Shimmer3 可穿戴传感器平台简介

一、简介

Shimmer3 是由 Shimmer Sensing 公司推出的高性能可穿戴生理与运动信号采集平台，广泛用于神经科学、生物医学工程、运动科学、心理学等研究领域。其模块化设计、高采样率、低功耗无线通信和可扩展性，使其在实验室与现场数据采集中表现出色。

Shimmer3

二、核心硬件组成

1. 主控单元

Shimmer3 主板集成 MSP430 微控制器、蓝牙通信模块、microSD 本地存储接口、LED 指示灯、锂电池供电和传感器扩展插槽。体积小巧，便于佩戴，可连续运行数小时至数天，适用于野外和移动实验。

2. 传感器模块

（1）IMU 惯性模块

集成 9-或 10-自由度传感器（加速度计、陀螺仪、磁力计、气压计），可进行高精度 3D 姿态估计、步态分析与跌倒检测。

（2）ECG/EMG 模块

支持单导或多导联心电图采集（ECG），以及双通道肌电图（EMG），广泛用于心血管研究、疲劳监测和运动控制研究。

（3）EDA/GSR 模块

皮肤电活动（EDA）采集模块，适用于情绪唤醒、压力反应研究。可选配 PPG 心率模块，同步采集脉搏波信号。

三、无线通信与数据同步

Shimmer3 支持两种工作模式：

• 无线蓝牙传输：支持 PC 或移动设备实时接收传感器数据，延迟低，适合实验控制与交互反馈。
• SD 卡本地存储：可离线记录大容量数据，适用于长时程监测或野外实验。同步机制支持多设备时间对齐，便于多人体同步分析。

支持多种采样率设置，例如 ECG 模块可达 8000Hz，IMU 常设为 100–400Hz，确保捕获高保真信号。

四、软件平台与开发工具

官方软件

• ConsensysPRO：用于配置设备参数、启动采集、实时可视化及数据导出。
• ShimmerCapture App：Android 端应用，适合移动端数据采集与现场验证。

开发工具

Shimmer 提供多种 API 和 SDK，支持：

• Python
• MATLAB
• LabVIEW
• C/C++
• Android Java

可实现自定义传感器接入、采集逻辑控制与算法集成，支持科研人员构建完整数据处理链路。

五、典型科研应用场景

1. 帕金森病运动评估

研究人员将 IMU 模块佩戴于患者手腕、腰部或脚踝，结合机器学习方法量化震颤、运动迟缓与冻结步态等症状。Shimmer3 提供高时间分辨率数据，有助于早期诊断与疗效追踪。

2. 远程健康监测

配合 ECG、EMG 和 GSR 模块，可实现对慢性病患者的心电、呼吸肌电、皮肤电导和脉搏等生理参数的连续监测，适合老年人健康跟踪与术后康复评估。

3. 实验心理学中的行为同步

多个 Shimmer3 设备用于同时记录交互者的皮肤电、心率和动作数据，可分析社交互动中的情绪同步、压力响应及非语言交流特征，助力社会神经科学与团队协同研究。

4. 运动生物力学与姿态控制

在体育训练、康复或人机交互研究中，Shimmer3 结合 IMU 可评估运动轨迹、动作稳定性与控制策略。配合 EMG 模块还可评估肌肉激活模式与疲劳状态。

六、科研引用与实践案例

Shimmer3 已在多个国际顶级期刊与会议中被广泛应用：

• 在一项帕金森病严重程度评估研究中，Shimmer3 被用于采集患者日常活动数据，通过深度学习方法实现疾病分级。
• 在慢性阻塞性肺病（COPD）研究中，Shimmer3 EMG 模块成功采集到膈肌肌电信号，用于非侵入式评估呼吸负担。
• 在社会行为同步研究中，Shimmer3 GSR 与 PPG 数据被用于评估团队成员之间的生理一致性指标。

七、总结

Shimmer3 是一个功能强大、灵活可扩展的多模态生理与运动数据采集平台。其精准的信号获取、无线与本地存储模式、跨平台开发支持以及广泛的科研应用基础，使其成为科研人员进行移动健康、行为科学、神经科学与生理心理研究的理想工具。