CN103079433A - 应用光纤传感器之婴儿监测垫 - Google Patents

Abstract

应用光纤传感器之婴儿监测垫。本发明系关于一种婴儿监测垫。该感应垫包含一上网层，一底网层及两易弯片及一光纤，其中该光纤穿越于上网层及底网层并置于其间，该易弯片进一步包夹上网层及底网层并且在易弯片表面形成感应区域；一光源系用于自光纤的一端置入光线；一光电二极管系用于在光纤的另一端检测光衰减；一印刷电路板设有一处理器连接该光源及光二极管，其中在操作上该处理器接收来自光电二极管的讯号，处理该讯号以检测婴儿的活动及呼吸率。讯号的产生系取决于藉由光电二极管在光缆上检测到之光衰减变化，该衰减变化在操作上系由婴儿之活动及呼吸造成光纤弯曲而形成。本发明亦提供一种监测在垫上的婴儿之方法。

Description

应用光纤传感器之婴儿监测垫

技术领域

本发明系关于一种应用光纤传感器之婴儿监测垫，以检测婴儿之存在现状及其活动及呼吸率。

现有技术

目前的消费市场上，有应用不同感应技术以检测婴儿之呼吸活动的产品。

其中的一种方式系采用压阻式压力传感器垫，此垫系设置于褥垫下方以检测活动状况。此种压力传感器垫含一微型硅薄膜结构具压阻式应变仪渗入其中，与一硅或玻璃基板熔合。压力诱发应变增加了径向电阻。该电阻变化可高至30％。电阻器系以一惠斯登电桥电路连接，其输出系与施于压力传感器之压力成正比。

压力传感器垫检测睡于褥垫上之婴儿的任何活动，包括婴儿的呼吸活动。然而，该传感器由于高感应度压力传感器垫对经由床架结构传递的周围震动而产生假警讯。且此压力垫亦无法正确的应用在弹簧褥垫上。此外，虽此种压力传感器亦可检拾到呼吸动作，但它无法提供呼吸率，这系由于它无法区别在床上发生的活动类型。

另一种现存之传感器系采用压电薄膜属性带压电聚合物的聚偏氟乙烯膜作为动态应变检测器以检测婴儿的呼吸率。此种传感器利用含聚偏氟乙烯的监测装备夹于婴儿尿裤的腰带上。当婴儿呼吸时，其肚子移动造成压电薄膜材质之应变，而产生用于检测呼吸活动的讯号。然而，此种传感器亦提供因尿裤与婴儿身体间之接触不良而产生假警讯，尤其系当婴儿身体的圆周较小或者尿裤相对婴儿身体较大时。更进一步，此种传感器亦无法提供任何呼吸率而只能检测至无呼吸状态。

发明内容

本发明之目的在于提供一种婴儿监测垫，其包含：

一上网层，一底网层，两易弯片及一光纤，其中该光纤穿越于上网层及底网层并置于其间，该易弯片进一步包夹上网层及底网层，并且在易弯片表面上形成感应区域；

一光源系用于自光纤的一端置入光线；

一光电二极管系用于在光纤的另一端检测光衰减；

一印刷电路板设有一处理器连接该光源及光电二极管，其中在操作上该处理器接收来自光电二极管的讯号，并处理该讯号以检测婴儿的活动及呼吸率；该讯号的产生系取决于藉由光电二极管在光纤上检测到之光衰减变化，该衰减变化在操作上系由婴儿之活动及呼吸造成光纤弯曲而形成。

本发明之一实施例，该光源系一发光二极管。该易弯片系乳胶片，而该光纤系多模光纤。进一步，该上网层及底网层包含栅图案适用于引导及保护感应垫上的多模光纤以一对称方式路程设置。光纤系以至少20mm隔开。根据本发明之另一实施例，该上网层及底网层包含对称栅图案以至少约5mm但少于8mm隔开并以20mm间隔之光纤转动钩来引导多模态光缆穿越该感应垫。

本发明之再一实施例，该婴儿监测垫进一步包含一易弯桥以连接两夹网层使得婴儿监测垫得以折迭。

本发明之另一实施例，该婴儿监测垫进一步包含设于印刷电路板上的一无线收发器，其中该无线收发器操作上传送状况信息如婴儿存在现状，活动及呼吸率至一摇控显示器，以监测婴儿在感应垫上的活动。

根据本发明之再一实施例之婴儿监测垫，可进一步包含一电连接至该电路板的婴儿叫醒袜，该叫醒袜系可穿在婴儿脚上，当婴儿系位于感应垫上而传感器之检测到的呼吸率为零时，该叫醒袜将产生震动。

根据本发明之另一实施例之婴儿监测垫，检测位于垫上婴儿的活动及呼吸率的方法，该方法包含：

提供一穿越及夹于垫之间路程之光纤；及经由光纤光衰减之变化检测垫上之活动，其中该光衰减变化系因垫上的活动及呼吸造成光纤弯曲损耗所造成。

本发明之检测位于一垫上婴儿的活动及呼吸率的方法，其中该婴儿监测垫系依说明书所述形成。

附图说明

第一图系本发明实施例之婴儿监测垫整体系统；

第二图系本发明实施例之婴儿监测垫之分解图；

第三图系本发明另一实施例之婴儿监测垫之进一步体现之示意方块图；

第四图系第二图所示之感应垫之截面图；

第五图系连接网层结构与光纤之易弯桥之分解图；

第六图系具光纤的易弯桥折迭前及后的示意图；

第七图系本发明另一实施例的感应垫之底层网；

第八图系显示介于上层网与底层网之间的锁机构；

第九图系本发明之实施例的光纤装置；

第十图系本发明之实施例的光传感器装置；

第十一图系显示图九的光纤装置与图十的光传感器之装置之结合以相互偶合；

第十二图系显示应用于一婴儿床的婴儿监测垫；

第十三图系显示婴儿检测出存在时的讯号图；

第十四图系显示婴儿检测出移动时的讯号图；

第十五图系显示婴儿检测出呼吸率时的讯号图；及

第十六图系显示婴儿呼吸暂停情节之讯号图；

具体实施方式

以下描述系以数个特定较佳例进行说明本发明之特点。任何熟悉此技术者可轻易瞭解而不需此特定详述。部份详细并未大幅度描述以使本发明模糊。为了参考之方便，图式上的相同参考号系代表相同或类似之组件。

本发明揭示一婴儿垫。根据本发明之实施例，该婴儿垫在婴儿垫内的夹层结构设置光纤。非相干光源系与光纤偶合以沿着光纤的长度发亮。婴儿在垫上的呼吸活动将使亮光损失。这系由于夹层结构使光纤产生宏弯曲造成内反射而形成。这反射如以一光检测器测量，会产生不同的光衰减模式。该光检测器所测量到的光衰减讯号，经过处理，婴儿在垫上的活动，呼吸率及存在状况，是可区分出的。图十三至图十六显示婴儿在垫上的存在状况，呼吸率及呼吸暂止情节的全部讯号。图十五显示呼吸活动的讯号，其特征为具某一定振幅及期间的周期性正弦波。该期间决定测量每分钟的呼吸数。图十六显示呼吸暂止情节的现象，其中在其间并无呼吸循环。在15秒而无呼吸循环的呼吸暂止情节将产生一警示。图十四显示在呼吸循环间的活动干扰。在5秒期间，当讯号变化的振幅系至少大于正常呼吸循环六倍时，将可测定为移动活动。图十三显示婴儿移出垫外时之检测状况。即当振幅掉落至少8000之值时，标志着婴儿移出垫外。

根据本发明之实施例，光纤传感器提供了一改良机械偶合，其中婴儿的全部重量系直接接触到婴儿垫上而无需放置床垫于其间，床垫会造成对感应准确度的干扰。进一步，光纤传感器的敏感度较传统的压力传感器或类似者更优良。这系由于改良的光纤传感器的敏感度系基于光经过光纤的宏弯曲量。更佳的，它提供了准确测量之呼吸率，活动及存在状况之能力。根据本发明，本婴儿垫为轻便及可携带以方便在不同环境之使用。

典型的，该婴儿监测垫系设于婴儿床的床垫上。婴儿垫可由电池或AC/DC转换器连接至婴儿垫而提供动力。如垫系由电池提供动力，该婴儿垫可携带及可自婴儿床移开并监测婴儿活动。

请参考第一图，本发明之婴儿监测垫包含一传感器垫210，一电子箱410及一母控制单元310。在传感器垫的整个面积，光纤设于其间以当婴儿放置于垫上时，该婴儿的存在现状，移动及呼吸率将会被检测到。该电子箱410系由一外接AC/DC转换器510或设于电子箱410内的电池提供电力。该垫可连接一外界警示装置710以在传感器垫210检测到危急事件时提供进一步通知。在该电子箱410上，可设置如叫醒袜610的一刺激装置。此叫醒袜610具一内置震动器，以在零呼吸率时或任何默认条件时，摇动婴儿的脚。此叫醒袜610期望能刺激婴儿以回复到正常呼吸状况，同时看护婴儿者亦经由母控制单元310被通知以对婴儿的需求做出反应。母控制单元310与电子箱410系以无线方式连接。它设有一显示器以连续显示婴儿离开或存在于垫上、婴儿之活动情状及婴儿呼吸率。由传感器垫210所检测到的警讯事件系以一可听警示显示或介于无线范围内的母控制单元310产生震动。当该母控制单元310系位于婴儿监测垫的无线覆盖范围外时，将会产生一范围外警告声。

图二系根据本发明之婴儿监测垫210的分解图。其中间部分系光纤217以一对称方式绕置并以上层网220、224及底层网221、225为光纤引导并夹设光纤。在底层网221、225及上层网220、224中间设有一易弯桥222，它为一铰链结合上层网220、224及底层网221、225的所有四部分。除了将四个层网结合之外，该易弯桥222的主要功能系让该婴儿监测垫210可被折迭而使该婴儿监测垫更轻便储藏及携带。于折迭缘处，该易弯桥222引导光纤217使得它并不会以一锐角弯曲而造成光纤217断裂。上层网220、224及底层网221、225与易弯桥222形成了将光缆217与线路的稳固及锁定结构。上层乳胶片241及底层乳胶片242与保护套240系用以将层网与嵌入的光纤217包夹以形成传感器垫210。传感器垫210一端系固定于电子箱的顶壳911及电子箱的底壳913。电子箱410包含一传感器盒装置800及一电子印刷电路板912。光纤217系与传感器盒装置800连接。该传感器盒装置800系控制整体婴儿监测垫210的大脑。电子印刷电路板912装设一电源开/关按钮，外界连接至交直流电源，警示及发光二级管指示。电子箱底壳913亦设一供置放四颗五号电池的电池盒。

第三图显示根据本发明之实施例之婴儿监测垫210之进一步体现的方块图。如第三图所示，夹于如第二图所示之婴儿监测垫210的光纤217系与一传感器盒装置800连接。所有的重要事件是自此传感器所获取的。传感器的基本原理系基于测量婴儿在呼吸活动时其光纤宏弯曲造成光衰减变化而得。一多模光纤系用于沿相对大之弯曲引导光线。从长期机械可靠性之角度及以减少弯曲之光衰减损耗，光纤的弯曲直径系界限在大于20毫米。一光感应装置811系由一光源813导入光线及利用连接至光纤尾端的一光传感器812检测光线。光偶合装置结构的建设系使一标准的发光二级管及光电二极管可被嵌入而使光纤利用标准SC连接器820链接于该结构上。814代表本发明实施例之处理单元，它系用于区分经过光纤的讯号的幕后大脑。由参考光源813送往光传感器结构的光线因婴儿活动造成弯曲损耗而被调变。进而造成位于光纤之尾端的光传感器812所接收之光衰减损耗变化。处理器分析衰减损耗以检测婴儿的活动，例如婴儿的存在状况、其活动及呼吸率。当处理器检测到这些事件时，该警示816直接被启动并经射频收发器815无线传送该通知到一母控制器310以提醒婴儿照料者。

第四图显示传感器垫210的截面图。光纤822系以一对称方式，约20毫米间隔并夹设于两层网结构220、224、221、225间。该层网结构220、224、221、225系感应婴儿睡觉时胸腔活动对通过光纤的光线产生弯曲损耗。层网结构220、221，系由乳胶片241，241所夹设以遮蔽层网材质的硬度使得婴儿睡觉时有舒服的感觉。外层240系包括一防水、防菌、冷却及易消毒材料形成之保护套。这允许婴儿可直接的睡在垫上。

第五图系根据本发明一实施例的易弯桥连接至层网及光纤之分解图。易弯桥222系以一软性可延伸材质，例如硅胶或类似具弹性材质所制成。该易弯桥222设有可将层网220、224、221、225之四边固定在一起的装置以使得该传感器垫210可折迭。易弯桥222的其他主要功能系控制光纤217在折迭区域之弯曲角度使得该折迭角度不会造成光纤断裂。第六图显示光纤折迭前及后图标。如图所示，该光纤弯曲角度系由该易弯桥222所控制，当传感器垫被折迭时，光纤不会断裂。

第七图显示本发明之实施例之底层网221、225之设计，该设计用于对光纤产生宏弯曲损耗。栅图形226的隔间约为至少5毫米但不少于约8毫米以产生宏弯曲效应。该栅图形226系存在于上层网220、224及底层网221、225，使得当光纤217夹设于其间时，由于栅边缘与光纤接触而产生弯曲损耗。光纤转动勾223系用以引导及固定光纤，因为它设于底层网层221、225上。该光纤转动勾223系以约20毫米间隔设于层网之两边缘上。这使得光纤藉由利用光纤钩223可容易的铺设于整个层网上以固定光纤217之图形。在底层网221、225之中间，设有一易弯桥用以将两个半层网结合在一起。该易弯桥222系由一软性材质所制成使得两个半层网可被折迭在一起。

第八图显示根据本发明之一实施例之用以将一上层网与底层网固定之装置250。上层网与底层网两者设有偶合贯穿孔，该偶合贯穿孔系沿设于层网220、224、221、225之边缘。装置250包含公252及母251网固定栓5，它为一锁机构以经贯穿孔固定上层网至底层网。

第九图显示光纤组合装置217。光纤822之终端系一SC连接器820。SC连接器820的一端引导光源光线至光纤822，而SC连接器820的另一端设一光传感器以检测光线通过光纤822时之光衰减损耗。利用一光纤保护套821覆盖于离SC连接器一小段距离之光纤822以保护光纤822在光纤与SC连接器之连接点不易断裂。

第十图显示光传感器装置的分解图。光传感器前壳814及后壳815构成可装设一光源813及一光电二极管812，该光源813为一标准的发光二级管。光传感器前壳814作为公连接器边使得作为连接器之母边的光纤装置217之SC连接器820可被插入以形成光源813及光传感器812的连接。光传感器后壳815将光传感器812及光源813锁住以形成一轻便单元。此单元可装于该传感器盒装置800。光传感器装置的主要功能系用于装置光源813及光传感器，使得利用标准SC连接器820的光纤装置可无缝的与之组合而只产生最少的光偶合损耗。

第十一图显示传感器盒装置800。此盒装置800包含三部份，即，传感器盒顶壳830，传感器盒底壳832及传感器盒印刷电路831。传感器盒顶壳830及传感器盒底壳832适于安装传感器盒印刷电路831板装置。光传感器装置811系焊接至含有处理器814射频收发器815及警示接口816之印刷电路板。光纤装置217系终结于该传感器盒装置800上。

嵌入于该垫的光纤用于感应活动状况。在此利用的方法系基于非相干光源光线之弯曲，该光源可为普通发光二极管，并与沿光纤长度方向之多模光纤偶合。当光纤弯曲时，由于内反射，光自光纤中损耗。位于垫上的婴儿之活动造成明显的光弯曲损耗模式。通过在光纤的接受端检量光弯曲损耗模式，婴儿的活动、呼吸率及存在状况可被区分出。

婴儿监测垫嵌入光纤的结构需考虑下列因素：

首先，光纤系脆的，当它以一锐角弯曲时，将会断裂。因此该层网设有栅图案以引导及保护光纤因弯曲而断裂。此外，连接两分开的层网之易弯桥在婴儿监测垫折迭时同样起到引导及保护光纤之不受损坏。

其次，垫的敏感度系取决于光纤如何设于感应垫上。当考虑第一点时，该栅图案应适于尽量优化敏感度。如第四及第七图所示，光纤系以至少约20毫米间距隔开以避免在弯曲角形成光损失而影响敏感度。更进一步，该层网栅图案具有一约至少为5毫米但小于8毫米的空隙以确保当光纤与栅网在定间隔下接触时产生最佳光衰减损耗。于操作上光纤的多重弯曲将造成较大的光衰减损耗进而产生强婴儿活动讯号。

其三，造成光纤的弯曲效果的夹式结构之构造对垫的敏感度是很关键的。第二及第四图显示夹式结构的实施例。如图所示，上及底层网形成主要之夹式结构，其中该乳胶层提供垫之舒适感。

第四，发射器及接收器的光偶合系有偶合损耗。光偶合影响接收器端的讯号强度。因此适当的系统及连接架构系有必要的以避免光损耗。第九及第十图显示偶合构图。

第五，该感应垫必须能得到对一最轻1.5公斤重的婴儿之很好讯号强度以从接收之数据中分辨事件。传感器盒装置可包含一电子传感器板，内设有一16比特低噪音、高分辨率ADC转换器系用于提取具足够信噪比所需的讯号以区别不同活动事件如婴儿存在/不存在、活动及呼吸率。

第十二图显示本发明一实施例之婴儿监测垫210之运用。本发明包含一婴儿监测垫210，它系为传感器，并在婴儿位于垫上时连续的监测该婴儿。无线连接至婴儿监测垫210的一母控制单元310为一指示器。当婴儿垫检测到婴儿离垫时、或婴儿睡醒时或婴儿呼吸率为零时，它会对照护者提供一警示者。如果检测到婴儿呼吸率为零时，穿于婴儿脚上的一叫醒装置会震动以摇动婴儿以重新启动其呼吸模式，而同时，通知其父母去照料婴儿。

如第十二图所示，婴儿监测垫210系置于婴儿床214的床垫212上。床单216系置于婴儿垫210下方以保护床垫212。在使用时，将婴儿放置于婴儿监测垫210之上方。

第十三至十六图显示各种活动及呼吸数之讯号图形。

本发明之使用于防患或降低婴儿突然死亡并发症(SIDS)。这系藉由监测婴儿之呼吸情况，及倘若婴儿之呼吸停止，利用设于婴儿脚上的外部叫醒器以叫醒婴儿。光纤传感器之运用得以一非植入性方式检测婴儿呼吸而不需以电线/探针/传感器置于婴儿皮肤上。当婴儿睡于该婴儿监测垫时，它开始监测婴儿的活动及呼吸讯号。

上述之实施例仅用来例举本发明之实施态样，以及阐释本发明之技术特征，并非用来限制本发明之保护范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成之改变或均等性之安排均属于本发明所主张之范围，本发明之权利保护应以申请专利范围为准。

Claims (12)

1.一种婴儿监测垫包含：

一感应垫设有一上网层，一底网层及两易弯片，及一光纤，其中该光纤穿越于上网层及底网层并置于其间，该易弯片进一步包夹上网层及底网层，并且在易弯片表面上形成感应区域；

一光源系用于自光纤的一端置入光线；

一光二电极体系用于在光纤的另一端检测光衰减；

一印刷电路板设有一处理器连接该光源及光电二极管，其中在操作上该处理器接收来自光电二极管的讯号，处理该讯号以检测婴儿的活动及呼吸率；其中该讯号的产生系取决于藉由光电二极管在光纤上检测到之光衰减变化，该衰减变化在操作上系由婴儿之活动及呼吸造成光纤弯曲而形成。

2.如请求项1所述之婴儿监测垫，其中该光源系一发光二极管。

3.如请求项1所述之婴儿监测垫，其中该易弯片乳橡胶片。

4.如请求项1所述之婴儿监测垫，其中该光纤系多模光纤。

5.如请求项4所述之婴儿监测垫，其中该上网层及底网层包含栅图案适用于引导及保护感应垫上的多模光纤以一对称方式路程设置。

6.如请求项5所述之婴儿监测垫，其中该光纤系以至少20毫米隔开。

7.如请求项5所述之婴儿监测垫，其中该上网层及底网层包含对称栅图案以至少约5毫米但少于8毫米间隔开并以20毫米相间之光纤维转动钩来引导多模光纤穿越该感应垫。

8.如请求项1所述之婴儿监测垫，进一步包含一易弯桥以连接两夹网层使得婴儿监测垫得以折迭。

9.如请求项1所述之婴儿监测垫，进一步包含设于印刷电路板上的一无线收发器，其中该无线收发器操作上传送状况信息如婴儿存在现状，活动及呼吸率至一摇控显示器，以监测婴儿在感应垫上的活动。

10.如请求项1所述之婴儿监测垫，进一步包含一电连接至该电路板的婴儿叫醒袜，该叫醒袜系可穿在婴儿脚上，其中当婴儿系位于感应垫上而传感器之检测到的呼吸率为零时，该叫醒袜将产生震动。

11.一种检测位于一垫上婴儿的活动及呼吸率的方法，该方法包含：

提供一穿越及夹于垫之间路程之光纤；及经由光纤光衰减之变化检测垫上之活动，其中该光衰减变化系因垫上的活动及呼吸造成光纤弯曲损耗所造成。

12.如请求项11所述之监测位于一垫上婴儿的活动及呼吸率的方法，其中该婴儿监测垫系以请求项1至10任何一项所述形成。

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