CN106606357A - 一种基于传感技术的体征参数测量口罩 - Google Patents

一种基于传感技术的体征参数测量口罩 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于传感技术的体征参数测量口罩，包括：口罩面料及耳塞、温度传感器、湿度传感器、空气传感器、颗粒物传感器、光源和光接收器、处理器以及电源。本发明在传统口罩的基础上，在口罩及耳塞内增加一些低功耗的传感器和处理器，实时的测量空气质量和人体的体征参数，如空气质量、呼吸频率、心率、血氧等参数。这些参数可以通过耳塞与口罩搭扣，直接播音。通过随身携带的手机、平板、笔记本，以及固定的台式计算机，不间断的接收最终的数据，这些测量数据可以存放到云端，其中的人体体征数据可以用医生建议的多种组合方式给出报表，有效把握身体状况。

Description

一种基于传感技术的体征参数测量口罩
技术领域
本发明涉及电子、信号处理及信号传输领域，特别是涉及一种基于传感技术的体征参数测量口罩。
背景技术
随着社会的进步，生活水平的提高，人们对自身的健康状况越来越关注；电子技术、计算机技术、低功耗计算技术的发展为人们的健康关注点提供了技术的实现手段。传统医学器械能够提供足够精确的测量结果，但是，由于传统医学器械需要在特殊场所使用，使用也不够舒适，同时测量无法随时进行。这些限制条件无法让大家在舒适的环境、放松的心情、随时随地了解健康状况。
由于芯片技术的发展，出现了很多低功耗、小型化的处理器和传感器。通过这些处理器和传感器的协同，可以实时、连续、方便的测量很多人体的生理数据，比如在走路、运动、饮食等日常活动过程中，可以获取能够描述人体体征的数据，结合相关算法，可以得到体温、心率、血氧、呼吸频率、肌肉紧张度等生理参数。整个过程是在人可以完全忽略这些处理器和传感器的存在的情况下进行的。这就是逐渐兴起的物联网产业在人体健康监测领域的重要应用。
目前，口罩是大家经常使用的个人卫生用品。由于气候原因，或者由于自身正在感冒，或者由于正在发生流行性感冒，此时一般都需要戴口罩。因此，在戴口罩的时候，人们尤其需要知道目前空气质量，自身的身体状况。因此，提供一种能够实时的测量空气质量和人体的体征参数智能口罩实属必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于传感技术的体征参数测量口罩，以实现一种能实时的测量空气质量和人体的体征参数的智能口罩。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于传感技术的体征参数测量口罩，包括：口罩面料及耳塞，所述口罩面料佩戴于人体脸部，所述耳塞佩戴于人体耳朵；温度传感器，设置于所述口罩面料中，用于采集人体温度信息；湿度传感器，设置于所述口罩面料中，用于采集人体呼吸湿度信息；空气传感器，设置于所述口罩面料中，用于检测空气中的有害气体浓度；颗粒物传感器，设置于所述口罩面料中，用于检测空气中的颗粒物浓度；光源和光接收器，设置于所述耳塞内，所述光源发射光线通过人体耳朵反射后形成带有光表征信息的反射光线，所述光接收器用于采集所述反射光线；处理器，设置于所述口罩内，并连接于所述温度传感器、湿度传感器、空气传感器、颗粒物传感器、光源及光接收器，用于对人体温度信息、人体呼吸湿度信息、有害气体浓度、颗粒物的浓度及带有光表征信息的反射光线的运算处理；以及电源，用于为体征参数测量口罩供电。
作为本发明的基于传感技术的体征参数测量口罩的一种优选方案，所述体征参数测量口罩还包括存储器，连接于所述处理器，用于存储所述处理器的运算处理结果。
作为本发明的基于传感技术的体征参数测量口罩的一种优选方案，所述体征参数测量口罩还包括无线连接模块，连接于所述处理器，用于体征参数测量口罩与智能设备、计算机或云端服务器的无线通讯，实现数据的发送及存储。
作为本发明的基于传感技术的体征参数测量口罩的一种优选方案，所述光源和光接收器设置于耳塞内靠近皮肤处，且所述光源和光接收器紧密排布。
作为本发明的基于传感技术的体征参数测量口罩的一种优选方案，所述光源的发射光线包括两束，第一束发射光线投射到人体耳朵皮肤，通过人体耳朵皮肤反射后形成带有光表征信息的反射光线，第二束发射光线直接进入光接收器作为参考光，以降低系统测量误差以及环境误差。
作为本发明的基于传感技术的体征参数测量口罩的一种优选方案，所述光源的波长设定为待测代谢物吸收最强的发射光线波长。
作为本发明的基于传感技术的体征参数测量口罩的一种优选方案，所述光表征信息包括心率信息及血氧浓度信息。
进一步地，包含心率信息的光源的波长选用为570nm，包含血氧浓度信息的光源的波长选用为660nm或940nm。
作为本发明的基于传感技术的体征参数测量口罩的一种优选方案，所述耳塞内设置有语音播放器，连接于所述处理器，用于语音信息播报。
作为本发明的基于传感技术的体征参数测量口罩的一种优选方案，所述有害气体浓度包括甲醛浓度、硫化氢浓度以及一氧化碳浓度，所述颗粒物浓度包括PM2.5。
如上所述，本发明的基于传感技术的体征参数测量口罩，具有以下有益效果：本发明在传统口罩的基础上，在口罩及耳塞内增加一些低功耗的传感器和处理器，实时的测量空气质量和人体的体征参数，如空气质量、呼吸频率、心率、血氧等参数。这些参数可以通过可以耳塞与口罩搭扣，直接播音。通过随身携带的手机、平板、笔记本，以及固定的台式计算机，不间断的接收最终的数据，这些测量数据可以存放到云端，其中的人体体征数据可以用医生建议的多种组合方式给出报表，有效把握身体状况。
附图说明
图1显示为本发明的基于传感技术的体征参数测量口罩的结构框图意图。
图2显示为本发明的基于传感技术的体征参数测量口罩的光源及光接收器的工作原理示意图。
元件标号说明
11 温度传感器
12 湿度传感器
13 空气传感器
14 颗粒物传感器
15 光源和光接收器
151 光源
152 光接收器
16 处理器
17 电源
18 存储器
19 无线连接模块
20 智能设备、计算机或云端
服务器
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1～图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1～图2是，本实施例提供一种基于传感技术的体征参数测量口罩，包括：口罩面料及耳塞、温度传感器11、湿度传感器12、空气传感器13、颗粒物传感器14、光源和光接收器15、处理器16以及电源17。
所述口罩面料及耳塞中的口罩面料佩戴于人体脸部，覆盖人体的鼻子和嘴巴，所述口罩面料通过系带固定于人体耳朵上，所述系带内部设置有导线，可以插接耳塞，所述耳塞佩戴于人体耳朵，覆盖人体耳部，所述耳塞内设置有语音播放器，连接于所述处理器16，用于语音信息播报。所述口罩面料可以为棉质、涤纶或高分子聚合物，或以上材质的多层复合材料，所述耳塞可以为如橡胶等高分子聚合物材料。
所述温度传感器11设置于所述口罩面料中，用于采集人体温度信息；所述温度传感器11可以为如红外温度传感器11等。
所述湿度传感器12设置于所述口罩面料中，用于采集人体呼吸湿度信息。
作为示例，由于人体呼吸过程中湿度会发生比较显著的变化，因此可以由湿度传感器12的数据给出呼吸频率和呼吸深度。
作为示例，所述湿度传感器12包括如湿敏电阻、湿敏电容等湿敏元件。
其中，湿敏电阻是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电阻的种类很多，例如金属氧化物湿敏电阻、硅湿敏电阻、陶瓷湿敏电阻等。湿敏电阻的优点是灵敏度高，主要缺点是线性度和产品的互换性差。
湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酷酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化。
在本实施例中，所述湿度传感器12选用为湿敏电阻，具体为金属氧化物湿敏电阻。
当然，除电阻式、电容式湿敏元件之外，还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件(利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率)、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等，可以依据需求进行替换。
所述空气传感器13设置于所述口罩面料中，用于检测空气中的有害气体浓度；在本实施例中，所述有害气体浓度包括甲醛浓度、硫化氢浓度以及一氧化碳浓度。当然，还可以包括酒精、香烟、氨气、甲苯等其他有害气体，并不限于此处所列举的示例。
所述颗粒物传感器14设置于所述口罩面料中，用于检测空气中的颗粒物浓度。在本实施例中，所述颗粒物浓度包括PM2.5。
本实施例的颗粒物传感器14的工作原理为：微粒和分子在光的照射下会产生光的散射现象，与此同时，还吸收部分照射光的能量。当一束平行单色光入射到被测颗粒场时，会受到颗粒周围散射和吸收的影响，光强将被衰减。如此一来便可计算出入射光通过待测浓度场的相对衰减率。而相对衰减率的大小基本上能线性反应待测场灰尘的相对浓度。光强的大小和经光电转换的电信号强弱成正比，通过测得电信号就可以计算出相对衰减率。
所述光源和光接收器15设置于所述耳塞内，所述光源151发射光线通过人体耳朵反射后形成带有光表征信息的反射光线，所述光接收器152用于采集所述反射光线。
在本实施例中，所述光源和光接收器15设置于口罩面料靠近皮肤处，且所述光源和光接收器15紧密排布，因此，环境光噪声对二者的影响可以认为相同。
如图2所示，在本实施例中，所述光源151的发射光线包括两束，第一束发射光线投射到人体耳朵皮肤，通过人体耳朵皮肤反射后形成带有光表征信息的反射光线，第二束发射光线直接进入光接收器152作为参考光，以降低系统测量误差以及环境误差。
在本实施例中，所述光源151的波长设定为待测代谢物吸收最强的发射光线波长。
在本实施例中，所述光表征信息包括心率信息及血氧浓度信息。
例如，包含心率信息的光源151的波长选用为570nm，包含血氧浓度信息的光源151的波长选用为660nm或940nm，需要测量的某种代谢物在某个波长有较强的吸收就加入该波长，因此，可以大大扩展本发明的测量信息种类范围。
处理器16，设置于所述口罩内，并连接于所述温度传感器11、湿度传感器12、空气传感器13、颗粒物传感器14、光源151及光接收器152，用于对人体温度信息、人体呼吸湿度信息、有害气体浓度、颗粒物的浓度及带有光表征信息的反射光线的运算处理。
所述体征参数测量口罩还包括存储器18以及无线连接模块19，所述存储器18连接于所述处理器16，用于存储所述处理器16的运算处理结果。所述无线连接模块19连接于所述处理器16，用于体征参数测量口罩与智能设备、计算机或云端服务器20的无线通讯，实现数据的发送及存储
所述处理器16在数据运算处理后分析结果可以通过所述存储器18进行存储，或者通过所述无线连接模块19进行数据传输后，可以在移动设备或者固定设备给出报表，多个传感器给出的数据经过处理器16分析后传送给手机、平板等智能设备，或者台式计算机等固定设备，最终在云端做更深入分析；其中比较紧急的，直接通过耳塞内的语音播放器给口罩佩戴者直接语音提醒，提醒方式按照内容不同区别给出，例如：有害气体浓度过高，PM2.5偏高，呼吸加重，体温过高，及时给口罩佩戴者提醒并给出建议措施。
所述电源17用于为体征参数测量口罩供电，在本实施例中，所述电源17与处理器16之间还连接有电源管理模块，用于管理及控制所述电源对处理器16的供电，包括体征参数测量口罩的充电，或者低电提醒等。
如上所述，本发明提供一种基于传感技术的体征参数测量口罩，包括：口罩面料及耳塞，所述口罩面料佩戴于人体脸部，所述耳塞佩戴于人体耳朵；温度传感器11，设置于所述口罩面料中，用于采集人体温度信息；湿度传感器12，设置于所述口罩面料中，用于采集人体呼吸湿度信息；空气传感器13，设置于所述口罩面料中，用于检测空气中的有害气体浓度；颗粒物传感器14，设置于所述口罩面料中，用于检测空气中的颗粒物浓度；光源和光接收器15，设置于所述耳塞内，所述光源151发射光线通过人体耳朵反射后形成带有光表征信息的反射光线，所述光接收器152用于采集所述反射光线；处理器16，设置于所述口罩内，并连接于所述温度传感器11、湿度传感器12、空气传感器13、颗粒物传感器14、光源151及光接收器152，用于对人体温度信息、人体呼吸湿度信息、有害气体浓度、颗粒物的浓度及带有光表征信息的反射光线的运算处理；以及电源17，用于为体征参数测量口罩供电。本发明在传统口罩的基础上，在口罩及耳塞内增加一些低功耗的传感器和处理器16，实时的测量空气质量和人体的体征参数，如空气质量、呼吸频率、心率、血氧等参数。这些参数可以通过耳塞与口罩搭扣，直接播音。通过随身携带的手机、平板、笔记本，以及固定的台式计算机，不间断的接收最终的数据，这些测量数据可以存放到云端，其中的人体体征数据可以用医生建议的多种组合方式给出报表，有效把握身体状况。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于传感技术的体征参数测量口罩，其特征在于，包括：
口罩面料及耳塞，所述口罩面料佩戴于人体脸部，所述耳塞佩戴于人体耳朵；
温度传感器，设置于所述口罩面料中，用于采集人体温度信息；
湿度传感器，设置于所述口罩面料中，用于采集人体呼吸湿度信息；
空气传感器，设置于所述口罩面料中，用于检测空气中的有害气体浓度；
颗粒物传感器，设置于所述口罩面料中，用于检测空气中的颗粒物浓度；
光源和光接收器，设置于所述耳塞内，所述光源发射光线通过人体耳朵反射后形成带有光表征信息的反射光线，所述光接收器用于采集所述反射光线；
处理器，设置于所述口罩内，并连接于所述温度传感器、湿度传感器、空气传感器、颗粒物传感器、光源及光接收器，用于对人体温度信息、人体呼吸湿度信息、有害气体浓度、颗粒物的浓度及带有光表征信息的反射光线的运算处理；
电源，用于为体征参数测量口罩供电。
2.根据权利要求1所述的基于传感技术的体征参数测量口罩，其特征在于：还包括存储器，连接于所述处理器，用于存储所述处理器的运算处理结果。
3.根据权利要求1所述的基于传感技术的体征参数测量口罩，其特征在于：还包括无线连接模块，连接于所述处理器，用于体征参数测量口罩与智能设备、计算机或云端服务器的无线通讯，实现数据的发送及存储。
4.根据权利要求1所述的基于传感技术的体征参数测量口罩，其特征在于：所述光源和光接收器设置于耳塞内靠近皮肤处，且所述光源和光接收器紧密排布。
5.根据权利要求1所述的基于传感技术的体征参数测量口罩，其特征在于：所述光源的发射光线包括两束，第一束发射光线投射到人体耳朵皮肤，通过人体耳朵皮肤反射后形成带有光表征信息的反射光线，第二束发射光线直接进入光接收器作为参考光，以降低系统测量误差以及环境误差。
6.根据权利要求1所述的基于传感技术的体征参数测量口罩，其特征在于：所述光源的波长设定为待测代谢物吸收最强的发射光线波长。
7.根据权利要求1所述的基于传感技术的体征参数测量口罩，其特征在于：所述光表征信息包括心率信息及血氧浓度信息。
8.根据权利要求7所述的基于传感技术的体征参数测量口罩，其特征在于：包含心率信息的光源的波长选用为570nm，包含血氧浓度信息的光源的波长选用为660nm或940nm。
9.根据权利要求1所述的基于传感技术的体征参数测量口罩，其特征在于：所述耳塞内设置有语音播放器，连接于所述处理器，用于语音信息播报。
10.根据权利要求1所述的基于传感技术的体征参数测量口罩，其特征在于：所述有害气体浓度包括甲醛浓度、硫化氢浓度以及一氧化碳浓度，所述颗粒物浓度包括PM2.5。
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