CN106073705A - 压电装置和睡眠监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压电装置，包括：上压板，其包括上压板面板，以及位于所述上压板面板下侧的具有多个垂直向下的第一凸起的第一凸起组；下垫板，其包括位于上压板的下方且平行于所述上压板面板的下垫板面板，以及位于所述下垫板面板上侧的具有多个垂直向上的第二凸起的第二凸起组；以及压电面板，所述压电面板夹在所述第一凸起组和所述第二凸起组之间。本发明还公开了一种睡眠监测装置。本发明的有益效果在于：通过多个位于压电面板上下侧的交错排列的第一接触面和第二接触面，使压电面板产生多次形变，从而形成多个电信号的叠加，在受到相同压力的情况下，可以输出更强的电信号。

Description

压电装置和睡眠监测装置

技术领域

本发明涉及信号与信息处理领域，更具体地，本发明涉及一种压电装置和睡眠监测装置。

背景技术

压电面板是一种动态应变传感器，当压电面板被拉伸或弯曲时，面板上下电极表面之间就会产生一个电信号。一般的压电材料都对压力敏感，但对于压电面板来说，如果对面板大面积施加同样的力时，产生的应力会相对较小。因此，面板上下电极表面之间产生的信号也相应较少。

由于压电面板的压电响应在相当大的动态范围内都是线性的，因此即能探测非常微小的物理信号又能感受到大幅度的活动。在实际应用中，压电面板可用于睡眠紊乱研究中探测胸部，腿部，眼部肌肉和皮肤的运动，因此，可以在睡眠过程中，用于监测受测者的心跳、呼吸等参数，进而获取受测者的睡眠参数。

然而，传统压电装置的压电面板由于大面积均衡受力，因此产生应力较小，不能够精确地探测微小的物理或生理信号。因此，当传统压电装置用于监测用户的心跳、呼吸时，有可能会漏检用户微弱的呼吸和/或心跳，导致最终得出的数据不够精确。

因此，确有必要提供一种具有高灵敏度的压电装置，可以精确地检测到微小的物理或生理信号，进而可以应用于睡眠监测中，用于监测受测者的心跳、呼吸等参数。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种压电装置以及一种睡眠监测装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种压电装置，包括：

上压板，包括上压板面板，以及位于该上压板面板下侧的多个垂直向下的第一凸起；

下垫板，包括位于上压板的下方且平行于该上压板面板的下垫板面板，以及位于该下垫板面板上侧的多个垂直向上的第二凸起；

压电面板，该压电面板夹在该第一凸起和该第二凸起之间；

其中，该第一凸起与该压电面板上侧接触，形成多个第一接触面，该第二凸起与该压电面板下侧接触，形成多个第二接触面，该第一接触面与该第二接触面在压电面板上的正投影上交错排列。

在其中一个实施例中，该第一接触面与该第二接触面在压电面板上的正投影没有相叠的部分。

在其中一个实施例中，每个第一接触面和与其相邻的第二接触面在压电面板上的正投影上均无缝隙；每个该第二接触面和与其相邻的第一接触面在压电面板上的正投影上均无缝隙。

在其中一个实施例中，每个第一接触面和与其相邻的第二接触面在压电面板上的正投影上均具有缝隙；每个该第二接触面和与其相邻的第一接触面在压电面板上的正投影上均具有缝隙。

在其中一个实施例中，该第一凸起和/或第二凸起为圆形或者方形。

在其中一个实施例中，该第一凸起和第二凸起由刚性材料构成。

在其中一个实施例中，该压电面板包括压电薄膜和压电陶瓷。

在其中一个实施例中，该压电面板包括用于传送电信号的触头。

本发明还提供了一种睡眠监测装置，包括：

如上文所述的压电装置；

与该压电装置串联连接的滤波放大电路；

与该滤波放大电路串联连接的A/D转换电路；

与该A/D转换电路串联连接的控制器；

无线传输模块；

通过该无线传输模块与该控制器无线串联连接的智能终端。

在其中一个实施例中，该无线传输模块包括蓝牙模块、GPRS模块、WiFi模块或ZigBee模块。

在其中一个实施例中，该压电装置与该滤波放大电路、该滤波放大电路与该A/D转换电路、该A/D转换电路与该控制器均通过有线方式连接。

本发明的有益效果在于：通过多个位于压电面板上下侧的交错排列的第一接触面和第二接触面，使压电面板产生多次形变，从而形成多个电信号的叠加，在受到相同压力的情况下，可以输出更强的电信号。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明压电装置和睡眠监测装置进行详细说明，其中：

图1为根据本发明第一实施例的压电装置的结构示意图；

图2为根据本发明第二实施例的压电装置的局部示意图；

图3为根据本发明第三实施例的压电装置的局部示意图；

图4为根据本发明第四实施例的压电装置的结构示意图；以及

图5为根据本发明第五实施例的睡眠监测装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不作为本发明保护范围的限制。

第一实施例：

如图1所示，本发明实施例提供了一种压电装置100，装置100包括：

上压板102，包括上压板面板102′，以及位于该上压板面板102′下侧的多个垂直向下的第一凸起1021、1022、1023、1024、1025和1026；

下垫板104，包括位于上压板102的下方且平行于该上压板面板102′的下垫板面板104′，以及位于该下垫板面板104′上侧的多个垂直向上的第二凸起1041、1042、1043、1044、1045和1046；

还包括夹在第一凸起1021、1022、1023、1024、1025和1026和第二凸起1041、1042、1043、1044、1045和1046之间的压电面板106；

其中，第一凸起1021、1022、1023、1024、1025和1026与压电面板106上侧接触，形成多个第一接触面，该第一接触面即为第一凸起1021、1022、1023、1024、1025和1026的下端端面；该第二凸起1041、1042、1043、1044、1045和1046与该压电面板106下侧接触，形成多个第二接触面，该第二接触面即为第二凸起1041、1042、1043、1044、1045和1046的上端端面。所述压电面板为平板状，第一接触面在压电面板上的正投影与第二接触面在压电面板上的正投影交错排列。

参考图1，上压板102的第一凸起1021、1022、1023、1024、1025和1026位于压电面板106的上方，并通过第一凸起1021、1022、1023、1024、1025和1026的下端端面，即第一接触面，与压电面板106接触。同时，下垫板104的第二凸起1041、1042、1043、1044、1045和1046位于压电面板106的下方，并通过第二凸起1041、1042、1043、1044、1045和1046的上端端面，即第二接触面，与压电面板106接触。当向压电装置100施加向下的力时，即上压板102受到向下的压力时，上压板102通过第一凸起1021、1022、1023、1024、1025和1026向压电面板106施加多个垂直向下的力。此时，下垫板104的第二凸起1041、1042、1043、1044、1045和1046支撑压电面板106，对其施加多个垂直向上的力。

由于第一接触面在压电面板上的正投影与第二接触面在压电面板106上的正投影交错排列，即第一凸起1021、1022、1023、1024、1025和1026的下端端面在压电面板106的正投影与第二凸起1041、1042、1043、1044、1045和1046的上端端面在压电面板106的正投影不仅相互不相叠，并且，每个第一凸起1021、1022、1023、1024、1025和1026的下端端面在压电面板106的正投影分别与若干第二凸起1041、1042、1043、1044、1045和1046的上端端面在压电面板106的正投影相邻；同样地，每个第二凸起1041、1042、1043、1044、1045和1046的上端端面在压电面板106的正投影分别与若干第一凸起1021、1022、1023、1024、1025和1026的下端端面在压电面板106的正投影相邻。

因此，当压电装置100受到垂直向下的力时，压电面板106就会在上压板102的第一凸起1021、1022、1023、1024、1025和1026和下垫板104的第二凸起1041、1042、1043、1044、1045和1046之间的凹凸交界处产生形变，每一个形变都会产生一个电信号，由于第一接触面在压电面板上的正投影与第二接触面在压电面板上的正投影上交错排列，因此在每个第一接触面－第二接触面的交界处都会形成电信号，进而形成多个电信号的叠加。相对于传统的板与板之间受压，本实施例中的压电装置可以产生更强的电信号输出。

具体到本实施例中，再次参考图1，第一凸起1021与第二凸起1041相邻，因此，在第一凸起1021与第二凸起1041之间产生一次形变；第一凸起1022与第二凸起1041、1042之间产生两次形变；第一凸起1023与第二凸起1042、1043之间产生两次形变。同样地，第一凸起1024与第二凸起1044之间产生一次形变；第一凸起1025与第二凸起1044、1045之间产生两次形变；第一凸起1026与第二凸起1045、1046之间产生两次形变。因此，在上压板102具有6个第一凸起，下垫板104具有6个第二凸起的情况下，当压电装置100受到垂直向下的力时，可产生10个形变，进而产生10个电信号，最后得到10个电信号的叠加输出。

在本实施例中，第一凸起1021、1022、1023、1024、1025和1026和第二凸起1041、1042、1043、1044、1045和1046均为长方体。然而，在其他实施例中，第一凸起和第二凸起亦可以是其他的形状，并且第一凸起和第二凸起可以是不同的形状、高度，均不影响实现本发明欲实现的技术效果。

优选地，第一凸起1021、1022、1023、1024、1025和1026和第二凸起1041、1042、1043、1044、1045和1046由刚性材料构成。

优选地，压电面板106包括压电薄膜和压电陶瓷。

优选地，压电面板106包括用于传送由于压力而生成的电信号的触头1061、1062。

第二实施例：

图2为根据本发明第二实施例的压电装置200局部示意图。为描述目的，图2省略了压电面板、上压板面板、下垫板面板，仅保留了第一凸出2021、2022、2023以及第二凸出2041、2042和2043。

作为对第一实施例的改进，在第二实施例中，第一凸出2021、2022、2023和第二凸出2041、2042和2043的位置关系满足：

当将压电面板移除后，并向压电装置200施加向下的力时，第一凸出2021、2022、2023和第二凸出2041、2042和2043可以无缝隙啮合。换言之，第二实施例中的每个第一接触面在压电面板上的正投影和与其相邻的第二接触面在压电面板上的正投影之间没有缝隙。

第二实施例的有益效果在于：在单位面积的压电面板上，可以配置尽可能多的凸起，从而增加形变的数量。

第三实施例：

图3为根据本发明第三实施例的压电装置300局部示意图。为描述目的，图3省略了压电面板、上压板面板、下垫板面板，仅保留了第一凸出3021、3022、3023以及第二凸出3041、3042和3043。

作为对第一实施例的改进，在第三实施例中，第一凸出3021、3022、3023和第二凸出3041、3042和3043的位置关系满足：

第一凸出3021、3022、3023在压电面板上的正投影和与其相邻的第二凸起3041、3042和3043在压电面板上的正投影之间具有缝隙；第二凸起3041、3042和3043在压电面板上的正投影和与其相邻的第一凸起3021、3022、3023在压电面板上的正投影之间具有缝隙。

第三实施例的有益效果在于：利用该缝隙，在每一对相邻第一凸起和第二凸起之间的交界处可以充分形变，相对于第二实施例，可以提高单次形变产生的电信号的量。

为了既增加形变的数量，又不影响单次形变产生的电信号的量，可以在保持第三实施例中所描述的缝隙的前提下，减少第一凸起和第二凸起的宽度和厚度，从而在单位面积的压电面板上可以配置尽可能多的第一接触面和第二接触面。

第四实施例：

作为对第一实施例的变换，如图4所示，第四实施例中采用的第一凸起与第二凸起分别为柱状，并且第一凸起和第二凸起的直径有差异。在其他实施例中，第一凸起和第二凸起的直径也可以相同。

第五实施例：

如图5所示，本发明第五实施例提供了一种睡眠监测装置500，该睡眠监测装置500包括：

如第一实施例所述的压电装置100；

与该压电装置串联连接的滤波放大电路502；

与该滤波放大电路502串联连接的A/D转换电路504；

与该A/D转换电路504串联连接的控制器506；

无线传输模块508；

通过该无线传输模块508与该控制器506无线串联连接的智能终端510。

优选地，该无线传输模块508包括蓝牙模块、GPRS模块、WiFi模块或ZigBee模块。

优选地，该压电装置100与该滤波放大电路502、该滤波放大电路502与该A/D转换电路504、该A/D转换电路504与该控制器506均通过有线方式连接。

第五实施例提供的一种睡眠监测装置500对压电装置100产生的电信号进行放大滤波，将高频信号滤掉，去噪，然后经过A/D转换，转换成数字信号，将数字信号发送给控制器506，控制器506将数字信号进行FFT变化，把时域数字信号转换为频域数字信号，然后在频域进行滤波和特征提取。提取出呼吸、心跳的特征频率f，1/f就是此时对应的一分钟的呼吸、心路次数即呼吸率或心率。然后通过睡眠时的心率和呼吸率的变化可以反映出此时的睡眠状态；然后将得到心率、呼吸率等睡眠信息通过蓝牙等无线传输到手机等智能终端。

睡眠监测装置500可以放在用户的枕头里面，或者放在枕头和床垫中间，也可以放在床垫侧面和床垫下面等可以检测到人在床上睡眠时的振动信号的地方，同时不影响睡感。

根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (11)

1.一种压电装置，其特征在于，所述压电装置包括：

上压板，其包括上压板面板，以及位于所述上压板面板下侧的多个垂直向下的第一凸起；

下垫板，其包括位于上压板的下方且平行于所述上压板面板的下垫板面板，以及位于所述下垫板面板上侧的多个垂直向上的第二凸起；

压电面板，所述压电面板夹在所述第一凸起和所述第二凸起之间；

其中，所述第一凸起与所述压电面板上侧接触，形成多个第一接触面，所述第二凸起与所述压电面板下侧接触，形成多个第二接触面，所述第一接触面在压电面板上的正投影与所述第二接触面在压电面板上的正投影交错排列。

2.根据权利要求1所述的压电装置，其特征在于，所述第一接触面在压电面板上的正投影与所述第二接触面在压电面板上的正投影没有相叠的部分。

3.根据权利要求1或2所述的压电装置，每个第一接触面在压电面板上的正投影和与其相邻的第二接触面在压电面板上的正投影之间没有缝隙；每个所述第二接触面在压电面板上的正投影和与其相邻的第一接触面在压电面板上的正投影之间没有缝隙。

4.根据权利要求1或2所述的压电装置，每个第一接触面在压电面板上的正投影和与其相邻的第二接触面在压电面板上的正投影之间具有缝隙；每个所述第二接触面在压电面板上的正投影和与其相邻的第一接触面在压电面板上的正投影之间具有缝隙。

5.根据权利要求1所述的压电装置，其特征在于，所述第一凸起和/或第二凸起为圆形或者方形。

6.根据权利要求1所述的压电装置，其特征在于，所述第一凸起和第二凸起由刚性材料构成。

7.根据权利要求1所述的压电装置，其特征在于，所述压电面板包括压电薄膜和压电陶瓷。

8.根据权利要求1所述的压电装置，其特征在于，所述压电面板包括用于传送电信号的触头。

9.一种睡眠监测装置，其特征在于，所述睡眠监测装置包括：

如权利要求1－8中任一项所述的压电装置；

与所述压电装置串联连接的滤波放大电路；

与所述滤波放大电路串联连接的A/D转换电路；

与所述A/D转换电路串联连接的控制器；

无线传输模块；

通过所述无线传输模块与所述控制器无线串联连接的智能终端。

10.根据权利要求9所述的睡眠监测装置，其特征在于，所述无线传输模块包括蓝牙模块、GPRS模块、WiFi模块或ZigBee模块。

11.根据权利要求9所述的睡眠监测装置，其特征在于，所述压电装置与所述滤波放大电路、所述滤波放大电路与所述A/D转换电路、所述A/D转换电路与所述控制器均通过有线方式连接。