CN106510620A - 一种全光非接触式生命体征监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全光非接触式生命体征监测装置，包括：激光光源、第一n*n光纤耦合器、第一光纤、参考光纤、传感光纤、第二n*n光纤耦合器、第二光纤、光电探测器和生命体征提取与分析模块，所述第一n*n光纤耦合器的两个输出端分别连接所述参考光纤和所述传感光纤输入端，所述参考光纤和所述传感光纤的输出端分别连接所述第二n*n光纤耦合器的输入端，所述第二n*n光纤耦合器的输出端通过第二光纤连接所述光电探测器，所述光电探测器的输出端连接所述生命体征提取与分析模块。通过上述方式，本发明所述的全光非接触式生命体征监测装置，具有结构简单、灵敏度高、无交叉感染、实时性强、功耗低、分布式远程监测、抗电磁干扰等优点。

Description

一种全光非接触式生命体征监测装置
技术领域
本发明涉及生命体征监测技术领域，特别是涉及一种基于MZI的全光非接触式生命体征监测装置。
背景技术
生命体征监测对于人的日常生活、生命健康都有极其重要的意义。目前，对生命体征信号的监控可以分为侵入式和非侵入式。侵入式监测仪器基本上都是需要将探测器或者传感器紧贴待测者皮肤或者心脏，才能获得比较准确的信息。然而，侵入式监测仪器难以避免交叉感染、抗电磁干扰等问题，而且，侵入式监测对于待测者的舒适度有较大影响，待测者可能会产生情绪波动以致影响到测量的准确性。
非侵入监测有较大的技术优势，对于待测者不需要贴紧皮肤或者心脏，即可进行实时准确的生命体征监测。目前市场上也有一部分基于电子传感器的生命体征监测产品，但是难以在电磁环境比较大的情况下使用，比如核磁共振。综上所述，以往的生命体征产品都有以下一种或多种不足：
第一：侵入式监测；
第二：对电磁干扰敏感；
第三：容易交叉感染；
第四：舒适度较差。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种全光非接触式生命体征监测装置，提升抗电磁干扰的能力，避免交叉感染，确保舒适性和灵敏度。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种全光非接触式生命体征监测装置，包括：激光光源、第一n*n光纤耦合器、第一光纤、参考光纤、传感光纤、第二n*n光纤耦合器、第二光纤、光电探测器和生命体征提取与分析模块，所述激光光源的输出端口通过第一光纤连接所述第一n*n光纤耦合器的输入端，所述第一n*n光纤耦合器的两个输出端分别连接所述参考光纤和所述传感光纤输入端，所述参考光纤和所述传感光纤的输出端分别连接所述第二n*n光纤耦合器的输入端，所述第二n*n光纤耦合器的输出端通过第二光纤连接所述光电探测器，所述光电探测器的输出端连接所述生命体征提取与分析模块。
在本发明一个较佳实施例中，所述生命体征提取与分析模块包括智能终端及与之网络通讯的云端，所述光电探测器的输出端设置有与智能终端对应的无线通讯端口或者有线通讯端口。
在本发明一个较佳实施例中，所述智能终端为智能手机或者电脑。
在本发明一个较佳实施例中，所述第一光纤和第二光纤分别为任意类型光纤。
在本发明一个较佳实施例中，所述激光光源是连续光或者脉冲光的单波长激光器，包括DFB激光器和VCSEL激光器，同时激光光源发出的波长不限制，涵盖所有波段。
在本发明一个较佳实施例中，所述参考光纤和所述传感光纤分别为任意光纤，且长度没有限制。
在本发明一个较佳实施例中，所述生命体征提取与分析模块包含生命体征提取与分析算法，用于提取生命体征信号，所述提取生命体征信号包括体动、心率、心音、呼吸和血压。
在本发明一个较佳实施例中，所述全光非接触式生命体征监测装置是基于MZI原理的全光生命体征传感系统。
在本发明一个较佳实施例中，所述第一n*n光纤耦合器为1*2光纤耦合器，所述第二n*n光纤耦合器为2*1光纤耦合器。
本发明的有益效果是：本发明指出的一种全光非接触式生命体征监测装置，具有结构简单、灵敏度高、无交叉感染、实时性强、功耗低、分布式远程监测、抗电磁干扰等优点，可在家庭、养老院、医院等场合使用，MZI对外界的微扰非常灵敏，可以非常敏感的捕捉到人体的呼吸、心跳等生命体征信号，光电探测器收集带有生命体征信息的光信号并进行光电转换，进一步通过生命体征提取和分析模块得到最终的生命体征信息，这些信息可以被永久的存放在云端，进行大数据分析。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明一种全光非接触式生命体征监测装置一较佳实施例的结构示意图；
图2是本发明一种全光非接触式生命体征监测装置在没有待测者情况下的信号图；
图3是本发明一种全光非接触式生命体征监测装置在待测者体动情况下的信号图；
图4是本发明一种全光非接触式生命体征监测装置在待测者呼吸情况下的信号图；
图5是本发明一种全光非接触式生命体征监测装置在待测者屏住呼吸情况下的心跳信号图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图5，本发明实施例包括：
一种全光非接触式生命体征监测装置，包括：激光光源1、第一n*n光纤耦合器2、第一光纤9、参考光纤3、传感光纤4、第二n*n光纤耦合器5、第二光纤6、光电探测器7和生命体征提取与分析模块8，所述激光光源1的输出端口通过第一光纤9连接所述第一n*n光纤耦合器2的输入端，所述第一n*n光纤耦合器2的两个输出端分别连接所述参考光纤3和所述传感光纤4输入端，所述参考光纤3和所述传感光纤4的输出端分别连接所述第二n*n光纤耦合器5的输入端，所述第二n*n光纤耦合器5的输出端通过第二光纤6连接所述光电探测器7，所述光电探测器7的输出端连接所述生命体征提取与分析模块8。全光非接触式设计，结构简单，抗电磁干扰性能好，可在家庭、养老院、医院等场合使用。
进一步的，所述第一n*n光纤耦合器采用1*2光纤耦合器，所述第二n*n光纤耦合器采用2*1光纤耦合器。
所述生命体征提取与分析模块8包括智能终端及与之网络通讯的云端，所述光电探测器7的输出端设置有与智能终端对应的无线通讯端口或者有线通讯端口，所述智能终端为智能手机或者电脑。所述全光非接触式生命体征监测装置是基于马赫曾德尔干涉仪MZI原理的全光生命体征传感系统，MZI对外界的微扰非常灵敏，可以非常敏感的捕捉到人体的呼吸、心跳等生命体征信号，光电探测器7收集带有生命体征信息的光信号并进行光电转换，进一步通过生命体征提取和分析模块8得到最终的生命体征信息，这些信息可以被永久的存放在云端，进行大数据分析。
所述第一光纤9和第二光纤6分别为任意类型光纤，所述参考光纤3和所述传感光纤4分别为任意光纤，且波长没有限制。所述激光光源1是连续光或者脉冲光的单波长激光器，包括DFB激光器、VCSEL激光器等，同时激光光源发出的波长不限制，涵盖所有波段，适用性强。
所述生命体征提取与分析模块8包含生命体征提取与分析算法，用于提取生命体征信号，所述提取生命体征信号包括体动、心率、心音、呼吸和血压等。所述非侵入式全光MZI生命体征监测装置，利用心跳、呼吸、体动引起环境的微扰，影响MZI的传感光纤与参考光纤的相位差，从而导致输出光强发生变化。假设激光光源强度是I0，参考光纤和传感光纤的输入光强分别为I1和I2，参考光纤和传感光纤的长度分别为L1和L2，参考光纤和传感光纤的累计相位分别为和相位差为参考光纤和传感光纤的有效折射率分别为波长neff1和neff2，波长为λ，光电探测器接收到的光强为IPD，不考虑光纤损耗，则
人体的体动、呼吸、心跳等微扰会影响光纤的有效折射率和长度，并影响相位差和IPD。因此，根据接收到的光强再根据生命体征提取与分析算法，就可以得到生命体征信号。
综上所述，本发明指出的一种全光非接触式生命体征监测装置，本发明提出的全光非侵入式的基于MZI的生命体征监测装置与方法，可以有效克服以上不足，利用全光纤MZI进行人体的生命体征监测，完全可以达到非侵入式监测，具备抗电磁干扰、无交叉感染、舒适性好和灵敏度高等优点。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种全光非接触式生命体征监测装置，其特征在于，包括：激光光源、第一n*n光纤耦合器、第一光纤、参考光纤、传感光纤、第二n*n光纤耦合器、第二光纤、光电探测器和生命体征提取与分析模块，所述激光光源的输出端口通过第一光纤连接所述第一n*n光纤耦合器的输入端，所述第一n*n光纤耦合器的两个输出端分别连接所述参考光纤和所述传感光纤输入端，所述参考光纤和所述传感光纤的输出端分别连接所述第二n*n光纤耦合器的输入端，所述第二n*n光纤耦合器的输出端通过第二光纤连接所述光电探测器，所述光电探测器的输出端连接所述生命体征提取与分析模块。
2.根据权利要求1所述的全光非接触式生命体征监测装置，其特征在于，所述生命体征提取与分析模块包括智能终端及与之网络通讯的云端，所述光电探测器的输出端设置有与智能终端对应的无线通讯端口或者有线通讯端口。
3.根据权利要求2所述的全光非接触式生命体征监测装置，其特征在于，所述智能终端为智能手机或者电脑。
4.根据权利要求1所述的全光非接触式生命体征监测装置，其特征在于，所述第一光纤和第二光纤分别为任意类型光纤。
5.根据权利要求1所述的全光非接触式生命体征监测装置，其特征在于，所述激光光源是连续光或者脉冲光的单波长激光器，包括DFB激光器和VCSEL激光器，同时激光光源发出的波长不限制，涵盖所有波段。
6.根据权利要求1所述的全光非接触式生命体征监测装置，其特征在于，所述参考光纤和所述传感光纤分别为任意光纤，且长度没有限制。
7.根据权利要求1所述的全光非接触式生命体征监测装置，其特征在于，所述生命体征提取与分析模块包含生命体征提取与分析算法，用于提取生命体征信号，所述提取生命体征信号包括体动、心率、心音、呼吸和血压。
8.根据权利要求1所述的全光非接触式生命体征监测装置，其特征在于，所述全光非接触式生命体征监测装置是基于MZI原理的全光生命体征传感系统。
9.根据权利要求1所述的全光非接触式生命体征监测装置，其特征在于，所述第一n*n光纤耦合器为1*2光纤耦合器。
10.根据权利要求1所述的全光非接触式生命体征监测装置，其特征在于，所述第二n*n光纤耦合器为2*1光纤耦合器。
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