CN109009149A - 一种自驱动睡眠监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自驱动睡眠监测装置及监测方法。本发明包括存储器、信号采集器、信号过滤器、信号放大器、处理器、蓝牙模块和信号处理终端；信号采集模块的输出端经信号过滤器与信号放大器的输入端相连，信号放大器的输出端与存储器的输出端均连接到处理器的输入端，处理器的输出端与存储器的输入端相连，处理器经无线传输模块连接到信号处理终端。信号采集器将人在呼吸过程中腹腔有规律的机械运动产生的能量转换为电能，以达到自驱动的效果，信号处理终端根据接收到的信号判断被检测对象的生理状态。本发明大大降低了传统睡眠监测装置的体积和成本，有利于睡眠监测的普及。

Description

一种自驱动睡眠监测装置及监测方法

技术领域

本发明涉及睡眠监测装置和方法，尤其涉及一种自驱动睡眠监测装置及监测方法。

背景技术

据世界卫生组织统计，全球27％的人存在睡眠问题，即每4人中至少有1人。而中国睡眠研究会一项调查研究表明，目前我国内地成年人中失眠患病率高达57％，工作人群中有65％的人存在睡眠障碍。而在睡眠障碍中，睡眠呼吸暂停综合症则是最凶险的情况，经常有报道有人在睡眠中死亡。

现有的一些挂在手腕上的睡眠监测装置通常为对睡眠质量的监测与评估，并不能起到对高危人群睡眠中猝死的监测和报警作用。而一些监测睡眠中生命体征的装置价格昂贵体积巨大，不方便使用。因此如何设计一种成本低，体积小，易于使用的睡眠监测产品是有待解决的问题。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种自驱动睡眠监测装置及监测方法，无需额外电源。

本发明的技术方案如下：

一、一种自驱动睡眠监测装置

本发明装置包括存储器、信号采集器、信号过滤器、信号放大器、处理器、蓝牙模块和信号处理终端；信号采集模块的输出端经信号过滤器与信号放大器的输入端相连，信号放大器的输出端与存储器的输出端均连接到处理器的输入端，处理器的输出端与存储器的输入端相连，处理器经无线传输模块连接到信号处理终端。

所述信号采集器主要由两层通过弹簧连接的电负性相差较大的薄膜组成，两层薄膜的背面均覆有透明导电膜作为各自的透明电极，无须额外电源；

当信号采集器受到外力作用时，弹簧压缩从而带动两层薄膜相接触，两层薄膜的接触表面会形成符号相反的表面电荷，由于两层薄膜紧密接触，可以认为在同一平面上，故没有电势差产生；

当外力作用消失，两层薄膜在弹簧的回复力作用下逐渐分离，中间会形成一个空气间隙，两个透明电极之间形成正向电势差，破坏了静电场的平衡，此时电子通过外界负载从一个透明电极流向另一个透明电极，从而形成了一个反向电势差使静电场达到平衡，两层薄膜之间产生电流；当弹簧停止发生形变，两层薄膜不再分离，透明电极与薄膜之间的紧电场达到平衡，电势差消失；

当信号采集器再次受到外力作用时，弹簧再次压缩带动两层薄膜逐渐靠近，两层薄膜中间的空气间隙闭合时，电势差消失，电子发生回流，两层薄膜之间再次产生电流，直至两层薄膜之间完全接触，电势差消失。

所述信号采集器用于将产生的电流信号传输到信号过滤器。

所述无线传输模块为蓝牙模块。

所述处理器包括模数转换器，用于将模拟信号转换为数字信号，并保存到存储器。

所述薄膜采用柔性材料PI和PET，质量轻且不会引起人体的不舒适感。

二、采用上述自驱动睡眠监测装置的监测方法

所述的监测方法包括以下步骤：

S1：将信号采集器的两层薄膜分别黏贴在使用者的腹部皮肤和衣服内侧，当人体呼气时腹腔膨胀，弹簧被逐渐压缩，两层薄膜相互接触且其接触表面形成符号相反的表面电荷；

S2：当人体吸气时腹腔收缩，弹簧被逐渐拉伸，两层薄膜发生分离，两个透明电极之间形成感应电势差，产生电流，信号采集器将电学信号传输到信号过滤器；

S3：信号过滤器将接收到的电学信号经信号放大器放大后传输到处理器中的数模转换器，数模转换器将信号转换为数字信号后传输到存储器保存，每隔一段时间，处理器从存储器中读取保存好的数据，数据通过无线传输模块传输到信号处理终端，信号处理终端将根据接收到的信号判断被检测对象的生理状态；

S4:当人体再次呼气使两层薄膜相互接触，两层薄膜中间的空气间隙闭合，电势差消失，电子发生回流，两层薄膜之间再次产生电流，信号采集器将电学信号传输到信号过滤器；

S5：重复步骤S3；

S6：重复步骤S2-S5。

所述的信号处理终端通过电学信号的有无来判断被检测对象的生理状态。

本发明的有益效果是：

本发明的自驱动睡眠监测装置无需额外电源，易于使用，不用去医院也能对家中的高危人群进行睡眠监测，防止睡眠障碍造成的悲剧发生。

本发明采用柔性薄膜制成，舒适度较高，可靠有效，并易于进行大规模生产。

本发明可以通过手机APP连接信号采集端并发出报警，有利于普及，并进行大数据统计，有利于科学研究。

附图说明

图1是本发明的硬件框图；

图2是本发明的数据采集流程图

图3是本发明经滤波后的信号波形图，(a)电压信号、(b)电流信号。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括存储器、信号采集器、信号过滤器、信号放大器、处理器、蓝牙模块和信号处理终端；信号采集模块的输出端经信号过滤器与信号放大器的输入端相连，信号放大器的输出端与存储器的输出端均连接到处理器的输入端，处理器的输出端与存储器的输入端相连，处理器经无线传输模块连接到信号处理终端。

信号采集器主要由PI层和PET层通过弹簧连接组成，PI层上层为石墨烯透明电极，PET层下层为BTE透明电极。

透明电极具有双重作用，一是为了平衡摩擦电荷，在电极中产生相应量的与摩擦电荷极性相反的感应电荷；二是作为普通的输出电极，用以连接发电机的输出端和外负载电路。

当一个循环垂直压缩力施加薄膜上时，PI层和PET层互相接触，发生接触摩擦，进而在其表面产生等量的异性电荷。由于PI层易得电子，而PET层易失电子，故电子通过PET层向PI层注入，使PI层表面带上负电荷，PET层表面带上等量的正电荷。PI层和PET层均是绝缘聚合物，因此摩擦电荷可以长时间保留在其表面。但在此状态下PI层和PET层紧密接触，可以认为在同一平面上，故没有电势差产生。

当垂直压缩力释放以后，由于弹簧的回复力PI层和PET层分离，同时，正负摩擦电荷分离，因此产生一个很高的电势差。当透明电极两端接入外负载电路时，电势差将驱动电子从石墨烯透明电极流入BTE透明电极，导致正感应电荷在石墨烯透明电极积累，负感应电荷在BTE透明电极积累，产生一个自下而上的电流。垂直压缩力释放完全，石墨烯透明电极恢复初始位置的状态，此时感应电荷和摩擦电荷达到电场平衡，没有电势差产生。

当垂直压缩力再次施加在薄膜上时，由于PI层和PET层之间的距离缩短，破坏了平衡电场，产生电势差，此电势差驱动电子从BTE透明电极通过外负载电路流入石墨烯透明电极，产生一个自上而下的电流，当PI层和PET层完全接触后发电机的一个工作循环完成。因此，只要连续提供循环压缩力，发电机就可以持续发电。

在具体实施中，自驱动睡眠监测装置黏贴在人的腹腔处，即可开始检测人体的睡眠生理状态。腹式呼吸一直以来都被认为是人体最自然的呼吸方式之一。监测腹式呼吸可以得到腹腔的运动的状态。在人体吸呼气的时候腹腔收缩，人体吸气的时候腹腔膨胀上移。当被监测对象佩戴自驱动睡眠监测装置时，呼气导致弹簧压缩，两层薄膜发生接触，吸气导致弹簧拉伸，两层薄膜分开，使得信号采集器输出的信号发生变化。这样就实现了信号采集器对人体腹式呼吸的监控。如图3所示，在数据处理终端可观察到在人的呼吸过程中产生的信号，当测试对象憋气屏住呼吸时，可以看到数据处理终端中监测不到信号。

如图2所示为自驱动睡眠监测装置的监测方法，包括以下步骤：

S1：将信号采集器的两层薄膜分别黏贴在使用者的腹部皮肤和衣服内侧，当人体呼气时腹腔膨胀，弹簧被逐渐压缩，两层薄膜相互接触且其接触表面形成符号相反的表面电荷；

S2：当人体吸气时腹腔收缩，弹簧被逐渐拉伸，两层薄膜发生分离，两个透明电极之间形成感应电势差，产生电流，信号采集器将电学信号传输到信号过滤器；

S3：信号过滤器将接收到的电学信号经信号放大器放大后传输到处理器中的数模转换器，数模转换器将信号转换为数字信号后传输到存储器保存，每隔一段时间，处理器从存储器中读取保存好的数据，数据通过无线传输模块传输到信号处理终端，信号处理终端将根据接收到的信号判断被检测对象的生理状态；

S4:当人体再次呼气使两层薄膜相互接触，两层薄膜中间的空气间隙闭合，电势差消失，电子发生回流，两层薄膜之间再次产生电流，信号采集器将电学信号传输到信号过滤器；

S5：重复步骤S3；

S6：重复步骤S2-S5。

用户可以在信号处理终端上看到睡眠情况，信号处理终端上的APP应用通过蓝牙wifi等接收睡眠呼吸信号并设置报警系统。当在一定的时间内接收不到又采集端发送过来的信号时，APP发出警报。

本发明可以对老年人或者长期熬夜者等高危人群置备此装置用来监测睡眠状态，防止睡眠障碍引起的睡眠中猝死。可以有效可靠的监测睡眠中的呼吸运动，一旦呼吸停止可以立马发出警报，使用户得到及时的抢救。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明进行的详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属的技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或者替换，都应视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种自驱动睡眠监测装置，其特征在于：包括存储器、信号采集器、信号过滤器、信号放大器、处理器、蓝牙模块和信号处理终端；信号采集模块的输出端经信号过滤器与信号放大器的输入端相连，信号放大器的输出端与存储器的输出端均连接到处理器的输入端，处理器的输出端与存储器的输入端相连，处理器经无线传输模块连接到信号处理终端。

2.根据权利要求1所述的自驱动睡眠监测装置，其特征在于：所述信号采集器主要由两层薄膜通过弹簧连接的薄膜组成，两层薄膜的背面均覆有透明导电膜作为各自的透明电极；当信号采集器受到外力作用时，弹簧压缩从而带动两层薄膜相接触，两层薄膜的接触表面会形成符号相反的表面电荷；

当外力作用消失，两层薄膜在弹簧的回复力作用下逐渐分离，中间会形成一个空气间隙，两个透明电极之间形成正向电势差，破坏了静电场的平衡，此时电子通过外界负载从一个透明电极流向另一个透明电极，从而形成了一个反向电势差使静电场达到平衡，两层薄膜之间产生电流；当弹簧停止发生形变，两层薄膜不再分离，透明电极与薄膜之间的紧电场达到平衡，电势差消失；

当信号采集器再次受到外力作用时，弹簧再次压缩带动两层薄膜逐渐靠近，两层薄膜中间的空气间隙闭合时，电势差消失，电子发生回流，两层薄膜之间再次产生电流，直至两层薄膜之间完全接触，电势差消失。

3.根据权利要求2所述的自驱动睡眠监测装置，其特征在于：所述信号采集器用于将产生的电流信号传输到信号过滤器。

4.根据权利要求1所述的自驱动睡眠监测装置，其特征在于：所述无线传输模块为蓝牙模块。

5.根据权利要求1所述的自驱动睡眠监测装置，其特征在于：所述处理器包括模数转换器。

6.根据权利要求1所述的自驱动睡眠监测装置，其特征在于：所述薄膜采用柔性材料PI和PET，质量轻且不会引起人体的不舒适感。

7.根据权利要求1-6任一所述的自驱动睡眠监测方法，其特征在于：采用权利包括以下步骤：

S1：将信号采集器的两层薄膜分别黏贴在使用者的腹部皮肤和衣服内侧，当人体呼气时腹腔膨胀，弹簧被逐渐压缩，两层薄膜相互接触且其接触表面形成符号相反的表面电荷；

S2：当人体吸气时腹腔收缩，弹簧被逐渐拉伸，两层薄膜发生分离，两个透明电极之间形成感应电势差，产生电流，信号采集器将电学信号传输到信号过滤器；

S3：信号过滤器将接收到的电学信号经信号放大器放大后传输到处理器中的数模转换器，数模转换器将信号转换为数字信号后传输到存储器保存，处理器从存储器中读取保存好的数据，数据通过无线传输模块传输到信号处理终端，信号处理终端将根据接收到的信号判断被检测对象的生理状态；

S4：当人体再次呼气使两层薄膜相互接触，两层薄膜中间的空气间隙闭合，电势差消失，电子发生回流，两层薄膜之间再次产生电流，信号采集器将电学信号传输到信号过滤器；

S5：重复步骤S3；

S6：重复步骤S2-S5。