CN108495421B - 一种基于脑血氧参数的色温调节照明系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于脑血氧参数的色温调节照明系统，其包括近微控模块以及分别与微控模块相连的脑血氧测量模块、色温传感器、色温输出模块、光源模块、总控开关、指示灯以及按键模块。脑血氧测量模块用于测量人脑组织血氧参数，并向微控模块发送信号，色温传感器用于将当前测量的色温信息传输给微控模块；微控模块用于接收并处理计算其它模块向其传输的数据，与内置色温曲线相比后计算出最适宜色温，向其他模块发出指令以达到控制。色温输出模块在微控模块的控制下实现调节色温。本发明使用户始终处在最低脑力负荷状态，减轻用户作业负担，提高用户工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及照明相关的领域，尤其涉及一种基于脑血氧参数的色温调节照明系统。
背景技术
光源对人体产生的影响包括视觉效应和非视觉效应，其中视觉效应影响着人体的视功能和眼底健康，而非视觉效应影响着人体生理节律和内分泌。非视觉效应来源于视网膜光信号传播至皮层的非视觉通路。视交叉上核SCN通过腹外侧核PVN投射至中央前脑神经丛MFB和网状结构RF。其中SCN与生理节律相关，PVN与内分泌相关，MFB与情绪相关，RF与大脑觉醒水平(上行情况)和脊髓运动肌肉张力(下行情况)相关。在照明中，非视觉效应通常由色温或峰值光谱引起，很大程度上影响了人脑的信息处理能力，使人脑认知与学习能力发生大幅改变，从而影响工作效率。然而，目前对于照明光源色温的评价方法，存在一些局限：
1、多数评价是基于用户主观感觉，而非客观可测量的指标参数。主观感觉具有很大的不稳定性和不准确性，极易受到用户情绪和认知的影响。
2、即使有所选取的客观指标参数，并未与色温建立关系，无法指导色温应有的变化方向。
3、即使在无色温影响情况下，人脑在作业过程中也会积累脑力负荷，认知能力和情绪都会下降。因此最适宜人脑的色温变化应当考虑人脑本身对于脑力负荷的积累为前提。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可根据检测的用户脑血氧参数来自动调节系统输出的色温的照明系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于脑血氧参数的色温调节照明系统，其包括：
脑血氧测量模块，所述脑血氧测量模块与微控模块相连，其用于测量人脑组织血氧参数，并向所述微控模块发送信号；
色温传感器，所述色温传感器与微控模块相连，其用于将当前测量的色温信息传输给所述微控模块；
微控模块，所述微控模块用于接收并处理计算所述脑血氧测量模块和色温传感器传输的数据，与内置色温曲线相比后计算出最适宜色温；
色温输出模块，所述色温输出模块与所述微控模块相连，用于在微控模块的控制下调节色温；
光源模块，所述光源模块与所述微控模块相连，用于发光照明；
以及总控开关，所述总控开关与所述微控模块相连，用于为系统进行供电。
还包括按键模块，所述按键模块与所述微控模块相连，用于供用户根据自己的习惯选取合适的照明照度和色温输出曲线。
还包括指示灯，所述指示灯与所述微控模块相连，用于显示用户当前所选择的色温输出曲线。
其中脑血氧测量模块为近红外探测模块，其通过探头直接测量大脑组织的血氧参数。
所述色温输出曲线是根据输出最适宜色温的公式得到：
根据所测量的当前色温CT、所测量的当前脑血氧S和固有脑血氧S0，计算得出最适宜色温CT0。
当对群体进行测试时，将人群处在相同色温光源下，测量被试人群的当前色温CT、当前脑血氧S和固有脑血氧S0并求平均值，代入上述输出最适宜色温的公式，即可求出最适宜色温随时间变化曲线。
采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：
本发明以色温来描述光源的照明光品质，能够实时监控用户的脑血氧大小，据此来选取内置的色温曲线，自动调节系统输出的色温，使用户始终处在最低脑力负荷状态，减轻用户的作业负担，提高用户工作效率。本发明可用于照明相关的任何领域，具有极高的实用性。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为对某年龄段处于20～30岁的被试个体，根据其脑血氧特征拟合出的最适宜色温曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
氧是人体新陈代谢的重要物质，对氧寻求最大的人体组织是脑组织。脑部氧含量主要由脑组织内氧合血红蛋白提供，氧合血红蛋白与可结合血红蛋白含量之比即为脑血氧饱和度SpO2。脑血氧饱和度在临床上常用来监测病人状态。本发明选取脑血氧作为反映脑力负荷的指标参数，建立了脑力负荷表达式。根据此表达式，将脑力负荷参数与适宜的色温建立了对应关系。本发明可以适用于与照明相关的任何领域，为照明产品的设计提供指导。
1、脑力负荷与色温关系
在脑力作业过程中，无色温干扰的情况下，人脑自身负荷会随着作业时间t而呈指数形式积累
Lint＝L0·eβt
其中L0为固有脑力负荷，其数值大小与用户的个体特征相关。
当处在色温CT的光源照明下，单纯由色温引起的人脑积累额外负荷为：
Lextra＝L1·(CT-CT0)2
其中L1为色温负荷积累因子，其数值大小与用户个体特征相关。CT0为用户最适宜的色温。
综合上述公式，可以得到最终人脑积累脑力负荷大小为：
L＝Lint+Lextra
L＝L0·eβt+L1·(CT-CT0)2
2、脑血氧与色温关系
对于脑血氧S，其数值越大，脑力负荷的几率越小，因此
其中S为最终脑血氧，S0为固有脑血氧，S1为色温脑血氧因子，γ、λ和μ为常数，因此
3、最适宜色温输出
根据S1的定义，其变化量ΔS1应当与色温的变化量ΔCT成正比，设比例常数为k，因此将上式两端对T求导，可得
即
将常数合并简化为
最终可得
此为输出最适宜色温的公式，由公式可得，根据所测量的当前色温CT、最终脑血氧S和固有脑血氧S0，可以计算出应当输出的最适宜色温CT0。
为了实现上述目的，本发明所设计的一种基于脑血氧参数的色温调节照明系统，包括近微控模块以及分别与微控模块相连的近红外探测模块、色温传感器、色温输出模块、光源模块、总控开关、指示灯以及按键模块。
近红外探测模块用于测量人脑组织血氧参数，并向微控模块发送信号，近红外探测模块通过探头直接测量大脑组织的血氧参数，也可以采用其它方法量脑血氧，本发明对此不作出限制。
色温传感器用于将当前测量的色温信息传输给微控模块；微控模块用于接收并处理计算其它模块向其传输的数据，与内置色温曲线相比后计算出最适宜色温，向其他模块发出指令以达到控制。
色温输出模块包含恒流驱动芯片，使微控模块(MCU)能够通过调节PWM的占空比而改变恒流驱动芯片的电流，从而实现调节色温。
光源模块用于发光照明。总控开关用于为系统进行供电。按键模块用于供用户根据自己的习惯选取合适的照明照度和色温输出曲线。指示灯用于显示用户当前所选择的色温输出曲线。
本发明所采用的用脑血氧描述最适宜色温的量
此公式可根据所测量的当前色温CT、当前脑血氧S和固有脑血氧S0，来描述最适宜色温CT0，从而根据当前色温与脑血氧情况调整输出色温值。
对于处在相同色温光源下的人群，测量他们的当前色温CT、当前脑血氧S和固有脑血氧S0并求平均值，代入上述方程，即可求出最适宜色温随时间变化曲线。
实施例1
对某年龄段处于20～30岁的被试个体，测量其当前色温CT、当前脑血氧S和固有脑血氧S0。代入上述公式，绘制出其最适宜色温曲线，见图2所示，将此曲线内置于本发明的照明系统内。使被试个体在该照明系统照明环境下作业45min，测量出其最终的脑血氧高于在普通LED照明灯具下的值。
实施例2
对某年龄段处于15～25岁的被试个体，测量其当前色温CT、当前脑血氧S和固有脑血氧S0。代入上述公式，绘制出其最适宜色温曲线，将此曲线内置于本发明的照明系统内。使被试个体在该照明系统照明环境下作业45min，测量出其最终的脑血氧高于在普通LED照明灯具下的值。
实施例3
对某年龄段处于19～29岁的被试群体(n＝20)，测量其当前色温CT、当前脑血氧S和固有脑血氧S0的平均值。代入上述公式，绘制出其最适宜色温曲线，将此曲线内置于本发明的照明系统内。使被试个体在该照明系统照明环境下作业45min，测量出其最终的脑血氧高于在普通LED照明灯具下的值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种基于脑血氧参数的色温调节照明系统，其特征在于：包括
脑血氧测量模块，所述脑血氧测量模块与微控模块相连，其用于测量人脑组织血氧参数，并向所述微控模块发送信号；
色温传感器，所述色温传感器与微控模块相连，其用于将当前测量的色温信息传输给所述微控模块；
微控模块，所述微控模块用于接收并处理计算所述脑血氧测量模块和色温传感器传输的数据，与内置色温曲线相比后计算出最适宜色温；
当对被试个体进行测试时，测量被试个体的当前色温CT、当前脑血氧S和固有脑血氧S0，代入公式：α、β、λ和γ均为常数，计算得出最适宜色温CT0，绘制出其最适宜色温曲线，将此曲线内置于照明系统内作为内置色温曲线；
色温输出模块，所述色温输出模块与所述微控模块相连，用于在微控模块的控制下调节色温；
光源模块，所述光源模块与所述微控模块相连，用于发光照明；
以及总控开关，所述总控开关与所述微控模块相连，用于为系统进行供电；
还包括按键模块，所述按键模块与所述微控模块相连，用于供用户根据自己的习惯选取照明照度和色温输出曲线；
还包括指示灯，所述指示灯与所述微控模块相连，用于显示用户当前所选择的色温输出曲线；
所述脑血氧测量模块为近红外探测模块，其通过探头直接测量大脑组织的血氧参数；
所述色温输出曲线是根据输出最适宜色温的公式得到：
根据所测量的当前色温CT、所测量的当前脑血氧S和固有脑血氧S0，计算得出最适宜色温CT0。
2.如权利要求1所述的一种基于脑血氧参数的色温调节照明系统，其特征在于：当对群体进行测试时，将人群处在相同色温光源下，测量被试人群的当前色温CT、当前脑血氧S和固有脑血氧S0并求平均值，代入上述输出最适宜色温的公式，即可求出最适宜色温随时间变化曲线。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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