CN109141701B - 传感器及可穿戴设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种传感器及可穿戴设备。该传感器包括盖板、底板、第一锯齿组件、第二锯齿组件、光纤、光源及探测器。第一锯齿组件设置在盖板朝向底板的一侧。底板朝向盖板的一侧设置有容置槽。第二锯齿组件、光纤、光源及探测器设置在容置槽内，其中，第一锯齿组件与第二锯齿组件相对设置，光纤的至少一部分位于第一锯齿组件与第二锯齿组件之间，光纤的一端与光源直接电性连接，另一端与探测器直接电性连接。基于第一锯齿组件及第二锯齿组件的刚性结构能够更有效地传导外部压力变化，而光纤至少有一部分位于第一锯齿组件与第二锯齿组件之间，因而可形成高效的光纤微弯效应。因此，该传感器具有灵敏度高、体积小等特点。
Description
技术领域
本申请涉及检测技术领域，具体而言，涉及一种传感器及可穿戴设备。
背景技术
随着生活水平的不断提高，人们越来越重视健康。通过定期监测人体的生命体征数据可以便于人们了解身体状态。目前是利用生命体征监测垫在人们处于坐姿、卧姿等状态时长时间监测人体的生命体征。上述监测垫虽然可以获得生命体征数据，但是该监测垫存在体积大、灵敏度低等不足。
发明内容
为了克服现有技术中的上述不足，本申请实施例的目的在于提供一种传感器及可穿戴设备，其能够通过设置第一锯齿组件及第二锯齿组件，利用该刚性结构将外部压力变化更为有效地传导至至少部分处于第一锯齿组件与第二锯齿之间的光纤上，形成高效的光纤微弯效应，从而提高了传感器的灵敏度、缩小了传感器的尺寸。并且，由于未设置光纤转接头，可进一步缩小传感器的尺寸。
第一方面，本申请实施例提供一种，所述传感器包括盖板、底板、第一锯齿组件、第二锯齿组件、光纤、光源及探测器，
所述第一锯齿组件设置在所述盖板朝向所述底板的一侧；
所述底板朝向所述盖板的一侧设置有容置槽；
所述第二锯齿组件、光纤、光源及探测器设置在所述容置槽内，其中，所述第一锯齿组件与所述第二锯齿组件相对设置，所述光纤的至少一部分位于所述第一锯齿组件与所述第二锯齿组件之间，所述光纤的其中一端与所述光源直接电性连接，另一端与所述探测器直接电性连接。
可选地，在本申请实施例中，所述传感器还包括固定部，
所述固定部设置在所述容置槽内，所述固定部的尺寸小于所述容置槽的尺寸，所述固定部与所述容置槽形成一光纤轨道；
所述第二锯齿组件及光纤设置在所述光纤轨道内。
可选地，在本申请实施例中，所述第二锯齿组件包括连接部及多个单独的第二锯齿，
每个所述第二锯齿的一端连接在所述连接部的同一侧，另一端朝向所述第一锯齿组件。
可选地，在本申请实施例中，所述第一锯齿组件包括多个单独的第一锯齿，
所述第一锯齿的一端与所述盖板连接，另一端朝向所述第二锯齿组件中相邻的第二锯齿之间的空隙。
可选地，在本申请实施例中，所述第一锯齿组件及所述第二锯齿组件的数量分别为至少一个，所述第一锯齿组件的数量与及述第二锯齿组件的数量相同。
可选地，在本申请实施例中，所述固定部包括安装孔，
所述安装孔与所述容置槽形成一用于安装所述光源及探测器的安装槽，其中，所述安装槽的长度大于所述光源及所述探测器的长度，所述安装槽的深度与所述光源及探测器的厚度匹配；
所述光源及探测器并排设置在所述安装槽内。
可选地，在本申请实施例中，所述固定部还包括一缺口，
所述缺口与所述安装孔及所述光纤轨道连通；
所述光源包括第一端及第二端，所述探测器包括第三端及第四端，其中，所述第一端及所述第三端靠近所述缺口；
所述光纤的一端穿过所述缺口与所述第一端连接，所述光纤的另一端穿过所述缺口与所述第三端连接。
可选地，在本申请实施例中，所述传感器还包括第一导线及第二导线，所述底板的一侧设置有连通孔，
所述第一导线的一端与所述第二端连接，另一端经所述缺口、光纤轨道穿过所述连通孔；
所述第二导线的一端与所述第四端连接，另一端经所述缺口、光纤轨道穿过所述连通孔。
可选地，在本申请实施例中，所述传感器还包括柱状固定件及垫圈，
所述盖板上设置有定位孔及与所述定位孔对应定位部，其中，所述定位部为中空结构；
所述底板与所述定位部对应处设置有阶梯孔，所述阶梯孔包括第一阶梯孔及第二阶梯孔，其中，所述第一阶梯孔的孔径大于所述第二阶梯孔的孔径，所述垫圈设置在所述第一阶梯孔与所述第二阶梯孔的连接处，所述定位部靠近所述底板的一端位于所述第一阶梯孔内；
所述柱状固定件用于与所述定位部及阶梯孔实现所述盖板与所述底板的固定。
第二方面，本申请实施例还提供一种可穿戴设备，所述设备包括所述的传感器。
相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：
本申请实施例提供一种传感器及可穿戴设备，该传感器包括盖板、底板、第一锯齿组件、第二锯齿组件、光纤、光源及探测器。由于第一锯齿组件与第二锯齿组件相对设置，且光纤的至少一部分位于第一锯齿组件与第二锯齿组件之间，因此，在外部压力发生变化时，基于第一锯齿组件及第二锯齿组件的刚性结构可以将外部压力变化更为有效地传导给光纤，从而形成高效的光纤微弯效应。并且由于未设置额外的无效结构，还使得传感器具有尺寸小的特点。同时，使光纤两端分别与光源、探测器直接耦合，即避免了光纤跳线转接带来的能力损耗，还可以节省下光纤转接头所占用的空间，从而进一步减小传感器的尺寸。由此，该传感器具有灵敏度、体积小等特点；并且该传感器可提高信号的信噪比，降低本底噪声，更适宜在运动中采集体征信号。
为使申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本申请较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本申请实施例提供的传感器的整体结构示意图。
图2是本申请实施例提供的传感器的剖面示意图。
图3是本申请实施例提供的传感器的分解示意图。
图4是本申请实施例提供的传感器的俯视图。
图5是本申请实施例提供的盖板的结构示意图。
图6是本申请实施例提供的固定部的结构示意图。
图标：100-传感器；110-盖板；112-定位孔；120-底板；123-连通孔；131-第一锯齿组件；132-第一锯齿；136-第二锯齿组件；137-连接部；138-第二锯齿；141-光纤；143-光源；1431-第一端；1432-第二端；145-探测器；1453-第三端；1454-第四端；150-固定部；151-安装孔；153-缺口；157-光纤轨道；158-安装槽；161-第一导线；162-第二导线；171-柱状固定件；172-垫圈；174-定位部；177-阶梯孔；178-第一阶梯孔；179-第二阶梯孔。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请发明人提出本申请实施例中的技术方案之前，主要利用监测垫获得体征数据。监测垫包括光纤传感器垫本体及固定于光纤传感器本体内的用于监测体征的传感器装置。监测垫中的微弯板为网格状，在测量时通过对微弯板施加压力，间接对光纤产生微弯效应，从而得到体征数据。然而，监测垫的垫本体有一定厚度，且网格状微弯板在受到外力时，仅仅有一小部分的网格对光纤产生微弱的微弯效应，更多的是无效结构，从而导致监测垫的灵敏度受到限制，并且体积较大。
针对以上方案所存在的缺陷，均是发明人在经过实践并仔细研究后得到的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本申请实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应是发明人在本申请过程中对本申请做出的贡献。
请参照图1～图4，图1是本申请实施例提供的传感器100的整体结构示意图，图2是本申请实施例提供的传感器100的剖面示意图，图3是本申请实施例提供的传感器100的分解示意图，图4是本申请实施例提供的传感器100的俯视图。所述传感器100包括盖板110、底板120、第一锯齿组件131、第二锯齿组件136、光纤141、光源143及探测器145。所述盖板110朝向所述底板120的一侧设置有所述第一锯齿组件131，所述底板120朝向所述盖板110的一侧设置有一容置槽，该容置槽内设置有所述第二锯齿组件136、光纤141、光源143及探测器145。其中，所述第一锯齿组件131与所述第二锯齿组件136相对设置，光纤141的至少一部分位于相对设置的第一锯齿组件131与第二锯齿组件136之间。由于设置有为刚性结构的第一锯齿组件131及第二锯齿组件136，可增强微弯结构的损耗效能从而满足高灵敏度的要求。并且，由于与监测垫中包括较多无效结构不同，本方案中的传感器100不包括较多无效结构，因而所述传感器100还具有尺寸小的特点。
在本实施例中，所述光纤141的其中一端直接与所述光源143电性连接，另一端直接与所述探测器145电性连接，可避免光纤跳线转接带来的能力损耗，同时可避免设置光纤转接头而占用空间，从而进一步减少传感器100的尺寸。
请再次参照图3，所述传感器100还包括固定部150。所述固定部150的尺寸小于所述容置槽的尺寸，所述固定部150设置在所述容置槽内。由于固定部150的侧壁与所述容置槽的槽壁未接触，因而形成一光纤轨道157。该光纤轨道157的尺寸与第二锯齿组件136及光纤141的尺寸匹配。光纤轨道157用于设置第二锯齿组件136及光纤141，对第二锯齿组件136及光纤141进行固定。由此，可保证外部压力直接作用在光纤141上，形成有效的微弯损耗。
在本实施例中，所述第二锯齿组件136包括一连接部137及多个单独的第二锯齿138。每个所述第二锯齿138的一端连接在所述连接部137的同一侧，另一端则均朝向所述第一锯齿组件131。可选地，所述第二锯齿组件136可以可拆卸连接的方式设置在所述光纤轨道157内，从而降低传感器100的加工工艺难度。
请参照图3及图5，图5是本申请实施例提供的盖板110的结构示意图。在本实施例中，第一锯齿组件131包括多个单独的第一锯齿132。每个所述第一锯齿132的一端均与所述盖板110连接，另一端则均朝向所述第二锯齿组件136中相邻的第二锯齿138之间的空隙。由此，第一锯齿组件131与第二锯齿组件136结构互补，进而在盖板110的作用力下形成光纤微弯效应。可选地，在盖板110固定在底板120的情况下，所述第一锯齿132的一端位于第二锯齿组件136的齿隙中。
所述第一锯齿组件131及第二锯齿组件136均为具有连续损耗周期的锯齿结构。可选地，每个第一锯齿组件131、第二锯齿组件136可分别由3～6个连续圆角锯齿构成。其中，相邻的圆角锯齿之间间隔相等。根据光纤141类型不同，每个圆角锯齿的高度可以为0.5～0.9mm，相邻的两个锯齿之间的间距为1.0～1.7mm。
在本实施例中，所述第一锯齿组件131与所述第二锯齿组件136的数量分别为多个。可选地，所述第一锯齿组件131与所述第二锯齿组件136的数量相同，一第一锯齿组件131与一第二锯齿组件136组成一对锯齿组件，作为主传导结构。该锯齿组件对的数量可以为1～4对。比如，如图3所示，有3对锯齿组件对，传感器100近似矩形，其中三侧各设置一锯齿组件对。当然可以理解的是，可以根据实际需求设置第一锯齿组件131及第二锯齿组件136的数量。
所述传感器100由于采用更为有效的连续损耗结构，可仅通过1-4对锯齿组件就能够获得有效的微弯损耗，大大提高了灵敏度，并缩小了尺寸，适用于可穿戴式的生命体征检测。在本实施例的一种实施方式中，小型封装后的所述传感器100的尺寸最小可以为长16mm，宽16mm，高3mm。当然可以理解的是，根据光纤141及光源143的不同，传感器100的各项尺寸、锯齿形状及数量都会相对发生变化。
可选地，所述盖板110、底板120、第一锯齿组件131、第二锯齿组件136可采用铝制材料，或者其他刚性材料。所述光纤141的类型可以是标准规格的玻璃光纤、塑料光纤或经过特殊设计的光纤光栅等。所述光源143可以是，但不限于，LED(Light Emitting Diode，发光二极管)光源、LD(LaserDiode，激光二极管)光源或激光光源等。所述探测器145的类型则与光源143的类型匹配。
请参照图3及图6，图6是本申请实施例提供的固定部150的结构示意图。所述固定部150包括安装孔151，所述安装孔151与所述容置槽的槽底形成一可用于安装所述光源143及探测器145的安装槽158。其中，所述安装槽158的长度大于所述光源143、所述探测器145的长度，所述安装槽158的深度与所述光源143、所述探测器145的厚度匹配，以便将所述光源143、所述探测器145设置在所述安装槽158内。
可选地，所述安装槽158近似矩形，可增加活动空间。安装槽158的尺寸可大于光源143、探测器145的尺寸，即安装槽158的空间留有余量，可便于放置光源143及探测器145。其中，该安装槽158可位于底板120的中央。进一步地，为防止光源143、探测器145晃动，可在安装槽158内设置用于固定光源143、探测器145的固定结构，或者可利用胶水等粘性物质对其进行固定。
可选地，所述光源143与所述探测器145以并排设置的方式设置在所述安装槽158内，以避免传感器100的长度过长。
请再次参照图3及图6，所述固定部150还包括一缺口153，所述缺口153与安装孔151及所述光纤轨道157连通，也就是说，所述固定部150类似U型。所述光源143包括第一端1431及第二端1432，所述探测器145包括第三端1453及第四端1454。其中，所述第一端1431及第三端1453靠近所述缺口153。所述光纤141的一端穿过所述缺口153与所述第一端1431连接，所述光纤141的另一端穿过所述缺口153与所述第三端1453连接。由此，设置在所述光纤轨道157的光纤141通过所述缺口153与设置在所述安装槽158内的所述光源143、探测器145直接耦合。
请再次参照图1及图3，所述传感器100还包括第一导线161及第二导线162。所述底板120的一侧设置有连通孔123，该连通孔123与所述光纤轨道157连通。所述第一导线161的一端与所述光源143的第二端1432连接，另一端经所述缺口153、光纤轨道157穿过所述连通孔123。所述第二导线162的一端与所述探测器145的第四端1454连接，另一端经所述缺口153、光纤轨道157穿过所述连通孔123。由此，所述第一导线161及第二导线162可经缺口153、光纤轨道157及连通孔123连通到传感器100外部。其中，所述第一导线161、第二导线162为所述传感器100与外部的唯一接口，电源信号及传感器信号通过第一导线161、第二导线162传输。
可选地，在本实施例的一种实施方式中，所述连通孔123及所述缺口153位于所述传感器100的同一侧，且两者相对设置。由此，所述第一导线161、第二导线162不需要沿光纤轨道157延伸方向设置，即可实现与外部的连接。
请参照图1～图3及图5，所述传感器100还可以包括柱状固定件171及垫圈172。所述盖板110上设置有定位孔112及与该定位孔112对应的定位部174。其中，该定位部174设置在所述盖板110靠近所述底板120的一侧，且相对所述盖板110的板壁突起。该定位部174为两端开口的中空结构，所述定位部174中的通孔与所述定位孔112连通。所述底板120与所述定位部174对应的位置处设置有阶梯孔177。所述阶梯孔177包括连通的第一阶梯孔178及第二阶梯孔179。所述第一阶梯孔178的孔径大于所述第二阶梯孔179的孔径。所述垫圈172可设置在第一阶梯孔178与第二阶梯孔179的连接处。由此，在将盖板110与底板120固定在一起时，所述定位部174处于所述第一阶梯孔178内且与所述垫圈172接触，所述柱状固定件171依次穿过所述定位孔112、定位部174中的通孔、垫圈172及第二阶梯孔179，从而将盖板110固定在所述底板120上。
在本实施例中，该垫圈172用于做底板120震动隔离，以更有效地将外部振动尽可能地由盖板110传导到微弯光纤141上。可选地，所述垫圈172可使用特氟龙材料制成。
在封装盖板110及底板120时，所述定位孔112、所述定位部174中的通孔及第二阶梯孔179形成用于定位和限位的固定孔，该固定孔可保证盖板110与底板120不会发生相对的错位，也能限制外部压力得到范围，不会因为外部压力过大而对传感器100内的光纤141造成不可灰恢复的损坏。
可选地，该固定孔内可设置有螺纹。柱状固定件171可穿过所述固定孔，通过与螺纹的配合实现封装。可选地，可采用两种方式实现封装，分别为柔性紧固和刚性紧固。柔性紧固方式可大大地减少底板120对光纤141的振动影响，同理特氟龙垫圈172。其中，柔性紧固为在固定孔内采用硅胶填充的方式浇筑成型，即柱状固定件171是在固定时通过浇筑成型得到。刚性紧固为采用尼龙螺丝方式紧固，即所述柱状固定件171为尼龙螺丝。在实际应用中，可以根据传感器100使用的方式不同，采用不同的紧固方式。
可选地，所述柱状固定件171及垫圈172均为多个，且数量相同。在本实施例一种方式中，如图3所示，传感器100的四角各有一固定孔，以实现盖板110与底板120的封装。
当盖板110固定在底板120上后，第一锯齿组件131处于底板120上的正确位置，在盖板110的作用力下，形成光纤微弯效应。经过实验，该结构能够获得非常高效的光纤损耗，灵敏度大大提高。并且，通过上述设置，可避免当前监测垫中内部构造的位移摩擦等产生的非人体体征干扰。
本申请实施例还提供一种可穿戴设备，该可穿戴设备包括所述的传感器100。
综上所述，本申请实施例提供一种传感器及可穿戴设备，该传感器包括盖板、底板、第一锯齿组件、第二锯齿组件、光纤、光源及探测器。由于第一锯齿组件与第二锯齿组件相对设置，且光纤的至少一部分位于第一锯齿组件与第二锯齿组件之间，因此，在外部压力发生变化时，基于第一锯齿组件及第二锯齿组件的刚性结构可以将外部压力变化更为有效地传导给光纤，从而形成高效的光纤微弯效应。并且由于未设置额外的无效结构，还使得传感器具有尺寸小的特点。同时，使光纤两端分别与光源、探测器直接耦合，即避免了光纤跳线转接带来的能力损耗，还可以节省下光纤转接头所占用的空间，从而进一步减小传感器的尺寸。由此，该传感器具有灵敏度、体积小等特点；并且该传感器可提高信号的信噪比，降低本底噪声，更适宜在运动中采集体征信号。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种传感器，其特征在于，所述传感器包括盖板、底板、第一锯齿组件、第二锯齿组件、光纤、光源及探测器，
所述第一锯齿组件设置在所述盖板朝向所述底板的一侧；
所述底板朝向所述盖板的一侧设置有容置槽；
所述第二锯齿组件、光纤、光源及探测器设置在所述容置槽内，其中，所述第一锯齿组件与所述第二锯齿组件相对设置，所述光纤的至少一部分位于所述第一锯齿组件与所述第二锯齿组件之间，所述光纤的其中一端与所述光源直接电性连接，另一端与所述探测器直接电性连接；
所述传感器还包括固定部，
所述固定部设置在所述容置槽内，所述固定部的尺寸小于所述容置槽的尺寸，所述固定部与所述容置槽形成一光纤轨道；
所述第二锯齿组件及光纤设置在所述光纤轨道内；
所述第二锯齿组件包括连接部及多个单独的第二锯齿，
每个所述第二锯齿的一端连接在所述连接部的同一侧，另一端朝向所述第一锯齿组件；
所述固定部包括安装孔，
所述安装孔与所述容置槽形成一用于安装所述光源及探测器的安装槽，其中，所述安装槽的长度大于所述光源及所述探测器的长度，所述安装槽的深度与所述光源及探测器的厚度匹配；
所述光源及探测器并排设置在所述安装槽内。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一锯齿组件包括多个单独的第一锯齿，
所述第一锯齿的一端与所述盖板连接，另一端朝向所述第二锯齿组件中相邻的第二锯齿之间的空隙。
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一锯齿组件及所述第二锯齿组件的数量分别为至少一个，所述第一锯齿组件的数量与及述第二锯齿组件的数量相同。
4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述固定部还包括一缺口，
所述缺口与所述安装孔及所述光纤轨道连通；
所述光源包括第一端及第二端，所述探测器包括第三端及第四端，其中，所述第一端及所述第三端靠近所述缺口；
所述光纤的一端穿过所述缺口与所述第一端连接，所述光纤的另一端穿过所述缺口与所述第三端连接。
5.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括第一导线及第二导线，所述底板的一侧设置有连通孔，
所述第一导线的一端与所述第二端连接，另一端经所述缺口、光纤轨道穿过所述连通孔；
所述第二导线的一端与所述第四端连接，另一端经所述缺口、光纤轨道穿过所述连通孔。
6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括柱状固定件及垫圈，
所述盖板上设置有定位孔及与所述定位孔对应的定位部，其中，所述定位部为中空结构；
所述底板与所述定位部对应处设置有阶梯孔，所述阶梯孔包括第一阶梯孔及第二阶梯孔，其中，所述第一阶梯孔的孔径大于所述第二阶梯孔的孔径，所述垫圈设置在所述第一阶梯孔与所述第二阶梯孔的连接处，所述定位部靠近所述底板的一端位于所述第一阶梯孔内；
所述柱状固定件用于与所述定位部及阶梯孔实现所述盖板与所述底板的固定。
7.一种可穿戴设备，其特征在于，所述设备包括权利要求1-6中任意一项所述的传感器。
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