其容易鎖死。
easy-run：
放鬆跑，這是監測難度相當低的運動，即便如此，以心率帶作為參考，Elevator依然差Rhythm+一段。
下面是235升級到最新5.2固件的表現，測試項目依然是easy-run，但是途中多次暫停喝水，表現不錯，但是明顯錯誤還是有一個的。
另一次easy-run中，MIO表現也是不錯的，和Rhythm+兩者差別不大：
下面這次路跑略加大監測難度，全程進行各種變加速，爬坡，強度不斷震蕩，來感受下Rhythm+的實力吧，什麼叫解放束縛，這種水準才是基礎。
下面這個是間隔15s的HIIT，大概冬天時候測的，對比對象是迪卡儂心率帶，紅色為Rhythm+，非常接近（max和avr HR也完全一致）。
我個人體驗，Rhythm+表現的確比較突出，也許得益於其非常靠譜和貼合的佩戴方式（魔術帶），另外在冬天不進行手部保溫的情況下，它也是工作最正常的。（225、235無法正常工作，Tomtom則要熱身很長時間）。
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以下為近期更新的數據：
室內HIIT對比（高抬腿、波比、原地摸高等混用，30s+15s模式），Rhythm+ vs 心率帶
紅色為Rhythm+，波動比心率帶略大，總體波形差不多，兩者平均心率一致，最大心率差1bpm
。
下面是類似的2次，紅色為Rhythm+，提供多日的數據，更多的也就補貼了，反正基本都這樣。
以下為一些差異略大的：
差異最大的倒數第三波運動為開合跳，可能是手部動作比較大導致的（開合跳）。
上面這次對比則比較有趣，仔細看就會發現隨著強度的提高，之後的各個回合兩波的相位差開始有擴大的趨勢了。
最近的反覆測試證明：開合跳似乎是一個難點，光電會呈現鋸齒狀的上升。
注意本次運動的後半段有三次明顯的差異之處，這三次都是開合跳，與lss的那張圖裡如出一轍
二更，有人私信問想知道下最新固件的表現，舉手之勞，俺馬上滿足你：
235目前升級最新固件5.4版，與心率帶又做了一次對比，這次跑步強度總體均勻，但刻意安排一處過隧道口的上下天橋爬坡，以提高一點難度。
總覽：（紅色為FR235，藍色為心率帶）
意料之中，兩者整體圖形無特別大的差別。下面放大圖形來看看幾處主要差異。
1、起步階段，和以往的固件版本一樣，上升斜率很劇烈，並且初始階段會掉下一截。
2、第一次過天橋，圖形差異明顯，和以往類似，依然上升階段上不去，波動劇烈，下降階段卻鎖死了，良久才跟上節奏。
3、不明原因的短時跳突，經與地圖比對，這是一個很平緩的路段，當時也沒做什麼加速，原因不明。
4、回來時再度路過這個天橋，問題依舊。
總結：雖然garmin每次固件更新都會例行公事地說一句，本次提升準確性云云。但實際上，運動中的心率表現和幾個月前真心沒啥區別。
下面再更新一些有趣的對比，這次引入了100多的小米手環2，那100多的產品在較複雜的運動監測中表現究竟如何呢？
HIIT：
很慘是不是，那這次換個光電對手。
雖然FR235可以買10個以上的小米手環2，可水平呢，都是不靠譜的，雖然離譜程度小點，可其實沒有質的區別，因為監測數據都是不可用的。最後，我試著探摸了下Rhythm+的監測難度上限，設計的運動是室內運動，循環跑樓梯+跳繩，跑樓梯都是兩格一上的，速度為變加速，即某幾層是慢跨，有些則快很多，更多則是跑起來的。跳繩則單腳雙腳，快速慢速都有，斷斷續續連著跳，監測難度是非常大的。
結果很明白，跑樓梯的部分一致性還是非常高，但跳繩的部分就明顯要差點，個人以為跳繩大致可以算一個上限難度吧，至於其他幾款產品的跳繩監測，我也做了，結果我想也不用說了。。。
沒入手，試答，刨坑了算是。希望能有入手的朋友能進來
心率測量有兩大方案，一個是光電，靠血管的光反射來監測；一個是監測生物電。兩種方案各有優劣，總的來說在運動環境下生物電方式會更加準確，大部分使用光電方式都需要靜息狀態測量。
jawbone是採用的生物電方式，猜測和產品定位在運動手環有很大關係。以jawbone的作風應該會調試到比較准才會發布。
補充一句是，對於個體而言，手環的心率監控重要性在於可以連續監測，即使絕對值不準（手環也很難做到特別准），但是相對變化趨勢分析起來就會非常有價值mio alpha2，比較準確，本人帶著此表同時做心電圖驗證過
補充一款能測心率的37度手環，99元。2015年4月上市。
37度手環使用了兩種測量心率的技術，一種是綠光測心率，也是目前很多廠商都採用的方案。另一種是白光測量心率。我們兩種方案測量準確度不相上下，使用的時候主要考慮的是功耗的問題。
綠光不能測量血壓和呼吸。在單獨測量心率的時候使用。省電
白光都可以測。功耗相對綠光要高一些。
正在用佳明的FR225，據說是mio的技術。
靜止時跟人工計數對比過，很准；跑步時沒人工計過，但是FR225測到的心率跟跑步速度直接相關
搬運一個小米論壇上的評測
原文鏈接：【橫向評測】小米手環光感版的心率檢測到底怎麼樣？
如下：
筆者購入了99元的小米手環的光感版，僅僅比上一代小米手環貴了30元，卻多了心率監測這一重要的功能，發售近一周，筆者聽到了很多不一樣的聲音，大家褒貶不一，那麼小米手環光感版的心率檢測功能到底怎麼樣呢？他究竟採用什麼樣的原理，今天就來和大家聊一聊。
目前市面上帶心率檢測功能的腕帶設備數見不鮮，而真正為大家所熟知的設備就屈指可數了，為了檢測小米手環光感版的心率檢測準確度，筆者特意召集了身邊使用心率檢測設備的小夥伴們，並且針對這一功能進行了橫向對比，Apple Watch，Mio Alpha，Fitbit Charge HR，小米手環光感版。（下圖從左至右）
這四款手環（表）均採用了光電式心率感測器，在設備背部緊貼皮膚時，通過心率感測器二極體發出綠光，血液是紅色的，反射紅光，吸收綠光，感測器根據特定時間內手腕處流通的血液量來檢測心率。
第一輪測試
在明確了以上這幾種設備的測量原理以後，我們開始進行第一輪測試，正常佩戴時的心率檢測。
▼ 首先出場的是大家熟悉的Apple Watch。
在穩定測量兩次靜息心率後分別得出68次/分和74次/分的結果，數值變化在正常範圍內。
▼ 其次出場的是來自美國的知名心率表品牌—邁歐 ，Mio Alpha，佩戴在同一人的手臂上檢測心率。
同樣是穩定測量靜息心率，隨機抽取了兩次結果，67次/分和69次/分，數值反饋出入不大，與前面Apple Watch所得結果較接近。
▼ 再次出場的是依然來自美國的知名運動手環品牌—Fitbit，此次加入對比的是Fitbit Charge HR。
經過同樣的測量步驟，得出兩個靜息心率結果，75次/分和68次/分，與Apple Watch和Mio Alpha得出的結果基本一致。
▼ 最後要出場的就是本次加入對比的新兵蛋子，小米手環光感版，由於小米手環光感版沒有採用屏顯，所以必須從手機App上查看測量結果，首先下載小米運動App，綁定成功後開始測量心率。
在連續使用小米手環光感版測量心率後得出一組心率區間，63次/分~68次/分，與前三種設備得出的心率結果沒有明顯出入，說明此次參與對比的設備在正常佩戴時都能穩定且準確地測出心率，在測量過程中可能會因為說話、呼吸節奏等因素造成輕微誤差，均屬正常現象！
第二輪測試
在入手小米手環光感版的這幾天里，筆者陸續聽到了來自各方不同的聲音，其中大部分是關於小米手環光感版能在非正常佩戴狀態時檢測到心率數據，比如在空氣中空測，在液體上流測等等，於是乎筆者也嘗試了下，果然會得出數據，然而其他心率檢測設備怎麼樣呢，不妨挨個試試看！
場景一：障礙物測試
我們取來身邊最常見的捲紙紙芯，把以上幾個設備分別以最貼合的方式戴在紙芯筒上，這樣就完全以固體障礙物的形式正面擋住了各自的心率感測器。分別測量，隨機抽取兩個結果如下。
▼ Apple Watch：得出74次/分和180次/分，兩次數據相差甚大！
▼ Mio Alpha：測量數次均失敗，無法得到數據！
▼ Fitbit Charge HR：隨機抽取兩個數值，87次/分和97次/分，出入稍大！
▼ 小米手環光感版：測量兩次，得出80次/分和195次/分，與Apple Watch數據差值相當！
場景二：空氣測試
參與測試的4部設備全部以最自然的狀態側放靜止，保證背部的心率感測器正面沒有任何阻擋，測試各設備在自然空氣中的心率檢測功能。
▼ Apple Watch：得出97次/分和183次/分，數值差距依然很大！
▼ Mio Alpha：抽取兩個數值，165次/分和206次/分，數差明顯！
▼ Fitbit Charge HR：抽取兩個數值，98次/分和99次/分，基本趨於穩定！
▼ 小米手環光感版：測量兩次，分別得出75次/分和197次/分，數值差距同樣與Apple Watch所得結果相當！
場景三：流體測試
隨手找來常用的花露水，因為花露水的瓶身直徑正適合佩戴手環，於是筆者分別把四種設備佩戴在瓶身上使用心率檢測功能，依然能得出數據，如下圖。
▼ Apple Watch：隨機抽取兩個數值，得出107次/分和215次/分，依然保持較大差距！
▼ Mio Alpha：隨機抽取兩個數值，得出204次/分和120次/分，數值差距依然明顯！
▼ Fitbit Charge HR：隨機抽取兩個數值，得出104次/分和131次/分，數值差距不算太大
▼ 小米手環光感版：連續測量兩次，得出197次/分和178次/分的結果，兩次數值都較高，趨於穩定。
經過第一輪的正常佩戴測試，我們可以看出，目前市面主流腕帶設備的心率檢測功能均能準確檢測心率，並且穩定性相當，作為心率檢測設備的新生力量，小米手環光感版的表現出乎意料，希望能在功能上逐步完善。
第二輪的場景測試，也就是目前用戶吐槽最多的「不佩戴」就能檢測心率問題，相信也不用筆者多說了，眼見為實，耳聽為虛，參與測試的設備中無一例外都能在各種場景中不同程度的「檢測心率」，且能呈現不同的「數據」，關於這種現象，筆者特意查閱了很多資料，並且與光電式心率感測器的原理相結合，得出了一些個人看法，希望能與大家分享。
目前市面上的主流心率手環均採用了同理的測量方法，它的原理並不複雜，即用反射式光電測量法獲得橈動脈PPG信號，對PPG信號做快速傅里葉變換，分析頻域，實現人體心率的檢測。簡單的說，就是用一道光照到動脈上，再反射回來，根據反射回來光的變化，計算出人體的心率。
由於人體生理結構、肌肉、血液的顏色等多項因素，綠色光是人體中通過率最高的顏色，因此心率感測器的光源便使用了綠色光，以求達到最小的損耗和干擾。
心率類手環檢測的重點在於人體組織，非人體的物體也會讀取到一些數據，這是已知和正常的現象，基於光的反射原理得到數據後心率檢測會有讀數，這個狀況無法全部避免，於是會出現心率手環（表）在「空測」的情況下出現心率數據的問題。
希望我的理解能讓大家對「心率檢測」有更深刻的認識！
如果手環變成這樣的話：能用太陽能充電～能測試出很多種常見的疾病～能感知溫濕度，並給出穿衣及飲食方案～能驅蚊蟲效果（在裡面內置一種蚊蟲害怕的聲音，肉耳聽不到，這個應該很容易），能提示喝水，像十萬個為什麼一樣，能回答我們各種問題等。真的變成人類生活小幫手。也許未來人類每人都有一個這樣的手環～
居然沒人提起moto360？？？
我用的是mio的fuse手環。準確度蠻好，跟我摸脖子和胸口測的數值差不多，基本是非常準確了。不過樓上說得好，與其關心這個不如先運動起來。
忘了說，蘋果的那個心率監測完全沒用，只有檢測靜態心率准，運動起來根本不行，mio就不一樣，下到68上到178都很精準，而且不易收到汗液的影響。
我們公司就是做運動心率耳機的，心率模塊準確性是重點，小米手環光感版，索尼smart b trainer，捷波朗的，心率帶，還有一些別的心率手環，這些都有拿過來測試過，蘋果的也有身邊的測試過，一般的可穿戴都是光學的原理，又可分為紅光和綠光，各有優點，市面上綠光的產品更多。目前心率帶準確性是最高的，由於他的生物光電原理決定的，心臟的每一次跳動都是有電位差的。以心率帶為標準，靜態心率，各種設備相差不大，動態心率就測出來結果不同了。影響動態運動心率結果的因素很多，佩戴方式的不同、膚色、汗液等都會對測量結果有影響，因此市面上還沒有一個特別準確的運行心率可穿戴設備。
個人只使用過小米手環一代和這款埃微蛋卷手環。這是我寫的一篇真實不做作的測評分享
遇見你 遇見一個新的自己 - IT168試客
不提mio的答案，我覺得沒什麼意義…市面上garmin apple都是mio的技術…
註明一下 up3隻能測靜息心跳 而且只會顯示睡眠期間的心跳 基本沒什麼用 據說會解鎖實時心跳 但是按照他跳水的尿性 起碼等到up4快出吧
不運動 再精確又怎樣
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