CN102349757B - 一种可用于人体温度测量的居家智能椅 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可用于人体温度测量的居家智能椅，该智能椅包括有椅座、椅背、扶手、支撑底座和脚踏板，椅背固定在椅座的一侧，两个扶手通过支柱固定在椅座的两侧，椅座和支撑底座之间设有支撑杆，在椅座的底部与椅背相对的一侧设有脚踏板，该脚踏板通过连接杆与椅座连接，椅座、椅背、扶手和脚踏板上均设有光纤光栅温度传感器，所有的光纤光栅温度传感器通过一根光纤串联连接，光纤的一端引出连接有光耦合器，光耦合器再连接宽带光源和解调仪，解调仪连接至一台计算机。本发明的智能椅可对人体的健康状况进行非介入式的实时监测，并能自动地根据所监测到的数据决定是否发出体温异常报警信号。
Description
技术领域
本发明涉及到光纤光栅传感领域，具体地说，是涉及到一种基于光纤光栅温度传感器的用于测量人体温度的适合家庭使用的智能椅。
背景技术
光纤传感技术是在20世纪70年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，它是一种以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的一种新型传感技术。这些光纤传感器根据作用范围又可以分为三类：点式传感器（如光纤微弯传感器、光纤Fabry-Perot传感器、光纤Bragg光栅传感器等），积分传感器（如光纤Michelson干涉仪和光纤Mach-Zehnder干涉仪），分布式传感器（如利用布里渊散射效应制成的应力、温度分布式传感器）。作为点式传感器的一种，光纤光栅在传感领域的应用已经得到世界范围内的广泛重视，其具有其它传统电传感器无可比拟的优点，主要是：抗电磁干扰、耐腐蚀、测量范围宽、便于复用成网、小型化和维护成本低等。
目前，光纤光栅传感器主要用于建筑物和桥梁的健康监测和安全监控，其易构成高性能、低成本的传感阵列，在结构监测应用工程中具有巨大市场潜力。
然而，光纤光栅传感器在人体温度检测方面的应用还很少见到。目前，人体温度的检测方法主要有两种：接触式和非接触式。接触式测温方法主要包括玻璃水银体温计及电子体温计，其中水银体温计利用水银遇热膨胀的物理属性进行机体的温度检测；而电子体温计则采用热敏电阻原理测量温度。因为水银体温计廉价且性能稳定，所以目前在我国的医院及家庭的应用是最为广泛的。但它存在测温时间长、易破碎、有汞中毒危险等缺点。非接触式测温方法主要利用红外温度计，其通常用来测量额头的温度，一般为便携式，它具有一个激光扫描系统，激光束所指之处即为温度测量对象。
随着国家大力提倡发展物联网、光纤入户等产业，为光纤传感器在家庭的普及及智能家庭的实现提供了一个发展的契机。本发明将光纤光栅传感器直接敷设椅子上，只要人坐其上，即可实现人体温度的实时检测，使用方便简单且不会影响到人体乘坐的舒适性。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够用于人体温度监测的居家智能椅。本发明的居家智能椅要能够用来监测人体温度，可对人体的健康状况进行非介入式的实时监测、并能自动地根据所监测到的数据决定是否发出体温异常报警信号。
为了达到上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：
一种可用于人体温度测量的居家智能椅，该智能椅包括有椅座、椅背、扶手、支撑底座和脚踏板，所述的椅背固定在椅座的一侧，两个扶手通过支柱固定在椅座的两侧，所述的椅座和支撑底座之间设有支撑杆，在椅座的底部与椅背相对的一侧设有脚踏板，该脚踏板通过连接杆与椅座连接，其特征在于，所述的椅座、椅背、扶手和脚踏板上均设有光纤光栅温度传感器，所有的光纤光栅温度传感器通过一根光纤串联连接，光纤的一端引出连接有光耦合器，光耦合器再连接宽带光源和解调仪，所述的解调仪连接至一台计算机。
在本发明的居家智能椅中，所述的椅座内设有三个光纤光栅温度传感器，其中一个位于椅座的中心点位置，另外两个分别对称地分布于椅座中心线的两侧。
在本发明的居家智能椅中，所述的椅背内设有三个光纤光栅温度传感器，其中一个位于椅背的中心点位置，另外两个分别对称地分布于椅背中心线的两侧。
在本发明的居家智能椅中，两个所述的扶手上的光纤光栅温度传感器均位于扶手的中心点位置。
在本发明的居家智能椅中，所述的脚踏板上设有两个光纤光栅温度传感器，分别对称地分布于脚踏板中心线的两侧。
在本发明的居家智能椅中，所述的计算机内的数据处理流程依次经过有中心波长偏移量计算单元、去噪单元、温度计算单元和比较单元，最终输出结果至结果显示及报警平台。
在本发明的居家智能椅中，所述的中心波长偏移量计算单元将受人体温度作用后的光纤光栅温度传感器的反射光中心波长与标定的反射光中心波长比较作差，得到反射光中心波长偏移量；去噪单元去除上述处理后数据中的无关信号；温度计算单元计算出人体温度；比较单元中设置有不同性别的人体温度的正常范围阈值，计算出的人体温度结果与上述阈值比较后输出比较结果信号，若处于阈值内则输出正常信号至结果显示及报警平台，若超出阈值则输出报警信号至结果显示及报警平台。
基于上述技术方案，本发明的用于人体温度测量的居家智能椅在应用中带来了如下技术效果：
1. 本发明的居家智能椅可对人体温度进行非介入式的实时监测、并能自动地根据所监测到的数据决定是否发出体温异常报警信号。
2.本发明在椅背、椅座、扶手和脚踏板上分别安置了光纤光栅温度传感器，可实现对人体的背部、臀部、手掌和脚掌等部位的温度的分布式测量。
3. 由于光纤光栅温度传感器本身是电无源的，因而不会对坐在居家智能椅上的人体产生任何电危害，安全性能十分突出。还有抗电磁干扰、高稳定性、使用及维护方便等优点。
4. 本发明的智能椅具有易扩展性，即一套计算机设备可复接多把这样的居家智能椅，大大降低了使用成本。
附图说明
图1是本发明用于人体温度测量的居家智能椅的系统结构示意图。
图2是本发明用于人体温度测量的居家智能椅的数据处理流程示意图。
具体实施方式
下面我们结合附图和具体的实施例来对本发明的用于人体温度测量的居家智能椅做进一步的详细说明，以求更为清楚明白地理解其工作原理和具体应用，但不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的智能椅与现有技术中的椅子结构相类似，在外形结构上都包括有椅座、连接在椅座上的椅背和扶手、支撑于支撑椅座底部的支撑杆、连接在支撑杆底部的支撑底座。其中椅背固定在椅座的一侧，扶手分列于椅座上的两侧，这里的扶手是通过支柱固定在椅座上的，两个扶手和一个椅背在椅座上形成一个三面包围的结构。在与椅座上椅背对应的一侧设有一个连接杆，该连接杆向下延伸，连接杆的延伸端固定有一个脚踏板。
用于连接椅座与扶手的支柱用于支撑住扶手和人体双手的重量。支撑底座放置到地板或地面上，起到支撑整个椅子的作用。支撑杆连接在椅座和支撑底座之间，将椅背、椅座、扶手、脚踏板以及坐在椅座上的人体的重量都传递到支撑底座上。连接杆连接在椅座和脚踏板之间，脚踏板为人体双脚提供一个落脚支点。人体坐在椅座上，其背部贴靠在椅背上，双手放在扶手上，双脚放在脚踏板上。椅座可以以支撑杆为轴转动，椅座和椅背之间的角度可以调整，连接杆和椅座之间的角度亦可以调整，诸如此类的变形。
本发明为了实现能够利用该居家智能椅测量人体温度，利用光电技术和传感器技术在椅子内部进行了改进，具体的改进之处在于：在椅背、椅座、扶手和脚踏板上都分别设置了光纤光栅温度传感器，所有的光纤光栅温度传感器通过一根光纤串联连接，光纤的一端引出连接有光耦合器，光耦合器再连接宽带光源和解调仪，解调仪连接至一台计算机上。上述布置的多个光纤光栅温度传感器可以探测到坐在椅子上人体的背部、臀部、手掌和脚掌的温度。
如图1所示，图1是本发明用于人体温度测量的居家智能椅的系统结构示意图。本发明的居家智能椅包括有椅座2，连接在椅座2上的椅背1，扶手5和6，用于连接椅座2与扶手5、6的支柱3、4，用于支撑椅座2的支撑杆7，连接支撑杆7的支撑底座8，脚踏板10和用于连接脚踏板10与椅座2的连接杆9。
本发明的居家智能椅在椅背1上设置三个光纤光栅温度传感器，分别是光纤光栅温度传感器20、21和22，其中光纤光栅温度传感器21置于椅背1的中心点O1处，光纤光栅温度传感器20和22以椅背1的纵向中线AB为对称轴，分别置于椅背1的横向中线DO1和CO1的中点处。在椅背1上安装三个这样的光纤光栅温度传感器是为了能同时测量到人体背部左侧、中间线及右侧的温度变化情况。
本发明的居家智能椅在椅座2上设置三个光纤光栅温度传感器，分别是光纤光栅温度传感器18、25和24，其中光纤光栅温度传感器25置于椅座2的中心点O2处，光纤光栅温度传感器18和24以椅座2的纵向中线BE为对称轴，分别置于椅座2的横向中线GO2和FO2的中点处。在椅座2上安装三个这样的光纤光栅温度传感器是为了能同时测量到人体臀部左侧、中间线及右侧的温度变化情况。
本发明的居家智能椅在扶手6和5的中心点上分别设置了一个光纤光栅温度传感器，分别是光纤光栅温度传感器19和23。在扶手6和扶手5上安装这样的光纤光栅温度传感器是为了能同时测量到左手掌和右手掌的温度变化情况。
本发明的居家智能椅在脚踏板10上设置两个光纤光栅温度传感器，分别是光纤光栅温度传感器17和16，它们以脚踏板10的纵向中线JK为对称轴，分别置于脚踏板10的横向中线IO3和HO3的中点处。在脚踏板10上安装两个这样的光纤光栅温度传感器是为了能同时测量到左脚掌和右脚掌的温度变化情况。
上述设置在居家智能椅上的光纤光栅温度传感器通过同一根光纤串联连接起来。当然光纤可以是分段连接各个光纤光栅温度传感器的，但是串联起来是其要点。光纤的一个末端从椅座2的中心点O2处引出，连到外部的光耦合器11，用于把来自光纤光栅温度传感器的传感光信号传输给解调仪13。
宽带光源12发出的光经光耦合器11进入光纤光栅温度传感器，满足Bragg条件的光被反射后，再经光耦合器11进入解调仪13，解调出各个光纤光栅温度传感器的中心波长，然后经由数字采集卡把数据读入计算机14中，由计算机14进行信号处理得到人体温度的实时变化数据。
计算机14内置的数据处理流程如图2所示，它包括4大模块单元：中心波长偏移量计算单元、去噪单元、温度计算单元和比较单元。在上述数据处理流程中，先将来自解调仪13的各光纤光栅温度传感器的反射光中心波长数据送给中心波长偏移量计算单元，它将受人体温度作用后的光纤光栅温度传感器的反射光中心波长与标定的反射光中心波长作差，得到反射光中心波长的偏移量。然后，再把处理过的数据经由去噪单元去除无关信号，比如来自光路和外界的干扰信号等。然后，再经由温度计算单元计算出人体温度值。人体温度计算基于如下原理：光纤光栅温度传感器的中心波长的变化量与温度的变化量之间的关系是线性的，如下式所示，温度的升高会引起光纤光栅温度传感器为中心波长的偏移量增加，反之亦然。
结果显示及报警平台15配置了显示界面和蜂鸣器。用户可以直接在显示界面上浏览人体相关部位的温度随时间的变化曲线。当某个部位的体温超过报警门槛值时，结果显示及报警平台15配备的蜂鸣器就会响起，以此提醒用户，以便用户能及时去医院就诊。
本发明的产品可以采用这样的方法来制作：
第一、将光纤光栅温度传感器20、21和22分别安置在椅背1的横向中线DO1中点处、椅背1的中心点O1处和椅背1的横向中线CO1中点处，光纤光栅温度传感器20、21和22与椅背1之间采用粘贴连接。
第二、将光纤光栅温度传感器18、25和24分别安置在椅座2的横向中线GO2中点处、椅座2的中心点O2处和椅座2的横向中线FO2中点处，光纤光栅温度传感器18、25和24与椅座2之间采用粘贴连接。
第三、将光纤光栅温度传感器19和23分别安置在扶手6和5的中心点处，光纤光栅温度传感器19和23与扶手6和5之间采用粘贴连接。
第四、将光纤光栅温度传感器17和16分别安置在脚踏板10的横向中线IO3中点处和横向中线HO3中点处，光纤光栅温度传感器17和16与脚踏板10之间采用粘贴连接。
第五、用光纤将光纤光栅温度传感器16、17、18、19、20、21、22、23、24和25串接起来，采用光纤熔接的方法将各个传感器进行串接。
第六、光纤光栅温度传感器25的末端光纤穿过中心点O2引出，再连到光耦合器11上。
第七、宽带光源12、光耦合器11和解调仪13之间用光纤连接。
第八、解调仪13、计算机14和结果显示及报警平台15之间用电缆连接。
第九、将数据处理流程以软件的形式安装在计算机14中。
第十、最后，启动宽带光源12、解调仪13、计算机14和结果显示及报警平台115，即可实现居家智能椅的正常工作，实时地监测人体温度的变化情况。
本发明含有光纤光栅温度传感器的居家智能椅主要用来监测人体温度，可对人体温度进行非介入式的、分布式的实时监测，并能自动地根据所监测到的数据决定是否发出体温异常报警信号。
本发明的居家智能椅适合家庭使用，用户使用时需穿薄单衣、脱掉鞋子，这样才能保证测量的准确性。由于人在家中的大部分时间都是坐在椅子上，因而在椅子上安装光纤光栅温度传感器用于实时监测人体温度，可以给出一个初步的健康状况评判，为疾病的预防提供有力的保证。此外，本发明的居家智能椅不会影响人乘坐的舒适性，一个主机设备可以同时复接多把此类居家智能椅，大大降低了成本，且维护简单方便。
Claims (7)
1.一种可用于人体温度测量的居家智能椅，该智能椅包括有椅座、椅背、扶手、支撑底座和脚踏板，所述的椅背固定在椅座的一侧，两个扶手通过支柱固定在椅座的两侧，所述的椅座和支撑底座之间设有支撑杆，在椅座的底部与椅背相对的一侧设有脚踏板，该脚踏板通过连接杆与椅座连接，其特征在于，所述的椅座、椅背、扶手和脚踏板上均设有光纤光栅温度传感器，所有的光纤光栅温度传感器通过一根光纤串联连接，光纤的一端引出连接有光耦合器，光耦合器再连接宽带光源和解调仪，所述的解调仪连接至一台计算机。
2.根据权利要求1所述的一种可用于人体温度测量的居家智能椅，其特征在于，所述的椅座内设有三个光纤光栅温度传感器，其中一个位于椅座的中心点位置，另外两个分别对称地分布于椅座中心线的两侧。
3.根据权利要求1或2所述的一种可用于人体温度测量的居家智能椅，其特征在于，所述的椅背内设有三个光纤光栅温度传感器，其中一个位于椅背的中心点位置，另外两个分别对称地分布于椅背中心线的两侧。
4.根据权利要求1所述的一种可用于人体温度测量的居家智能椅，其特征在于，两个所述的扶手上的光纤光栅温度传感器均位于扶手的中心点位置。
5.根据权利要求1所述的一种可用于人体温度测量的居家智能椅，其特征在于，所述的脚踏板上设有两个光纤光栅温度传感器，分别对称地分布于脚踏板中心线的两侧。
6.根据权利要求1所述的一种可用于人体温度测量的居家智能椅，其特征在于，所述的计算机内设有按照顺序处理数据的中心波长偏移量计算单元、去噪单元、温度计算单元和比较单元，所述比较单元的处理结果输出至结果显示及报警平台。
7.根据权利要求6所述的一种可用于人体温度测量的居家智能椅，其特征在于，所述的中心波长偏移量计算单元将受人体温度作用后的光纤光栅温度传感器的反射光中心波长与标定的反射光中心波长比较作差，得到反射光中心波长偏移量；去噪单元去除上述反射光中心波长偏移量计算单元处理后数据中的无关信号；温度计算单元计算出人体温度；比较单元中设置有不同性别的人体温度的正常范围阈值，计算出的人体温度结果与上述阈值比较后输出比较结果信号，若处于阈值内则输出正常信号至结果显示及报警平台，若超出阈值则输出报警信号至结果显示及报警平台。
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