CN109276076A - 一种智慧床垫系统及其测试方法 - Google Patents

一种智慧床垫系统及其测试方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109276076A
CN109276076A CN201811137738.7A CN201811137738A CN109276076A CN 109276076 A CN109276076 A CN 109276076A CN 201811137738 A CN201811137738 A CN 201811137738A CN 109276076 A CN109276076 A CN 109276076A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mattress
coupler
wisdom
output end
sensor fibre
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811137738.7A
Other languages
English (en)
Inventor
孙琪真
王森懋
孙玥真
李良烨
黎佳
黄国良
刘德明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Kairuip Information Technology Co Ltd
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Wuhan Kairuip Information Technology Co Ltd
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Kairuip Information Technology Co Ltd, Huazhong University of Science and Technology filed Critical Wuhan Kairuip Information Technology Co Ltd
Priority to CN201811137738.7A priority Critical patent/CN109276076A/zh
Publication of CN109276076A publication Critical patent/CN109276076A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47C—CHAIRS; SOFAS; BEDS
    • A47C27/00—Spring, stuffed or fluid mattresses or cushions specially adapted for chairs, beds or sofas
    • A47C27/04—Spring, stuffed or fluid mattresses or cushions specially adapted for chairs, beds or sofas with spring inlays
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47C—CHAIRS; SOFAS; BEDS
    • A47C31/00—Details or accessories for chairs, beds, or the like, not provided for in other groups of this subclass, e.g. upholstery fasteners, mattress protectors, stretching devices for mattress nets
    • A47C31/12—Means, e.g. measuring means for adapting chairs, beds or mattresses to the shape or weight of persons
    • A47C31/123—Means, e.g. measuring means for adapting chairs, beds or mattresses to the shape or weight of persons for beds or mattresses
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48—Other medical applications
    • A61B5/4806—Sleep evaluation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6887—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient mounted on external non-worn devices, e.g. non-medical devices
    • A61B5/6892—Mats
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47B—TABLES; DESKS; OFFICE FURNITURE; CABINETS; DRAWERS; GENERAL DETAILS OF FURNITURE
    • A47B2220/00—General furniture construction, e.g. fittings
    • A47B2220/0091—Electronic or electric devices

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

本发明涉及智能家居，尤其涉及一种智慧床垫系统及其测试方法，该系统包括感知床垫和数据处理终端；所述的数据处理终端包括光发送模块、第一耦合器、参考光纤、第二耦合器、光接收模块、数据采集模块和数据处理模块；所述的第一耦合器、参考光纤、传感光纤和第二耦合器构成马赫‑增德尔干涉结构；所述感知床垫本体上铺设有传感光纤，与人体胸腔位置相匹配，所述传感光纤输入端和输出端分别与第一耦合器的传感光输出端、第二耦合器的传感光输入端连接，所述光接收模块与数据采集模块相连。其目的在于长期监测人体睡眠状态下的呼吸和心跳生理特征，由此解决现有技术中人体舒适性差、灵敏度低、成本高、无法长期监测的技术问题。

Description

一种智慧床垫系统及其测试方法
技术领域
本发明涉及智能家居领域，尤其涉及一种智慧床垫系统及其测试方法。
背景技术
随着社会老龄化问题的日益严重和医疗成本的提高，现如今，针对于空巢老人或卧床不起的病人的健康指标参数如呼吸、心跳等实时监测已成为国内外研究的热点问题之一。据统计，睡眠呼吸紊乱的发病率约占整个人群的10-20％，老年人群高达40-60％，如何准确地监测患者的睡眠状况，并为睡眠障碍相关疾病的早期诊断提供依据，越来越引起人们重视。
目前，已有光电容积描记方式监测人体生理特征信号，它利用光电传感器,检测经过人体血液和组织吸收后的反射光强度的不同,描记出血管容积在心动周期内的变化,从得到的脉搏波形中计算出心率，该技术多采用可穿戴设备市场，但是长时间的穿戴会影响人体舒适性。
市场上还有一种使用压电式传感器监测人体呼吸率和心率的装置，压电传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器，应用最多的是压电陶瓷和石英晶体，但是压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，随着时间的推移该传感器灵敏度变差。
急需研发一种舒适性好、灵敏度高、准确性强的用于睡眠监测的智慧感知床垫系统，能够实时精确获取人体呼吸率和心率，为相关疾病的早期诊断和预防提供重要依据。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明第一目的提供了一种智慧床垫系统，其目的在于长期监测人体睡眠状态下的呼吸和心跳生理特征，由此解决现有技术中人体舒适性差、灵敏度低、成本高、无法长期监测的技术问题。
本发明为实现上述目的而采取的技术方案为：
一种智慧床垫系统，该系统包括感知床垫和数据处理终端；所述的数据处理终端包括光发送模块、第一耦合器、参考光纤、第二耦合器、光接收模块、数据采集模块和数据处理模块；所述的第一耦合器、参考光纤、传感光纤和第二耦合器构成马赫-增德尔干涉结构；所述感知床垫本体上铺设有传感光纤，与人体胸腔位置相匹配，所述传感光纤输入端和输出端分别与第一耦合器的传感光输出端、第二耦合器的传感光输入端连接，所述光接收模块与数据采集模块相连。
作为进一步改进，所述的第一耦合器包括光输入端、参考光输出端、传感光输出端；所述的光输入端与光发送模块的输出端相连；所述的参考光输出端与参考光纤相连；所述的传感光输出端与传感光纤相连；所述的第二耦合器包括参考光输入端、传感光输入端和光输出端；所述的参考光输入端与参考光纤相连；所述的传感光输入端与传感光纤相连；所述的光输出端与光接收模块的输入端相连；所述的光采集模块包括光输入端与光输出端，所述的光输入端与光接收模块的输出端相连；所述的光输出端与数据处理模块的输入端相接。
作为进一步改进，所述的参考光纤和传感光纤采用单模光纤，且参考光纤与传感光纤纤长之差在10cm之内。
作为进一步改进，所述的数据处理终端内放置隔音保护棉，用于一定程度上减小外部环境对数据处理终端内的光路的影响。
作为进一步改进，所述的传感光纤铺设于感知床垫中，采取多层次铺设，并在每一层铺设中均采用沿横向与纵向呈正弦波交叉铺设的方式，以增大和人体的接触面积，并且提高测量灵敏度。
作为进一步改进，所述感知床垫由弹性材料层、光纤保护层和传感光纤组成，感知床垫由内而外分别是传感光纤、光纤保护层、弹性材料层，其中所述光纤保护层为PVC材料，所述弹性材料层为硅胶材料。
作为进一步改进，所述的光发送模块采用DFB激光器，用于产生时间相干性和空间相干性须符合干涉条件的光源。
作为进一步改进，所述光接收模块采用性价比高的PIN光电二极管，将光信号转换为电信号。
作为进一步改进，所述数据采集模块为采样率可调的模数转换装置，将模拟信号转换为数字信号，所述数据处理模块利用小波算法提取呼吸和心跳信号，并计算呼吸和心跳次数。
本发明的第二目的提供一种智慧床垫系统测试方法，该方法将其智慧床垫置于床体之上，其上铺以薄毯保证人体的测试舒适度；在智慧床垫系统启动后，人体正躺或侧卧在床垫上，并保证床垫位于心脏下方；待人体处于静息状态后，系统开始记录有效测量数据并进行信息提取。
通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、智慧床垫系统实现了将光纤传感区域所受到的人体呼吸和心跳的微振动作用转换为干涉光强度的变化，光强度变化频率可一定程度上反映微振动的频率，经相应信号处理可提取出呼吸和心跳信息，从而实现睡眠监测；
2、沿横向与纵向呈正弦波交叉铺设的方式，以增大和人体的接触面积，提高系统的稳定性；弹性材料层增加系统的灵敏度，保证在睡眠情况下轻微的呼吸和心跳微振动信号也可以被测量装置捕捉到；
3、本发明的光纤及床垫保护层均满足材质柔软的特点，长时间躺于传感区域上方不会带来人体不适感，可实现长期地舒适性强的睡眠监测；
4、本发明的数据处理和分析模块具有高速率高效率特点，信号处理算法精准度高，可满足实时性精确监测；
5、本发明采用的光纤为普通单模光纤，床垫材料为易于获取的PVC和硅胶，整个装置容易实现、成本较低，运行可靠。
附图说明
图1是本发明数据处理终端与感知床垫连接示意图；
图2是本发明数据处理终端结构示意图；
图3是本发明感知床垫结构图；
图4是本发明感知床垫光纤铺设示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做个详细的说明。
如图1所示，一种智慧感知床垫系统，该系统包括数据处理终端1和感知床垫2。数据处理终端1用于产生波长为1550nm的窄线宽光源，接收并采集第二耦合器输出的光信号，利用算法提取呼吸和心跳信息；感知床垫用于感知人体的呼吸和心跳信息，接收并传输数据处理终端产生的部分光信号。
数据处理终端1内放置有隔音保护棉，用于减小外部环境对数据处理终端内的光路的影响。
如图2所示，数据处理终端1包括由光发送模块3、第一耦合器4、参考光纤6、第二耦合器7、光接收模块9、数据采集模块10、数据处理模块11构成。其中，第一耦合器4、参考光纤6、传感光纤5、第二耦合器7构成马赫-增德尔干涉结构8；
第一耦合器4包括光输入端、参考光输出端、传感光输出端；光输入端与光发送模块3的输出端相连，参考光输出端与参考光纤6相连，传感光输出端与传感光纤5相连。所述第二耦合器7包括参考光输入端，传感光输入端，光输出端；参考光输入端与参考光纤相连，传感光输入端与传感光纤相连，光输出端与光接收模块9的输入端相连。所述光采集模块10包括光输入端与光输出端，光输入端与光接收模块9的输出端相连，光输出端与数据处理模块的输入端相连。
光发送模块用于产生波长为1550nm的窄线宽激光；第一耦合器用于将光发送模块产生的激光按照50:50的比例等分，并分别注入参考光纤6和传感光纤5；参考光纤6用于传输第一耦合器等分的光信号，参考光纤采用的光纤为单模光纤，且参考光纤与传感光纤纤长之差保证在10cm以内；第二耦合器用于耦合参考光纤与传感光纤输出的光信号；光接收模块用于接收第二耦合器输出的耦合光信号，并将其转换为电信号；数据采集模块用于采集光接收模块产生的电信号；数据处理模块用于利用烧录其中的DSP算法从采集信号中提取呼吸和心跳信息。
如图3所示，感知床垫2由弹性材料层12、光纤保护层13和传感光纤5组成，由内而外分别是传感光纤、光纤保护层、弹性材料层。弹性材料垫采用硅胶材料，用于增加系统灵敏性；光纤保护层采用PVC材料，用于保护夹在其中的传感光纤；传感光纤采用的是单模光纤，用于感知人体的心跳与呼吸信息并传输注入其中的光信号。
如图4所述，传感光纤5铺设于光纤保护层13之间，光纤铺设采用沿横向与纵向呈正弦波交叉铺设的方式，以增大和人体的接触面积，并且提高测量灵敏度。
所述的光发送模块采用DFB激光器，用于产生时间相干性和空间相干性须符合干涉条件的光源。
所述光接收模块采用性价比高的PIN光电二极管，将光信号转换为电信号。
所述数据采集模块为采样率可调的模数转换装置，将模拟信号转换为数字信号。
所述数据处理模块利用小波算法提取呼吸和心跳信号，并计算呼吸和心跳次数。
本发明的工作原理如下：
心跳引发心脏乃至人体全身动脉血管的微振动，这种微振动使具有增敏效果的弹性材料层12产生形变，进而对传感光纤5内传输的光信号产生相位调制，从而引起第二耦合器7输出端光功率随心跳的相关性变化；呼吸引起人体胸腔的扩张与收缩，产生的缓变微振动通过弹性材料垫12对传感光纤5内传输的光信号产生相位调制，从而引起第二耦合器7输出端光功率随呼吸的相关性变化；在智慧床垫系统感知到人体的心跳和呼吸后，可在不同频带将心跳信号与呼吸信号区分开来。
本发明中所述光发送模块3与光接收模块9、数据采集模块10、耦合器、参考光纤6和数据处理器11、均集成在数据处理终端1，与感知床垫2上的传感光纤5相连接。所述数据处理器采取效率高功耗低的FPGA。
一种智慧床垫系统测试方法，智慧床垫置于床体之上，其上铺以薄毯保证人体的测试舒适度；在智慧床垫系统启动后，人体正躺或侧卧在床垫上，并保证床垫位于心脏下方；待人体处于静息状态后，系统开始记录有效测量数据并进行信息提取。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智慧床垫系统，其特征在于：该系统包括感知床垫和数据处理终端；所述的数据处理终端包括光发送模块、第一耦合器、参考光纤、第二耦合器、光接收模块、数据采集模块和数据处理模块；所述的第一耦合器、参考光纤、传感光纤和第二耦合器构成马赫-增德尔干涉结构；所述感知床垫本体上铺设有传感光纤，与人体胸腔位置相匹配，所述传感光纤输入端和输出端分别与第一耦合器的传感光输出端、第二耦合器的传感光输入端连接，所述光接收模块与数据采集模块相连。
2.根据权利要求1所述的一种智慧床垫系统，其特征在于：所述的第一耦合器包括光输入端、参考光输出端、传感光输出端；所述的光输入端与光发送模块的输出端相连；所述的参考光输出端与参考光纤相连；所述的传感光输出端与传感光纤相连；所述的第二耦合器包括参考光输入端、传感光输入端和光输出端；所述的参考光输入端与参考光纤相连；所述的传感光输入端与传感光纤相连；所述的光输出端与光接收模块的输入端相连；所述的光采集模块包括光输入端与光输出端，所述的光输入端与光接收模块的输出端相连；所述的光输出端与数据处理模块的输入端相接。
3.根据权利要求1所述的一种智慧床垫系统，其特征在于：所述的参考光纤和传感光纤采用单模光纤，且参考光纤与传感光纤纤长之差在10cm之内。
4.根据权利要求1所述的一种智慧床垫系统，其特征在于：所述的数据处理终端内放置隔音保护棉，用于一定程度上减小外部环境对数据处理终端内的光路的影响。
5.根据权利要求1所述的一种智慧床垫系统，其特征在于：所述的传感光纤铺设于感知床垫中，采取多层次铺设，并在每一层铺设中均采用沿横向与纵向呈正弦波交叉铺设的方式，以增大和人体的接触面积，并且提高测量灵敏度。
6.根据权利要求4所述的一种智慧床垫系统，其特征在于：所述感知床垫由弹性材料层、光纤保护层和传感光纤组成，感知床垫由内而外分别是传感光纤、光纤保护层、弹性材料层，其中所述光纤保护层为PVC材料，所述弹性材料层为硅胶材料。
7.根据权利要求1所述的一种智慧床垫系统，其特征在于：所述的光发送模块采用DFB激光器，用于产生时间相干性和空间相干性须符合干涉条件的光源。
8.根据权利要求1所述的一种智慧床垫系统，其特征在于：所述光接收模块采用性价比高的PIN光电二极管，将光信号转换为电信号。
9.根据权利要求1所述的一种智慧床垫系统，其特征在于：所述数据采集模块为采样率可调的模数转换装置，将模拟信号转换为数字信号,所述数据处理模块利用小波算法提取呼吸和心跳信号，并计算呼吸和心跳次数。
10.一种智慧床垫系统测试方法，其特征在于：智慧床垫置于床体之上，其上铺以薄毯保证人体的测试舒适度；在智慧床垫系统启动后，人体正躺或侧卧在床垫上，并保证床垫位于心脏下方；待人体处于静息状态后，系统开始记录有效测量数据并进行信息提取。
CN201811137738.7A 2018-09-28 2018-09-28 一种智慧床垫系统及其测试方法 Pending CN109276076A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811137738.7A CN109276076A (zh) 2018-09-28 2018-09-28 一种智慧床垫系统及其测试方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811137738.7A CN109276076A (zh) 2018-09-28 2018-09-28 一种智慧床垫系统及其测试方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109276076A true CN109276076A (zh) 2019-01-29

Family

ID=65182375

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811137738.7A Pending CN109276076A (zh) 2018-09-28 2018-09-28 一种智慧床垫系统及其测试方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109276076A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110432877A (zh) * 2019-07-26 2019-11-12 华中科技大学 一种基于光纤的多生理参量的监测系统
CN110477887A (zh) * 2019-09-18 2019-11-22 浙江理工大学 一种非入侵式长程呼吸暂停综合征的监测装置
CN110558957A (zh) * 2019-08-21 2019-12-13 武汉凯锐普信息技术有限公司 一种生命体征监测装置和方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102573615A (zh) * 2009-08-06 2012-07-11 新加坡科技研究局 生命特征检测装置和用于检测生命特征的方法
CN106510620A (zh) * 2016-10-19 2017-03-22 苏州安莱光电科技有限公司 一种全光非接触式生命体征监测装置
CN107595265A (zh) * 2017-10-23 2018-01-19 京工高科成都光电有限公司 一种基于光纤干涉技术的睡眠健康监测系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102573615A (zh) * 2009-08-06 2012-07-11 新加坡科技研究局 生命特征检测装置和用于检测生命特征的方法
CN106510620A (zh) * 2016-10-19 2017-03-22 苏州安莱光电科技有限公司 一种全光非接触式生命体征监测装置
CN107595265A (zh) * 2017-10-23 2018-01-19 京工高科成都光电有限公司 一种基于光纤干涉技术的睡眠健康监测系统

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110432877A (zh) * 2019-07-26 2019-11-12 华中科技大学 一种基于光纤的多生理参量的监测系统
CN110558957A (zh) * 2019-08-21 2019-12-13 武汉凯锐普信息技术有限公司 一种生命体征监测装置和方法
CN110477887A (zh) * 2019-09-18 2019-11-22 浙江理工大学 一种非入侵式长程呼吸暂停综合征的监测装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dziuda et al. Monitoring respiration and cardiac activity using fiber Bragg grating-based sensor
Dziuda et al. Fiber Bragg grating strain sensor incorporated to monitor patient vital signs during MRI
CN109276076A (zh) 一种智慧床垫系统及其测试方法
US9655526B2 (en) Vital signs fiber optic sensor systems and methods
US10973462B2 (en) Fiber optic based devices and methods for monitoring soft tissue
US7496400B2 (en) Sensor arrangement
CN102573615B (zh) 生命特征检测装置和用于检测生命特征的方法
CN108471950A (zh) 用于进行经腹胎儿血氧饱和度及/或经腹胎儿脉搏血氧饱和度监测的系统、装置及方法
CN110558956B (zh) 一种生命体征监测装置
CN104257368A (zh) 一种睡眠监测及筛查阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的装置
Yu et al. Non-invasive smart health monitoring system based on optical fiber interferometers
CN111413014B (zh) 一种光纤压力探测系统
CN107595265A (zh) 一种基于光纤干涉技术的睡眠健康监测系统
KR102185227B1 (ko) 방광 모니터링 장치 및 방법
US8805465B2 (en) Multiple sensor assemblies and cables in a single sensor body
CN108451506A (zh) 一种非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置
Pang et al. Singlemode-multimode-singlemode optical fiber sensor for accurate blood pressure monitoring
Chen et al. Non-invasive measurement of vital signs based on seven-core fiber interferometer
Jeanne et al. OFSETH: Optical fibre embedded into technical textile for healthcare, an efficient way to monitor patient under magnetic resonance imaging
Irawati et al. Heart rate monitoring sensor based on singlemode-multimode-singlemode fiber
Babchenko et al. Fiber optic sensor for the measurement of the respiratory chest circumference changes
WO2005060825A1 (en) Optical fibre catheter pulse oximeter
Taoping et al. Design of pulse and respiration monitoring system based on fiber optic sensing and VMD-FPR processing algorithm
CN217611079U (zh) 一种基于光纤环形腔的bcg探测装置
Li et al. Stretchable polymer optical fiber embedded in the mattress for respiratory and heart rate monitoring

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190129

RJ01 Rejection of invention patent application after publication