CN104382568A - 一种用于脉搏、心音及呼吸信号检测的光纤光栅传感织物 - Google Patents

一种用于脉搏、心音及呼吸信号检测的光纤光栅传感织物 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于脉搏、心音及呼吸信号检测的光纤光栅传感织物。本发明包括脉搏敏感元件、内层织物和外层织物，由光纤光栅和片状聚合物构成脉搏敏感元件，片状聚合物沿中线开V型槽，将光纤光栅固定在片状聚合物的V型槽内，片状聚合物材料的弹性大于光纤光栅材料；片状聚合物与内层织物相连，片状聚合物的开槽面朝向内层织物；内层织物弹性大于外层织物，内层织物与外层织物间形成口袋，在口袋中装有硬质塑料材料构成的外轮廓为弧面的填充物，填充物固定在片状聚合物的正上方。本发明将光纤光栅与织物相结合，通过双层织物内嵌填充物的结构增大光纤光栅处局部压力，减小对腕部的整体压力，从而提高穿着的舒适性。较电学脉搏传感器提高了检测灵敏度。

Description

一种用于脉搏、心音及呼吸信号检测的光纤光栅传感织物
技术领域
本发明涉及智能服装技术领域，更具体的说，是涉及一种用于脉搏、心音及呼吸信号检测的光纤光栅传感织物。
背景技术
目前检测人体脉搏的传感器主要有光电容积式脉搏传感器和用压敏电阻或压电薄膜制成的脉搏传感器。其中，光电容积式脉搏传感器一般通过指夹固定在指尖处，不能植入服装中。压敏式和压电薄膜式脉搏传感器灵敏度较低，且具有一定厚度，嵌入服装后影响穿着的舒适性。另外，压敏式和压电薄膜式脉搏传感器易受电磁噪声干扰。
传统心音和呼吸传感器多采用压电式或压阻式传感器，其体积大，嵌入服装后影响穿着的舒适性，而且单一传感器只能采集一种信号。
发明专利201210331015.7是一种膜盒式结构的光纤光栅心音传感器，该传感器由振动膜、环形支架、振动腔和反射壁构成，由于盒体为硬质材料制作，且体积较大，因此影响穿着的舒适性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服上述现有技术中存在的技术问题，提供一种用于脉搏、心音及呼吸信号检测的光纤光栅传感织物。
本发明用于脉搏、心音及呼吸信号检测的光纤光栅传感织物，包括脉搏敏感元件、内层织物和外层织物，由光纤光栅和片状聚合物构成脉搏敏感元件，片状聚合物沿中线开V型槽，将光纤光栅固定在片状聚合物的V型槽内，片状聚合物材料的弹性大于光纤光栅材料；片状聚合物与内层织物相连，片状聚合物的开槽面朝向内层织物；内层织物弹性大于外层织物，内层织物与外层织物间形成口袋，在口袋中装有硬质塑料材料构成的外轮廓为弧面的填充物，填充物固定在片状聚合物的正上方。
所述织物两端缝有粘扣。
所述片状聚合物边缘处留有圆形缝纫孔，通过缝纫孔将聚合物与内层织物缝纫相连。
所述光纤光栅施加一定预应力后，通过点胶方式将其与片状聚合物粘贴为一体。
本发明将光纤光栅与织物相结合，通过双层织物内嵌填充物的结构增大光纤光栅处局部压力，减小对腕部的整体压力，从而提高穿着的舒适性。较电学脉搏传感器提高了检测灵敏度，能够检测出多个脉搏重波，如图1所示。
本发明利用一根光纤光栅可同时对心音和呼吸信号进行检测，相比电学心音、呼吸传感器，光纤光栅传感器具有体积小、灵敏度高，抗电磁干扰、同时检测心音和呼吸信号等优点。本发明传感织物可织入服装，提高穿着的舒适性。
附图说明
图1是光纤光栅脉搏传感织物检测的脉搏波形；
图2是用于脉搏检测的光纤光栅传感织物结构剖视图；
图3是用于心音/呼吸信号检测的光纤光栅传感织物结构俯视图；
图4是用于心音/呼吸信号检测的光纤光栅传感织物结构侧视图；
图5是心音/呼吸信号传感织物输出的光纤光栅解调信号图；
图6是图5中光纤光栅解调信号经小波处理后提取出的心音信号。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
根据用途，本发明可分为腕带状用于脉搏检测的光纤光栅传感织物、带状用于心音/呼吸信号检测的光纤光栅传感织物，分别进行详细说明。
本发明腕带状用于脉搏检测的光纤光栅传感织物，为两层织物结构。其剖面结构如图2所示。由光纤光栅4-1和片状聚合物长方体4-2构成脉搏敏感元件。聚合物长方体4-2沿中线开V型槽，靠近长边处留有圆形缝纫孔。将光纤光栅4-1放置在聚合物长方体4-2的V型槽内，将光纤光栅4-1施加一定预应力后，通过点胶方式将其与聚合物4-2粘贴为一体，由于聚合物材料的弹性大于光纤光栅材料，因此实现光纤光栅轴向应变的增敏。通过缝纫孔将聚合物4-2与内层织物4-3缝纫相连，聚合物4-2的开槽面朝向内层织物4-3。在聚合物4-2的上方为两层织物，分别为内层织物4-3和外层织物4-4，且内层织物4-3弹性大于外层织物4-4，两层织物间形成口袋4-5，在口袋4-5中装有硬质塑料材料构成的外轮廓为弧面的填充物4-6，填充物4-6固定在聚合物4-2的正上方。腕带织物两端缝有粘扣4-7，用于将腕带固定在手腕处，并通过粘扣4-7调节松紧度。该腕带式传感织物可通过粘扣、拉锁等方式与服装本体袖口处连接。
在使用时，将聚合物4-2放置在腕部桡动脉处，通过织物两边的粘扣将传感织物与手腕固定。脉搏产生的压力使聚合物4-2发生形变，改变光纤光栅4-1的轴向应变，从而将脉搏压力的变化转换为光纤光栅反射波长的变化，实现脉搏波的检测。由于采用不同弹性的两层织物结构，并在两织物间添加了弧形填充物4-6，可以在相同织物拉力的情况下，增大填充物4-6处对聚合物4-2的正向压力，从而在能检测到脉搏波的情况下，大大减小了腕带对人体腕部的整体压力，增加穿着的舒适性。
带状用于心音/呼吸信号检测的光纤光栅传感织物结构如图3、4所示，织物整体为带状，由光纤光栅5-1，片状聚合物5-2，光纤光栅尾纤5-3，内层织物5-4，外层织物5-6，弧面填充物5-7，粘扣5-5组成。内层织物5-4的弹性大于外层织物5-6。
片状聚合物5-2中线部分开槽。光纤光栅5-1在有一定预应力的情况下，通过点胶方式固定在槽内。片状聚合物5-2边缘具有缝纫孔，与内层织物5-4缝纫连接。光纤光栅尾纤5-3通过纱线固定在内层织物5-4上。在片状聚合物5-2部位内层织物5-4与外层织物5-6形成口袋，内部填充硬质弧面填充物5-7，用以增加光纤光栅处局部压力。该带式心音/呼吸传感织物可通过粘扣、拉锁等方式与服装本体连接，使光纤光栅处于左前胸心音听诊部位，通过粘扣5-5进行固定并给带状织物施加一定拉力，使光纤光栅紧贴皮肤。
由于心音和呼吸均可使光纤光栅5-1轴向应变发生变化，从而导致光纤光栅反射波长产生漂移，因此反射波长变化中包含了心音和呼吸信号，可同时检测心音和呼吸。由于心音和呼吸信号处于不同频率范围，利用小波变换可实现心音和呼吸信号的分离。
进行小波分析时，小波基的选择十分重要，但目前仍没有较好的方法，主要是通过用小波分析方法处理的结果与理论结果的误差来判定小波基的好坏，并由此选定小波基。目前常用的小波基函数主要有haar小波、db小波、coif小波、sym小波、meyer小波和dmey小波。通过对波长解调信号使用不同小波基进行处理的结果进行比较，本发明最终选用db4小波函数作为小波基函数。具体处理方法为：在采样频率为1KHz情况下，进行10层小波分解，将d4和d5层数据(对应频率范围为31.25Hz-62.5Hz)进行叠加提取出心音信号，a10层信号(对应频率范围为0-0.977Hz)作为提取的呼吸信号。图5为光纤光栅解调信号，图6是经上述算法处理后的心音信号。可见，该方法能从混有呼吸信息的解调信号中，有效提取出心音信号。

Claims (4)

1.一种用于脉搏、心音及呼吸信号检测的光纤光栅传感织物，其特征是，包括脉搏敏感元件、内层织物和外层织物，由光纤光栅和片状聚合物构成脉搏敏感元件，片状聚合物沿中线开V型槽，将光纤光栅固定在片状聚合物的V型槽内，片状聚合物材料的弹性大于光纤光栅材料；片状聚合物与内层织物相连，片状聚合物的开槽面朝向内层织物；内层织物弹性大于外层织物，内层织物与外层织物间形成口袋，在口袋中装有硬质塑料材料构成的外轮廓为弧面的填充物，填充物固定在片状聚合物的正上方。
2.根据权利要求1所述的用于脉搏、心音及呼吸信号检测的光纤光栅传感织物，其特征是，所述织物两端缝有粘扣。
3.根据权利要求1所述的用于脉搏、心音及呼吸信号检测的光纤光栅传感织物，其特征是，所述片状聚合物边缘处留有圆形缝纫孔，通过缝纫孔将聚合物与内层织物缝纫相连。
4.根据权利要求1所述的用于脉搏、心音及呼吸信号检测的光纤光栅传感织物，其特征是，所述光纤光栅施加一定预应力后，通过点胶方式将其与片状聚合物粘贴为一体。
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