CN105212905B - 一种穿戴式智能冷热感知设备及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测装置，本发明的穿戴式智能冷热感知设备，包括上层组件和下层组件，其中下层组件包括测量单元，所述上层组件包括传感器单元和接收并处理传感器单元信号的CPU单元，所述测量单元包括分别测量皮肤温度、皮肤湿度和皮肤立毛肌电位的测量头和对应的电位传感器，所述CPU单元内包括人体多个部位的对应的三种参数的数值以及数值变化的趋势数据模型，当CPU单元综合实测数值及其变化趋势后，其中两种或两种以上的实测数值及变化趋势，与CPU单元内预设的数值和变化趋势比较均得出人体开始产生致病性变化的健康趋势时，发出警报信号。该设备能在人主观感受到冷热之前，提前预测环境温度变化可能对人体造成致病性损伤，为人体健康提供保障。

Description

一种穿戴式智能冷热感知设备及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种人体检测装置，特别涉及一种穿戴式智能冷热感知设备及其检测方法。

背景技术

人体的皮肤温度(皮温)属于体表温度，当环境温度变化时皮温也会随之变化，而人体会在一定范围内维持体温稳定，所以在环境温度没有达到一定程度的变化前，皮肤温度可以因为机体代偿而不发生明显变化；如在外界环境温度下降时，在开始很长的一段时间内使用一般的皮温检测设备测量不出明显的温度变化，但是一旦测得的皮肤温度下降时，可能已经进入失代偿阶段，人体产生致病性反应的可能性大大增加，对皮肤温度的检测就显得意义不大了。

而实际上皮温变化与皮肤湿度有着重要关系，汗液蒸发是人体调节体温、实现体温稳态的重要方式，所以实际皮肤湿度变化是人体遇到环境变化的一种调节方式，皮肤湿度可以反应人体受到环境温度影响的程度。

另外，人体处在寒冷环境中时生理性的会出现皮肤立毛肌收缩，一束束平滑的肌肉纤维能使机体毛发立起来以隔热，因此，立毛肌收缩程度可以反应环境温度变化对人体的影响程度。而立毛肌收缩程度与局部立毛肌细胞膜上的电位变化有关，这种电位变化可以在皮肤表面测得。

可见，冷热感知不等于皮肤温度，冷热感知不是一种单一的物理参数，冷热感知是人体根据多种因素在一定程度下才出现的主观感受。而实际上人体在感知到温度明显变化前，外界温度就有可能已经达到了致病的程度，而机体也已经产生了病理性变化，比如“受凉”或者“中暑”。

目前已有单独测量人体皮肤温度或皮肤湿度的设备，但是也只能检测出皮肤在不同的外界环境情况下，皮肤在当时的温度或者湿度的即时绝对值，并没 有将皮肤温度和皮肤湿度随时间变化的趋势以及变化趋势之间相互的关系与人体健康状况结合起来分析，因此，该接触式电子温度测量设备(可穿戴式设备)对皮肤表面温度的测量不能说明人体是否处于环境温度过热或者过冷的失代偿状态，也不能在用户感知之前提前提醒用户，如果人持续在这样的异常环境温度下会发生致病性的生理病理经过，比如中暑或者受凉。即现有的皮肤温度测量仪不能提前警告人因为外界温度的变化可能对人造成病理状态。因此有必要研制一种比人主观感受到冷热之前，更早能预测环境温度变化可能对人体造成致病性损伤的智能冷热感知设备。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的普通皮肤温度和皮肤湿度检测设备仅能简单测量体表皮肤温度和湿度，而实际上人体在皮肤温度明显变化前就有可能产生致病性变化的问题，提供一种穿戴式智能冷热感知设备及其检测方法，该设备通过测量皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位数值，根据三个参数的变化趋势与正常预设值比较，可提前预测环境温度变化可能对人体造成致病性变化。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种穿戴式智能冷热感知设备，包括上层组件和下层组件，其中下层组件包括测量单元，所述上层组件包括传感器单元和接收并处理传感器单元信号的CPU单元，所述测量单元包括分别测量体表皮肤温度、体表皮肤湿度和皮肤毛囊立毛肌兴奋电位的测量头，所述传感器单元内设置有与测量头相适配的皮温传感器、皮肤湿度传感器和立毛肌电位传感器，所述CPU单元内包括人体多个部位的皮肤温度、皮肤湿度和皮肤立毛肌兴奋度随外界环境温度变化时，对应的三种参数的数值以及数值变化的趋势曲线数据模型，该设备还设置有与CPU单元相连的警报设备，在CPU单元综合皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌兴奋度的实测数值以及实测数值的变化趋势后，其中两种或两种以上的实测数值及变化趋势，与集成在CPU单元内的数值和变化趋势比较均得出人体开 始产生致病性变化的健康趋势时，警报设备发出警报信号。

该设备通过测量单元分别测得人体相应部位的皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位的信号数值，通过传感器传至CPU单元，通过CPU单元对接收到的数值进行处理和存储，并与CPU单元内预先存储的该部位人体健康指标数值相对比，当皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌兴奋度中的两种或两种以上对应的数值显示人体即将产生致病性变化时，驱动警报设备发出警报信号，使人根据提示进行相关的防护措施，在人体产生致病性变化前得到提示，能够减少致病性风险；该设备综合了皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌兴奋度三种数值的监测，比现有的设备只针对其中一种数值的监测精确性更高，提示的时间更为恰当。

进一步的，所述CPU单元内设置有运算模块和提醒模块，所述运算模块分别将实时测得的皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位数值与CPU单元内集成的数值作对比，当达到对人体产生致病性的数值时，提醒模块触发警报设备发出报警信号。

进一步的，所述CPU单元还与电源及外围控制电路电相连，所述外围控制电路与设备外壳上的按键相连接。通过按键可以选择CPU单元监控的人体部位。

进一步的，该设备上还设置有与CPU单元连接的显示单元，所述显示单元实时显示人体健康状况的特征数值。

进一步的，该设备上设置有与CPU单元连接的数值接口，可通过该数值接口将数值输入或输出CPU单元。

进一步的，所述数值连接口包括通讯总线和无线连接器件，所述通讯总线与CPU单元相连。

一种穿戴式智能冷热感知设备的检测方法，将上述的穿戴式智能冷热感知设备 用于人体冷感检测，其检测步骤为：

(1)通过试验测量，将人体的皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位随环境温度变化的对应数值及数值的变化趋势集成到CPU单元中，并记录三个参数致病的数值点；

(2)将检测头与人体皮肤接触，通过设备外壳上的按键选择对应的身体部位进行监控；

(3)皮温传感器、皮肤水分传感器和立毛肌电位传感器分别不断地接收探测头实时测得的皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位的信号，并将信号传送到CPU单元；

(4)CPU单元将接收到的皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位的信号转化为数值并存储，运算模块将该实测数值与CPU单元内集成的皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位数值对比；

(5)当运算模块比较皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位中的两种或两种以上的实测数值到达产生致病的数值点、且实测的数值变化趋势与CPU单元内集成的数值变化趋势一致时，CPU单元启动报警设备发出警报信号。

进一步的，上述步骤(1)中的所测量的人体部位包括胸部、腹部以及四肢。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

该设备通过测量单元分别测得人体相应部位的皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位的信号数值，通过传感器传至CPU单元，通过CPU单元对接收到的数值进行处理和存储，并与CPU单元内预先存储的该部位人体健康指标数值相对比，当皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌兴奋度中的两种或两种以上对应的数值显示人体即将产生致病性变化时，驱动警报设备发出警报信号，使人根据提示进行相关的防护措施，在人体产生致病性变化前得到提示，能够减少 致病性风险；该设备综合了皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌兴奋度三种数值的监测，比现有的设备只针对其中一种数值的监测精确性更高，提示的时间精确及时，保障身体健康。

附图说明：

图1为本发明的穿戴式智能冷热感知设备的结构关系图。

图2为实施例中传感器单元的布置图。

图3为实施例中人体胸部的皮肤温度与环境温度变化关系图。

图4为实施例中人体胸部的皮肤湿度与环境温度变化关系图。

图5为实施例中人体胸部的皮肤毛囊立毛肌兴奋电位与环境温度变化关系图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

本实施例将该设备用于人体胸部的皮肤冷感监测，如图3至图5所示，在外界温度下降时，人体胸部的皮肤温度、皮肤湿度以及皮肤毛囊立毛肌兴奋电位均有一定的变化规律：如图3所示，图中直线为环境温度的变化状况，曲线为人体胸部皮肤温度的变化曲线，从图中可知，随着时间的外界环境温度从o点23℃逐渐下降，在到达a点17℃之前，机体通过代偿能够将局部皮肤温度维持在一个相对稳定的状态，如图中的O^/到A^/点(34.5-34.7℃)；当室温降至17℃以下时(从a点-c点)，胸部皮肤温度已经不能继续通过机体代偿维持前述稳定状态，开始下降(A^/点—C^/点)，在此过程中,当胸部皮肤温度下降到C^/ 时，人体才会有冷的感受，但实际上在外界温度下降到b点时，即胸部皮肤温度下降到B^/点，在人体有冷感以前，人体已经开始发生因为环境温度过度下降而导致病理性生理变化，即致病。

而如图4所示，人体胸部的皮肤湿度与环境温度变化关系，图中直线为环境温度随时间的变化状况，曲线为胸部皮肤湿度的变化状况，随着时间的推移，外界环境温度从o点23℃逐渐下降，当环境温度降至17℃以下时(a点-c点)，胸部皮肤温度已经不能继续通过机体代偿维持前述稳定状态，开始下降，但是在此之前，机体已经开始通过减少人体汗液蒸发，来减少散热，以维持前述稳定状态，体现在局部皮肤湿度上的变化为：当环境温度下降到d点时(尚未降到a点时)，皮肤汗液蒸发量就已经开始减少，皮肤的湿度随之产生变化，d点的环境温度对应的皮肤湿度D^//点时，湿度就开始下降。而在D^//点之前，外界环境温度变化尚不足引起局部皮肤湿度变化，局部皮肤湿度维持在一个相对稳定的状态35％左右(O^//-D^//点)。

当室温降至13℃以下时(c点)，胸部皮肤温度已经不能继续通过汗液蒸发减少来维持前述稳定状态，机体采用以能量消耗增大为主的方式来维持体温，皮肤温度甚至皮肤温度出现一次回升现象，皮肤湿度则逐渐降至C^//点后，维持一个相对稳定状态。在此过程中，当外界温度下降到b点时，胸部皮肤温度下降到B^/点，皮肤湿度下降到B^//点时，实际人体已经开始发生因为温度过度下降导致的病理生理变化，即致病。

如图5所示，人体胸部的皮肤毛囊立毛肌兴奋电位与环境温度变化关系图，立毛肌活动受肾上腺素和交感神经支配。人体处在寒冷环境中时会出现生理性的皮肤立毛肌收缩，一束束平滑的肌肉纤维能使机体毛发立起来以隔热，因此，立毛肌收缩可以反应人体达到了一定程度的寒冷刺激。而立毛肌收缩程度与局部立毛肌细胞膜上的电位变化有关，这种电位变化可以在皮肤表面测得。

如图5所示，随着时间变化，外界环境温度从o点22℃逐渐下降，在到达a点17℃之前，机体通过代偿能够将局部皮肤温度维持在一个相对稳定的状态(34.5-34.7℃)，使得胸部皮肤的立毛肌不会产生变化。而当室温降至17℃以下时(a点-c点)，胸部皮肤温度已经不能继续通过机体代偿维持前述稳定状态，开始下降，机体就会出现皮肤立毛肌收缩，皮肤表面表现为形成“鸡皮疙瘩”样隆起，环境温度下降越多，立毛肌收缩越显著，皮肤表面就可以探测到的因为立毛肌收缩产生的细胞膜上的电位变化越显著。体现在局部皮肤电位变化上就是当室温下降到a点时皮肤立毛肌收缩开始触发，对应的皮肤局部电位变化幅度从A^///点开始逐步增加；而在A^///点之前，外界环境温度变化尚不足引起局部皮肤电位明显变化(O^///-A^///点)；当室温降至13℃以下时(c点)，皮肤局部立毛肌收缩剧烈，对应的皮肤局部电位变化幅度从C^///点开始显著增加。

但在此过程中，当外界温度下降到b点时，即胸部皮肤因为局部立毛肌收缩导致的电位变化幅度增大到B^///点，实际上人体已经开始发生因为温度过度下降导致的病理生理变化，即在人体有直观的感受之前，已经会导致生病。

综上所述，将前述三个皮肤表面可以探测到的生理参数数值(皮肤温度、皮肤湿度、皮肤局部毛囊立毛肌兴奋电位变化)进行检测，结合外界温度变化进行数值分析，当致病性特征数值记录下来(主要为a/A^//A^///A^///点开始，到b/B^//B^///B^///点前的4个参数)，可以预测如果外界温度继续下降，将达到致病程度的加大。因此，我们就可以统计出人体胸部的皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位三个特征数值的致病极限值。

如图1和图2所示，本穿戴式智能冷热感知设备包括上层组件和下层组件，其中下层组件包括测量单元，所述上层组件包括传感器单元和接收并处理传感器单元信号的CPU单元，所述测量单元包括分别测量体表皮肤温度、体表皮肤湿度和皮肤毛囊立毛肌兴奋电位的测量头，所述传感器单元内设置有与 测量头相适配的皮温传感器、皮肤湿度传感器和立毛肌电位传感器，所述CPU单元内包括人体多个部位的皮肤温度、皮肤湿度和皮肤立毛肌兴奋度随外界环境温度变化时，对应的三种参数的数值以及数值变化的趋势曲线数据模型，该设备还设置有与CPU单元相连的警报设备，在CPU单元综合皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌兴奋度的实测数值以及实测数值的变化趋势后，其中两种或两种以上的实测数值及变化趋势，与集成在CPU单元内的数值和变化趋势比较均得出人体开始产生致病性变化的健康趋势时，警报设备发出警报信号。

在本实施例中，所述CPU单元内设置有运算模块和提醒模块，所述运算模块分别将实测的皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位数值与CPU单元内集成的数值作对比，并将实测数值的变化趋势与CPU单元内集成的变化趋势作对比，当实测数值达到对人体产生致病性的数值时，且实测数值变化趋势与CPU单元内集成的变化趋势一致时，提醒模块触发警报设备发出报警信号。

在本实施例中，所述CPU单元还与电源及外围控制电路电相连，所述外围控制电路与设备外壳上的按键相连接。通过按键选择CPU单元监控的人体部位，本实施例选择胸部进行监控。

在本实施例中，该设备上还设置有与CPU单元连接的显示单元，所述显示单元实时显示人体健康状况特征数值，本实施例的显示单元选用LED显示屏。

在本实施例中，该设备上设置有与CPU单元连接的数据接口，可通过该数据接口将数据输入或输出CPU单元。

所述数据连接口包括通讯总线和无线连接器件，所述通讯总线与CPU单元相连。CPU单元通过通讯总线与数据连接口相连接，通过数据连接口的无线连接器件可将CPU单元分析的数据传输到远处的监控设备上，如手机和电脑设备等，用于成人监控小孩儿的生理状况，或者其他需要监控的情形。

本穿戴式智能冷热感知设备的检测方法，将上述的穿戴式智能冷热感知设 备用于人体胸部的冷感检测，其检测步骤为：

(1)通过试验检测，将人体胸部的皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位与环境温度变化的对应数值及数值的变化趋势集成到CPU单元中，并记录三个参数致病的数值点；

(2)将检测头与人体胸部皮肤接触，通过设备外壳上的按键选择对应的胸部进行监控；

(3)传感器单元的皮温传感器、皮肤水分传感器和立毛肌电位传感器分别不断地接收检测部位的皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位的信号，并将信号传送到CPU单元；

(4)CPU单元将接收到的皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位的信号转化为数值并存储，运算模块将该实测数值与CPU单元内集成的皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位数值对比；

(5)当运算模块比较皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位中的两种或两种以上的实测数值到达产生致病的数值点、且实测的数值变化趋势与CPU单元内集成的数值变化趋势一致时，CPU单元启动报警设备发出警报信号。

综上，本实施的穿戴式智能冷热感知设备通过测量单元分别测得人体相应部位的皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位的信号数值，通过传感器传至CPU单元，通过CPU单元对接收到的数值进行处理和存储，并与CPU单元内预先存储的该部位人体健康指标数值相对比，当皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌兴奋度中的两种或两种以上对应的数值显示人体即将产生致病性变化时，驱动警报设备发出警报信号，使人根据提示进行相关的防护措施，在人体产生致病性变化前得到提示，能够减少致病性风险；该设备综合了皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌兴奋度三种数值的监测，比现有的设备只针对其中一种数值的监测精确性更高，提示的时间精确及时，保障身体健康。

实施例2

本实施例将该设备用于人体上肢的皮肤热感监测，与实施例1的技术方案类似，对于热感检测的设备不变，其实施例的具体方法如下：

(1)通过试验检测，将人体上肢的皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位与环境温度变化的对应数值及数值的变化趋势集成到CPU单元中，并记录三个参数致病的数值点；

(2)将检测头与人体上肢皮肤接触，通过设备外壳上的按键选择对应的上肢进行监控；

(3)传感器单元的皮温传感器、皮肤水分传感器和立毛肌电位传感器分别不断地接收检测部位的皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位的信号，并将信号传送到CPU单元；

(4)CPU单元将接收到的皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位的信号转化为数值并存储，运算模块将该实测数值与CPU单元内集成的皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位数值对比；

(5)当运算模块比较皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位中的两种或两种以上的实测数值到达产生致病的数值点、且实测的数值变化趋势与CPU单元内集成的数值变化趋势一致时，CPU单元启动报警设备发出警报信号。

本实施例通过运用该智能冷热感知设备可提前预判人体在热的环境中的健康状况，使人根据提示进行相关的防护措施，在人体产生致病性变化前得到提示，能够减少致病性风险；该设备综合了皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌兴奋度三种数值的监测，比现有的设备只针对其中一种数值的监测精确性更高，提示的时间精确及时，保障身体健康。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (5)

1.一种穿戴式智能冷热感知设备，包括上层组件和下层组件，其中下层组件包括测量单元，所述上层组件包括传感器单元和接收并处理传感器单元信号的CPU单元，其特征在于，所述测量单元包括分别测量体表皮肤温度、体表皮肤湿度和皮肤毛囊立毛肌兴奋电位的测量头，所述传感器单元内设置有与测量头相适配的皮温传感器、皮肤湿度传感器和立毛肌电位传感器，所述CPU单元内包括人体多个部位的皮肤温度、皮肤湿度和皮肤立毛肌兴奋度随外界环境温度变化时，对应的三种参数的数值以及数值变化的趋势曲线数据模型，该设备还设置有与CPU单元相连的警报设备，在CPU单元综合皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌兴奋度的实测数值以及实测数值的变化趋势后，其中两种或两种以上的实测数值及变化趋势，与集成在CPU单元内的数值和变化趋势比较均得出人体开始产生致病性变化的健康趋势时，警报设备发出警报信号，该设备上还设置有与CPU单元连接的显示单元，用于实时显示人体健康状况特征数值。

2. 根据权利要求1所述的穿戴式智能冷热感知设备，其特征在于，所述CPU单元内设置有运算模块和提醒模块，所述运算模块分别将实测的皮肤温度、皮肤水分和皮肤立毛肌电位数值与CPU单元内集成的数值作对比，并将实测数值的变化趋势与CPU单元内集成的变化趋势作对比，当实测数值达到对人体产生致病性的数值时，且实测数值变化趋势与CPU单元内集成的变化趋势一致时，提醒模块触发警报设备发出报警信号。

3. 根据权利要求2所述的穿戴式智能冷热感知设备，其特征在于，所述CPU单元还与电源及外围控制电路电相连，所述外围控制电路与设备外壳上的按键相连接。

4. 根据权利要求3所述的穿戴式智能冷热感知设备，其特征在于，该设备上设置有与CPU单元连接的数据接口，通过该数据接口将数值输入或输出CPU单元。

5. 根据权利要求4所述的穿戴式智能冷热感知设备，其特征在于，所述数据接口包括通讯总线和无线连接器件，所述通讯总线与CPU单元相连。