CN105433905A - 采集人体震动信号的穿戴设备及采集人体生理信号的方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了采集人体震动信号的穿戴设备及采集人体生理信号的方法，其中穿戴设备包括穿戴设备本体、压电传感器和桡性纤维柱；所述穿戴设备本体上设置压电传感器，压电传感器朝向人体被检测部位的侧壁上设置所述桡性纤维柱；在佩戴所述穿戴式设备时，桡性纤维柱与被检测部位压迫式接触；所述压电传感器接收桡性纤维柱传递的被检测部位的震动信号。本发明的采集人体生理信号的穿戴设备，在穿戴设备本体上设置压电传感器，然后在压电传感器上设置桡性纤维柱，桡性纤维柱与检测部位压迫式接触后，可以将检测部位的震动情况良好的传递给压电传感器，所以穿戴设备本体无需紧紧地与人体皮肤接触也可以准确、可靠地采集检测部位的震动信号。

Description

采集人体震动信号的穿戴设备及采集人体生理信号的方法

技术领域

本发明涉及到穿戴设备领域，特别是涉及到一种采集人体震动信号的穿戴设备及采集人体生理信号的方法。

背景技术

穿戴设备上设置压电传感器，当将压电传感器与人体皮肤接触并挤压时，可以采集人体的生理信号。压电传感器具有高灵敏、高阻抗、宽频带的优点，但其结构一般是平面结构，在采集人体生理信号时需要通过介质才能接触人体并传感，一般采用橡胶等柔性介质，但是实际使用中还是很难兼顾佩戴舒适性与传感可靠性。其中，舒适性要求传感器佩戴得尽量松弛，而传感可靠性则要求传感器紧贴皮肤对准传感目标，这样的矛盾让设计人员很难取舍。

如何提供一种既可以佩戴舒适，又可以提高传感效果穿戴设备，是需要解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种可以提高传感效果的采集人体生理信号的穿戴设备，以及通过该设备采集人体生理信号的方法和过滤干扰信号的方法。

为了实现上述发明目的，本发明提出一种采集人体震动信号的穿戴设备，包括穿戴设备本体、压电传感器和桡性纤维柱；

所述穿戴设备本体上设置压电传感器，压电传感器朝向人体被检测部位的侧壁上设置所述桡性纤维柱；

在佩戴所述穿戴式设备时，桡性纤维柱与被检测部位压迫式接触；所述压电传感器接收桡性纤维柱传递的被检测部位的震动信号。

进一步地，所述压电传感器包括多个，每个压电传感器均设置所述桡性纤维柱，多个压电传感器分区域地设置于穿戴设备本体上；

多个压电传感器分别采集被检测部位的震动信号，并对各压电传感器采集的信号进行求差分析，通过预设的过滤公式进行过滤干扰信号。

进一步地，所述桡性纤维柱远离压电传感器的一端设置球面形触头。

进一步地，所述桡性纤维柱为从一端向另一端逐渐变粗的桡性纤维柱，其中，粗的一端安装于所述压电传感器。

进一步地，所述桡性纤维柱与压电传感器连接的一端设置有冠状物，桡性纤维柱通过所述冠状物粘合于压电传感器。

进一步地，所述压电传感器包括压电薄膜传感器或压电陶瓷传感器。

进一步地，当压电传感器为压电薄膜传感器时，

所述穿戴设备本体固定安装所述压电薄膜传感器的压电薄膜的部位为柔性部位时，所述压电薄膜通过柔性层或直接安装于穿戴设备本体上；

所述穿戴设备本体固定安装所述压电薄膜传感器的压电薄膜的部位为硬质部位时，所述压电传感器通过柔性层安装于穿戴设备本体上。

本发明还提供一种穿戴设备采集人体生理信号的方法，所述穿戴设备包括穿戴设备本体、压电传感器和桡性纤维柱；所述穿戴设备本体上设置压电传感器，压电传感器朝向人体检测部位的侧壁上设置所述桡性纤维柱；所述方法包括步骤：

在佩戴所述穿戴式设备时，桡性纤维柱压迫式地与人体被检测部位接触；

通过压电传感器采集桡性纤维柱的震动信号；

根据震动信号获取人体对应的生理信号。

进一步地，当所述压电传感器在所述穿戴设备上设置有多个时，所述通过压电传感器采集桡性纤维柱的震动信号的步骤之后还包括：

将各个压电传感器采集的信号进行求差分析，根据预设的过滤公式，过滤干扰信号。

本发明的采集人体震动信号的穿戴设备，在穿戴设备本体上设置压电传感器，然后在压电传感器上设置桡性纤维柱，桡性纤维柱与检测部位压迫式接触后，可以将检测部位的震动情况良好的传递给压电传感器，所以穿戴设备本体无需紧紧地与人体皮肤接触也可以准确、可靠地采集检测部位的震动信号。

附图说明

图1为本发明一实施例的采集人体震动信号的穿戴设备的结构示意图；

图2为本发明一具体实施例的采集人体震动信号的穿戴设备的结构示意图；

图3为本发明一实施例的压电传感器与桡性纤维柱连接、以及桡性纤维柱的结构示意图；

图4为本发明另一实施例的压电传感器与桡性纤维柱连接、以及桡性纤维柱的结构示意图；

图5为本发明一具体实施例的采集人体震动信号的穿戴设备的结构示意图；

图6为本发明一实施例采集人体生理信号的方法的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，本发明实施例提出一种采集人体震动信号的穿戴设备，包括穿戴设备本体10、压电传感器20和桡性纤维柱30；所述穿戴设备本体10上设置压电传感器20，压电传感器20朝向人体被检测部位的侧壁上设置所述桡性纤维柱30；在佩戴所述穿戴式设备时，桡性纤维柱30与被检测部位压迫式接触；所述压电传感器20接收桡性纤维柱传递的被检测部位的震动信号。

上述穿戴设备本体10是一种人体穿戴设备的主体，比如智能手环的环体11、智能戒指的环体、智能眼镜的支架等。穿戴设备本体10上一般还会设置电源、处理器、信号传输装置等，处理器用于处理传感器采集的数据，信号传输装置将待处理和/或处理好的数据传输到外部电脑、手机等智能设备上，还有一些穿戴设备本体10上还会设置显示装置等，而电源用于给各部件供电。

上述压电传感器20是一种可以灵敏地感应压力信号的传感器，如压电薄膜传感器、压电陶瓷传感器等，可以准确、快速地将压力转换为电信号等。

上述桡性纤维柱30是一种如各种毛发的具有弹性的细小柱状体，当桡性纤维柱30被压迫时会进行弹性收缩，并随着压迫形变的变化而产生不同的弹力。可以准确、快速地反应被压迫的情况。

上述压迫式接触，是指桡性纤维柱30被压缩地与检测部位接触，使其能够反应检测部位的震动情况。

上述被检测部位，是指穿戴设备需要检测的人体震动信号所要接触的位置，比如通过智能手环检测脉搏，则需要将桡性纤维柱30压迫式的接触人体手腕内侧靠近血管的位置等。

本实施例的采集人体震动信号的穿戴设备，可以通过采集到的震动信号分析出人体生理信号，比如通过手腕内侧的震动信号分析出脉搏、脉搏波等人体生理信号，根据脉搏波间接地计算出血压等数据。还可以检测到人体肌肉活动等生理信号。分析震动信号的装置可以设置于穿戴设备上，如直接设置于压电传感器上，也可以通过数据传输装置，将震动信号传输到外部的手机、电脑等智能设备上分析出人体相对应的生理数据。

本实施例中，上述压电传感器20包括多个，每个压电传感器20均设置所述桡性纤维柱30，多个压电传感器20分区域地设置于穿戴设备本体10上。多个压电传感器20分区域设置，并分别采集检测部位的震动信号，那么当一个或几个压电传感器20采集的信号差异过大，或未采集到震动信号时，则可以认为此时采集到的某些信号是干扰信号，进行过滤，即对多个压电传感器20采集的信号进行求差分析，根据预设的过滤公式将干扰信号过滤掉。如图2所示，穿戴设备为一个智能手环，其本体为环体11，在环体11的内侧壁上设置三个压电传感器20，在使用时，使三个压电传感器20位于手腕的内侧，即三个压电传感器20通过桡性纤维柱30均采集手腕内侧血管产生的震动信号，当采集的信号一致或在允许的差异范围内时，认为采集的震动信号正常，当人体做出甩动手腕或受到外部干扰等动作时，各压电传感器20采集的震动信号会同时发生明显的差异较大的变化，此时可以认为产生的震动信号是干扰信号而进行过滤处理，将对所有压电传感器20产生的几乎影响相同的信号过滤掉，仅保留所需的局部信号，从而获取可靠的传感。

参照图3和图4，本实施例中，上述桡性纤维柱30为从一端向另一端逐渐变粗的桡性纤维柱30，其中，粗的一端安装于所述压电传感器20。桡性纤维柱30粗的一端安装于压电传感器20，可以提高桡性纤维柱30安装的稳定性，同时提高桡性纤维柱30的弹力回复性能，更好的传递被检测部位的震动信号等。

参照图3，上述桡性纤维柱30与压电传感器连接的一端设置有冠状物32，桡性纤维柱30通过所述冠状物32粘合于压电传感器20。上述冠状物32可以为圆形、方形、三角形等，也可以是其它多边形。桡性纤维柱30一般设置于冠状物32的中心位置。在一具体实施例中，桡性纤维柱30与冠状物32的组合形状犹如大头图钉，大头图钉的大头部即为冠状物32，可以提高桡性纤维柱30的安装可靠性。冠状物32的设置，不但提高了桡性纤维柱30的安装稳定性，还会在桡性纤维柱30被压迫向侧方倾斜时对冠状物32进行拉扯、挤压，而冠状物32会对压传感器20进行拉扯、挤压，从而提高震动传感的性能。

参照图4，在另一实施例中，可以提供一块面积较大的冠状物32，然后在上面安装多个桡性纤维柱30，然后将冠状物贴附于压电传感器20。需要注意的是，柔性过渡层32的厚度不可以过厚，根据使用环境将其设置在一个合理的厚度范围内，一般在0.2～1毫米左右，防止影响桡性纤维柱30将震动传递到压电传感器20的效果。

本实施例中，上述桡性纤维柱30远离压电传感器20的一端设置球面形触头31。上述球面形触头31即桡性纤维柱30朝向皮肤的一端为球面形，可以为球形结构，也可以为半球形等结构，球面形触头31可以减少桡性纤维柱30与接触皮肤时产生的压强，所以球面形触头31可以降低对皮肤的刺激，提高使用者的使用舒适度。

本实施例中，上述桡性纤维柱30可以垂直设置于压电传感器20的采集面，也可以成一定角度的设置于压电传感器20的采集面，但是不可以躺卧于压电传感器20的采集面。

本实施例中，当压电传感器20为压电薄膜传感器时，上述穿戴设备本体10固定安装所述压电薄膜传感器的压电薄膜的部位为柔性部位时，所述压电薄膜通过柔性层21或直接安装于穿戴设备本体10上；因为穿戴设备本体10与压电薄膜连接的部位如果是硬质结构，那么就会限定压电薄膜的形变空间而影响压电薄膜的正常使用，从而影响压电薄膜传感器的准确，所以此时，即可以通过柔性层21与穿戴设备本体10连接，也可以不使用柔性层21连接。如果上述穿戴设备本体10固定安装所述压电薄膜传感器的压电薄膜的部位为硬质部位时，则压电传感器20一定要通过柔性层21安装于穿戴设备本体10上，可以提高压电薄膜传感器的准确。

参照图5，在一具体实施例中，上述穿戴设备为一个智能眼镜，在智能眼镜的一个支脚12对应头部颞侧后部的位置设置压电传感器20，压电传感器20上设置桡性纤维柱30，当使用者佩戴智能眼镜时，桡性纤维柱30挤压于使用者的头部颞侧后部处的皮肤，那么桡性纤维柱30可以将头部颞侧后部处的皮肤下的血管跳动情况传递给压电传感器20，根据检测到的震动信号可以获取使用者的脉搏等生理信号。为了提高检测的准确性，将设置多个压电传感器20，并分别通过对应的桡性纤维柱30检测头部颞侧后部处的皮肤下的血管跳动情况，并通过求差分析的方法将压电传感器20产生的几乎影响相同的信号过滤掉，仅保留所需的局部信号，从而获取可靠的传感。因为智能眼镜有两个支脚12，所以可以每个支脚12上均设置压电传感器20和桡性纤维柱30，将两侧检测的震动信号综合分析，得到更加准确的人体生理信号等。本实施例中，压电传感器20为压电薄膜传感器，由于眼镜支脚为硬质结构，所以压电薄膜传感器与支脚12之间设置柔性层21。本实施例的智能眼镜，无需改变支脚12的整体结构即可检测到脉搏等生理信号，提高其实用效率。

本发明实施例的采集人体震动信号的穿戴设备，通过桡性纤维柱30与人体的检测部位接触，无需压电传感器20直接与检测部位接触，所以无需将穿戴设备本体10过紧的佩戴于被检测部位，防止被检测部位因外物长时间压迫而发生麻木的情况，而桡性纤维柱30不但可以传递检测部位的震动情况，还具有一定的按摩功效。

参照图6所示，本发明实施例中，还提供一种穿戴设备采集人体生理信号的方法，其中穿戴设备包括穿戴设备本体10、压电传感器20和桡性纤维柱30；所述穿戴设备本体10上设置压电传感器20，压电传感器20朝向人体被检测部位的侧壁上设置所述桡性纤维柱30。所述采集人体生理信号的方法步骤为：

S1、在佩戴所述穿戴式设备时，桡性纤维柱30压迫式地与人体被检测部位接触；

S2、通过压电传感器20采集桡性纤维柱30的震动信号；

S3、根据震动信号获取人体对应的生理信号。

如上述步骤S1所述，上述压迫式接触，是指桡性纤维柱30被压缩地与检测部位接触，使其能够反应检测部位的震动情况。只有桡性纤维柱30需要与检测部位压迫式接触，桡性纤维柱30才能够准确的获取到检测部位的震动情况，以保证压电传感器20可以可靠的获取到震动信号。

如上述步骤S2所述，上述压电传感器20是一种可以灵敏地感应压力信号的传感器，如压电薄膜传感器、压电陶瓷传感器等，可以准确、快速地将压力转换为电信号等。

如上述步骤S3所述，上述桡性纤维柱30传递给压电传感器20的震动强度和频率不同，会产生不同强度和频率的电信号，从而使电信号可以反应出桡性纤维柱30的震动情况，而桡性纤维柱30的震动情况即为检测部位的震动情况，检测部位的震动情况可以反应处人体相对应的生理信号，如反映出人体的脉搏、脉搏波、心率等。本实施例中，分析震动信号的装置可以设置于穿戴设备上，如直接设置于压电传感器上，也可以通过数据传输装置，将震动信号传输到外部的手机、电脑等智能设备上分析出人体相对应的生理数据。

本实施例中，当所述压电传感器在所述穿戴设备上设置有多个时，上述通过压电传感器20采集桡性纤维柱30的震动信号的步骤S2之后还包括：

S21、将各个压电传感器采集的信号进行求差分析，根据预设的过滤公式，过滤干扰信号。

上述穿戴设备在使用过程中往往会因为使用者的自身运动或者外部事物撞击等而产生巨大的震动如果该震动变化明显则很容易被识别过滤掉，但是如果有规律的产生的干扰震动则不易被识别过滤，所以使穿戴设备检测存在传感不可靠的情况，通过上述求差的方法进行分析，可以将影响相同的干扰过滤掉，很好的解决干扰的问题。上述求差的分析方法即各压电传感器20采集的压电信号进行相减，然后根据相减结果判断是否存在干扰信号，如果存在则根据预设的过滤公式，只保留需要的局部信号，其它的全部过滤掉。

如在一具体实施例中，如图2所示，穿戴设备为一个智能手环，其本体为环体11，在环体11的内侧壁上设置三个压电传感器20，在使用时，使三个压电传感器20位于手腕的内侧，即三个压电传感器20通过桡性纤维柱30均采集手腕内侧血管产生的震动信号，当采集的信号一致或在允许的差异范围内时，认为采集的震动信号正常，当人体做出甩动手腕或受到外部干扰等动作时，各压电传感器20采集的震动信号会同时发生明显变化，此时可以认为产生的震动信号是干扰信号而进行过滤处理，将对所有压电传感器20产生的几乎影响相同的信号过滤掉，仅保留所需的局部信号，从而获取可靠的传感；又或者三个压电传感器20中有的压电传感器20采集到过大或过小的压电信号，而有的压电传感器20未采集到压电信号，那么也可以认为该时的信号中存在干扰信号，将此时采集到的信号过滤掉，仅保留所需的局部信号，从而获取可靠的传感。本实施例中，可以将所有压电传感器20产生的几乎影响相同的信号过滤掉，仅保留所需的局部信号，从而获取可靠的传感，大大提高了穿戴设备的使用效率，提高穿戴设备检测的准确性。本发明实施例上述采集人体生理信号的方法，通过桡性纤维柱30与人体的检测部位接触，无需压电传感器20直接与检测部位接触，所以无需将穿戴设备本体10过紧的佩戴与检测部位，防止检测部位因外物长时间压迫而发生麻木的情况，而桡性纤维柱30不但可以传递检测部位的震动情况，还具有一定的按摩功效。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图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他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种采集人体震动信号的穿戴设备，其特征在于，包括穿戴设备本体、压电传感器和桡性纤维柱；

所述穿戴设备本体上设置压电传感器，压电传感器朝向人体被检测部位的侧壁上设置所述桡性纤维柱；

在佩戴所述穿戴式设备时，桡性纤维柱与被检测部位压迫式接触；所述压电传感器接收桡性纤维柱传递的被检测部位的震动信号。

2.根据权利要求1所述的采集人体震动信号的穿戴设备，其特征在于，所述压电传感器包括多个，每个压电传感器均设置所述桡性纤维柱，多个压电传感器分区域地设置于穿戴设备本体上；

多个压电传感器分别采集被检测部位的震动信号，并对各压电传感器采集的信号进行求差分析，通过预设的过滤公式进行过滤干扰信号。

3.根据权利要求1所述的采集人体震动信号的穿戴设备，其特征在于，所述桡性纤维柱远离压电传感器的一端设置球面形触头。

4.根据权利要求1所述的采集人体震动信号的穿戴设备，其特征在于，所述桡性纤维柱为从一端向另一端逐渐变粗的桡性纤维柱，其中，粗的一端安装于所述压电传感器。

5.根据权利要求1所述的采集人体震动信号的穿戴设备，其特征在于，所述桡性纤维柱与压电传感器连接的一端设置有冠状物，桡性纤维柱通过所述冠状物粘合于压电传感器。

6.根据权利要求1所述的采集人体震动信号的穿戴设备，其特征在于，所述压电传感器包括压电薄膜传感器或压电陶瓷传感器。

7.根据权利要求6所述的采集人体震动信号的穿戴设备，其特征在于，当压电传感器为压电薄膜传感器时，

所述穿戴设备本体固定安装所述压电薄膜传感器的压电薄膜的部位为柔性部位时，所述压电薄膜通过柔性层或直接安装于穿戴设备本体上；

所述穿戴设备本体固定安装所述压电薄膜传感器的压电薄膜的部位为硬质部位时，所述压电传感器通过柔性层安装于穿戴设备本体上。

8.一种穿戴设备采集人体生理信号的方法，其特征在于，所述穿戴设备包括穿戴设备本体、压电传感器和桡性纤维柱；所述穿戴设备本体上设置压电传感器，压电传感器朝向人体检测部位的侧壁上设置所述桡性纤维柱；所述方法包括步骤：

在佩戴所述穿戴式设备时，桡性纤维柱压迫式地与人体被检测部位接触；

通过压电传感器采集桡性纤维柱的震动信号；

根据震动信号获取人体对应的生理信号。

9.一种通过权利要求8所述的穿戴设备采集人体生理信号的方法，其特征在于，当所述压电传感器在所述穿戴设备上设置有多个时，所述通过压电传感器采集桡性纤维柱的震动信号的步骤之后还包括：

将各个压电传感器采集的信号进行求差分析，根据预设的过滤公式，过滤干扰信号。