CN111000684A - 一种基于多传感器融合的纸尿裤外置监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多传感器融合的纸尿裤外置监测系统及监测方法，监测系统包括纸尿裤本体，纸尿裤本体包括吸收部分和固定部分，在吸收部分外部安设用于实时获取纸尿裤本体内部信息的智能感知单元，还包括安设在固定部分外部的无线通讯发送单元和信号转换单元，信号转换单元将由智能感知单元处获取的信息进行转换后输送至无线通讯发送单元；综合信息处理单元通过无线通讯接收单元接收无线通讯发送单元发送的信息，且对信息进行融合决策处理；监测系统终端通过无线通讯接收单元获取综合信息处理单元进行处理后的信息，且对处理后的信息进行监测提醒；本发明不仅能精确及时合理地给出更换纸尿裤的时间，而且能多次重复利用。

Description

一种基于多传感器融合的纸尿裤外置监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及一种基于多传感器融合的纸尿裤外置监测系统及监测方法，属于远程监测技术。

背景技术

传统的纸尿裤虽然能够很好的护理生活自理能力较差或无生活自理能力的人(如婴儿、瘫痪在床的患者)，但是，大多数穿着纸尿裤的人通常并不能得到及时地更换湿纸尿裤，很容易引起尿疹、湿疹等皮肤病或者是细菌感染。

当前，市面上出现了一些具有监测尿湿的智能化纸尿裤可以改善该问题，这类装置大都内置于纸尿裤内部，这种布置方式导致监测装置根本无法重复利用，高昂的成本极大地限制了其实际应用；为了解决这个问题，申请号为201410411707.1的发明，公开了一种尿湿提醒智能纸尿裤，它由裤体，湿度感应器，单片机和发射端组成，湿度感应器置于裤体的外层，湿度感应器与单片机相连，单片机与发射端相连，但是，该类尿湿提醒是一旦发现排尿就发出提示信号，没有充分发挥纸尿裤的全部功能，造成浪费，其次，其无法区分液态和非液态排泄物，而且经常出现误报(如小孩活动出汗误报尿湿)，且单个传感器比较致命的问题是一旦传感器精度下降或者损坏，整个监测系统全部失效；市面上虽然也有采用了多种传感器来监测的方案，但是只是机械的叠加，并没有考虑传感器自身测量噪声，没有进行多层级传感器数据的融合算法，没有建立传感器容错机制，缺乏综合决策框架，上述问题导致现有的解决方案并不能精确及时合理地给出更换纸尿裤的时间，且内置传感器无法重复利用的天然劣势导致智能纸尿裤商业化进程缓慢。

发明内容

本发明提供一种基于多传感器融合的纸尿裤外置监测系统及监测方法，不仅能精确及时合理地给出更换纸尿裤的时间，而且能多次重复利用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于多传感器融合的纸尿裤外置监测系统，包括纸尿裤本体，纸尿裤本体包括吸收部分和固定部分，在吸收部分外部安设用于实时获取纸尿裤本体内部信息的智能感知单元，

还包括安设在固定部分外部的无线通讯发送单元和信号转换单元，

信号转换单元将由智能感知单元处获取的信息进行转换后输送至无线通讯发送单元；

综合信息处理单元，其通过无线通讯接收单元接收无线通讯发送单元发送的信息，且对信息进行融合决策处理；

监测系统终端，其通过无线通讯接收单元获取综合信息处理单元进行处理后的信息，且对处理后的信息进行监测提醒；

作为本发明的进一步优选，前述的智能感知单元包括若干贴片温湿度一体化传感器，其用于监测纸尿裤本体的尿湿、排尿次数以及纸尿裤本体局部的温度变化；

若干硫化氢气体传感器，其用于区分置于纸尿裤本体内的成分；

若干应力应变片，其用于监测纸尿裤本体内物质的容量范围，且同时判断容量范围与临界值之间的接近程度；

若干贴片温湿度一体化传感器、若干硫化氢气体传感器以及若干应力应变片均与无线通讯发送单元、信号转换单元电气连接；

作为本发明的进一步优选，

纸尿裤本体的吸收部分呈长方形状，吸收部分沿着长边方向通过第一横线、第二横线和第三横线均匀分成四等份，吸收部分沿着短边方向通过第一竖线、第二竖线和第三竖线均匀分成四等份；

贴片温湿度一体化传感器包括两个，分别为第一贴片温湿度一体化传感器和第二贴片温湿度一体化传感器，第二贴片温湿度一体化传感器安装于第二横线与第二竖线的交叉点处，第一贴片温湿度一体化传感器安装于第二竖线上，且第一贴片温湿度一体化传感器与第二贴片温湿度一体化传感器的距离为四分之一长边长度；

硫化氢气体传感器包括一个，安装在第一竖线和第二横线的交叉点处；

应力应变片包括三个，分别为第一应力应变片、第二应力应变片和第三应力应变片，其中第二应力应变片安装在第三竖线和第二横线的交叉点处，第一应力应变片安装在第三竖线与第一横线的交叉点处，第三应力应变片安装在第三竖线与第三横线的交叉点处；

无线通讯发送单元以及信号转换单元安装在纸尿裤本体的固定部分；

作为本发明的进一步优选，前述的综合信息处理单元包括数据处理单元、特征提取单元以及融合决策单元，综合信息处理单元通过无线通讯接收单元接收无线通讯发送单元发送的信息，

数据处理单元通过滤波方法对信息处理获取去噪后的精确数据；

特征提取单元对去噪后的精确数据进行关键特征提取；

融合决策单元根据获取的关键特征进行逻辑决策，最终决策信息通过无线通讯发送单元发送至监测系统终端；

作为本发明的进一步优选，在纸尿裤本体的固定部分还安装电池，其与若干贴片温湿度一体化传感器、若干硫化氢气体传感器、若干应力应变片均与无线通讯发送单元以及信号转换单元均连通；

一种基于多传感器融合的纸尿裤外置监测方法，包括以下步骤：

第一步：将纸尿裤本体通过固定部分进行固定，第一贴片温湿度一体化传感器以及第二贴片温湿度一体化传感器监测纸尿裤本体的吸收部分尿湿、排尿的次数，同时监测吸收部分的局部温度变化；硫化氢气体传感器监测排泄物的种类；第一应力应变片、第二应力应变片以及第三应力应变片监测吸收部分的容量，且判定是否达到吸收的临界值；上述信息全部收集至信号转换单元；

第二步：信号转换单元将上述三种传感器输出的模拟量转变成数字量输出给无线通讯发送单元，然后将数字化的传感器信息以广播形式发送出去给无线通讯接收单元；

第三步：无线通讯接收单元接收纸尿裤本体上传感器实时信息将其传给综合信息处理单元的数据处理单元，数据处理单元对原始数据通过滤波方法进行去噪处理，同时数据处理单元根据预先内置传感器参考值对比精确数据判断某个传感器是否失效，对于正常传感器数据处理单元输出测量实际值，故障传感器数据处理单元输出故障码，将处理后信息发给特征提取单元；

第四步：特征提取单元对来自数据处理单元的信息进行关键特征提取，当传感器信息全部正常时，提取是否尿湿、是否排便等关键信息发送至融合决策单元；当部分传感器故障时，利用状态重构的方法将获取故障传感器的有效信息发送至融合决策单元；

第五步：融合决策单元根据特征提取单元输入的信息进行逻辑决策，当出现排便立即输出更换纸尿裤信息；非排便时，记录尿湿次数以及不同位置的应力应变片的应变大小，在数据处理单元内预设阈值，尿湿次数以及应变大小各有对应阈值，只要应力应变片应变超出其设定阈值就输出更换纸尿裤的信息；

第六步：将是否更换纸尿裤本体的信息发送给监测系统终端，监测提醒设备以语音提醒等方式提醒目标人员及时更换纸尿裤本体；

作为本发明的进一步优选，第三步中的去噪方法具体如下：

利用近似贝叶斯滤波的方法即卡尔曼滤波及其改进算法来抑制传感器测量噪声，获取精确测量值，在数据处理单元中构建状态空间方程

式中，k表示任意时刻，x表示状态向量即三种传感器状态值，包括第一贴片温湿度一体化传感器、第二贴片温湿度一体化传感器、硫化氢气体传感器、第一应力应变片、第二应力应变片以及第三应力应变片总共八个状态量，F和H表示8维单位向量，w和v分别表示方差为Q和R的高斯白噪声，P表示误差方差矩阵，按如下步骤进行传感器去噪处理，

第1a步，状态一步预测：

第1b步，误差方差阵一步预测：P_k|k-1＝F_k|k-1P_k-1F_k|k-1 ^T+Q

第1c步，增益矩阵：

第1d步，状态更新：

第1e步，方差更新：P_k＝(I-K_kH_k)P_k|k-1

第1f步，进行第1a步到第1e步迭代循环并将

作为去噪后信息输出；

作为本发明的进一步优选，第四步中的特征提取单元对来自数据处理单元的信息进行关键特征提取，具体的，将八个状态量分别用变量t₁,t₂,s₁,s₂来表示第二贴片温湿度一体化传感器的温度、第一贴片温湿度一体化传感器的温度、第二贴片温湿度一体化传感器的湿度以及第一贴片温湿度一体化传感器的湿度，q表示硫化氢传感器的输出，f₁,f₂,f₃表示第一应力应变片、第二应力应变片以及第三应力应变片的应变输出，

通过检测上一时刻与当前时刻温度和湿度变化量Δt₁,Δt₂,Δs₁,Δs₂与预先设定阈值

进行比较，如果变化量大于阈值表示当前进行了排尿输出1，否则未排尿输出0；

通过检测上一时刻与当前时刻硫化氢传感器变化量Δq，并取连续1分钟内Δq的平均值与预先设定阈值

进行比较，如果变化量大于阈值表示当前进行了排便输出1，否则没有排便输出0；

通过检测上一时刻与当前时刻应变片变化量Δf₁,Δf₂,Δf₃，如果Δf₁＞0,Δf₂＝0,Δf₃＝0表示当前存在排尿但未超出纸尿裤容量极限输出0，如果Δf₁＞0,Δf₂＞0,Δf₃＞0且Δf₁≈Δf₂≈Δf₃表示纸尿裤容量达到极限输出1；

如果上述八个变量中有输出非数值型变量而是故障码，根据故障前所有传感器历史信息以及当前未发生故障的传感器信息利用最小二乘拟合与径向基函数残差插值进行融合重构获得故障传感器有效信息，然后在特征提取单元中重复进行上述操作进行特征提取；

作为本发明的进一步优选，第五步：融合决策单元根据特征提取单元输入的信息进行逻辑决策，具体为：将特征提取单元输出分别用ts_out,q_out,f_out来表示，对来自特征提取单元的信息进行处理优先级排序，硫化氢气体传感器优先级最高，其次是第一应力应变片、第二应力应变片以及第三应力应变片的应变信息，再者是第一贴片温湿度一体化传感器、第二贴片温湿度一体化传感器的湿度、温度的信息，即q_out＞f_out＞ts_out；

首先判断q_out＞0是否成立，成立即输出更换纸尿裤决策信息，否则输出继续穿戴决策信息；

当q_out＝0且f_out＞0时输出更换纸尿裤决策信息；

当q_out＝0,f_out＝0且无论ts_out＞0是否成立，输出仅仅记录排尿次数信息，不输出更换纸尿裤决策信息。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明所有的传感器均外置在纸尿裤本体吸收部分的外部，避免内置检测传感器只能一次性使用；

2、本发明通过近似贝叶斯滤波方法对其传感器噪声进行抑制，提高了各个传感器的检测精度；

3、本发明建立的故障容错机制，避免了纸尿裤本体吸收部分的传感器发生故障引起整个监测系统的失效；

4、本发明通过特征提取和多传感器融合进行决策信息输出避免依赖单一传感器产生误报信息。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的优选实施例各个传感器分布示意图；

图2是本发明的优选实施例监测系统的示例图；

图3是本发明的优选实施例监测方法的示例流程图。

图中：1为第一贴片温湿度一体化传感器，2为第二贴片温湿度一体化传感器，3为硫化氢气体传感器，4为第一应力应变片，5为第二应力应变片，6为第三应力应变片，7为电池，8为信号转换单元，9为无线通讯发送单元。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明的优选实施例包括以下特征部件：1为第一贴片温湿度一体化传感器，2为第二贴片温湿度一体化传感器，3为硫化氢气体传感器，4为第一应力应变片，5为第二应力应变片，6为第三应力应变片，7为电池，8为信号转换单元，9为无线通讯发送单元。

本发明的一种基于多传感器融合的纸尿裤外置监测系统，包括纸尿裤本体，纸尿裤本体包括吸收部分和固定部分，图2所示，在吸收部分外部安设用于实时获取纸尿裤本体内部信息的智能感知单元，

还包括安设在固定部分外部的无线通讯发送单元和信号转换单元，

信号转换单元将由智能感知单元处获取的信息进行转换后输送至无线通讯发送单元；

综合信息处理单元，其通过无线通讯接收单元接收无线通讯发送单元发送的信息，且对信息进行融合决策处理；

监测系统终端，其通过无线通讯接收单元获取综合信息处理单元进行处理后的信息，且对处理后的信息进行监测提醒；

其中，智能感知单元还包括多种传感器，综合信息处理单元还包括特征提取单元以及融合决策单元，监测系统终端为监测提醒设备。

基于上述监测系统进行的监测步骤如图3所示，

首先通过开始程序激活系统进行第一步；

随后，信号转换单元收集各个传感器信息并以无线方式发出信息；

接着，数据处理单元进行降噪处理，特征提取单元进行特征提取；

接着，融合决策单元进行特征融合计算，根据融合计算结果判断是否更换纸尿裤本体；

接着，无线通讯方式发送判断结果至监控体系终端，监控体系终端以语音提醒等方式提醒目标人员及时更换纸尿裤；

最后，程序结束。

图1所示，是基于上述本发明的优势选取的实施例1：

纸尿裤本体包括吸收部分和固定部分，吸收部分用于吸收排泄物，固定部分(即纸尿裤本体的松紧带)用于将纸尿裤本体固定在使用者的腰部；

纸尿裤本体的吸收部分呈长方形状，吸收部分沿着长边方向通过第一横线、第二横线和第三横线均匀分成四等份，吸收部分沿着短边方向通过第一竖线、第二竖线和第三竖线同样均匀分成四等份；

贴片温湿度一体化传感器包括两个，分别为第一贴片温湿度一体化传感器和第二贴片温湿度一体化传感器，第二贴片温湿度一体化传感器安装于第二横线与第二竖线的交叉点处，第一贴片温湿度一体化传感器安装于第二竖线上，且第一贴片温湿度一体化传感器与第二贴片温湿度一体化传感器的距离为四分之一长边长度；

硫化氢气体传感器包括一个，安装在第一竖线和第二横线的交叉点处；

应力应变片包括三个，分别为第一应力应变片、第二应力应变片和第三应力应变片，其中第二应力应变片安装在第三竖线和第二横线的交叉点处，第一应力应变片安装在第三竖线与第一横线的交叉点处，第三应力应变片安装在第三竖线与第三横线的交叉点处；

无线通讯发送单元以及信号转换单元安装在纸尿裤本体的固定部分，其中无线通讯发送单元粘贴在固定部分的中间位置，电池和信号转换单元分别位于无线通讯发送单元的两侧；

实施例2：

基于实施例1的优选结构，产生的监测方法具体步骤如下：

第一步：将纸尿裤本体通过固定部分进行固定，第一贴片温湿度一体化传感器以及第二贴片温湿度一体化传感器监测纸尿裤本体的吸收部分尿湿、排尿的次数，同时监测吸收部分的局部温度变化；硫化氢气体传感器监测排泄物的种类；第一应力应变片、第二应力应变片以及第三应力应变片监测吸收部分的容量，且判定是否达到吸收的临界值；上述信息全部收集至信号转换单元；

第二步：信号转换单元将上述三种传感器输出的模拟量转变成数字量输出给无线通讯发送单元，然后将数字化的传感器信息通过Zigbee协议以广播形式发送出去给无线通讯接收单元；

第三步：无线通讯接收单元接收纸尿裤本体上传感器实时信息将其传给综合信息处理单元的数据处理单元，数据处理单元对原始数据通过滤波方法进行去噪处理，

去噪的具体方法是利用近似贝叶斯滤波的方法(卡尔曼滤波及其改进算法)来抑制传感器测量噪声，获取精确测量值，在数据处理单元中构建状态空间方程

式中，k表示任意时刻，x表示状态向量即三种传感器状态值，包括第一贴片温湿度一体化传感器、第二贴片温湿度一体化传感器、硫化氢气体传感器、第一应力应变片、第二应力应变片以及第三应力应变片总共八个状态量，F和H表示8维单位向量，w和v分别表示方差为Q和R的高斯白噪声，P表示误差方差矩阵，按如下步骤进行传感器去噪处理，

第1a步，状态一步预测：

第1b步，误差方差阵一步预测：P_k|k-1＝F_k|k-1P_k-1F_k|k-1 ^T+Q

第1c步，增益矩阵：

第1d步，状态更新：

第1e步，方差更新：P_k＝(I-K_kH_k)P_k|k-1

第1f步，进行第1a步到第1e步迭代循环并将

作为去噪后信息输出；

同时数据处理单元根据预先内置传感器参考值对比精确数据判断某个传感器是否失效，对于正常传感器数据处理单元输出测量实际值，故障传感器数据处理单元输出故障码，将处理后信息发给特征提取单元；

第四步：特征提取单元对来自数据处理单元的信息进行关键特征提取，具体的，将八个状态量分别用变量t₁,t₂,s₁,s₂来表示第二贴片温湿度一体化传感器的温度、第一贴片温湿度一体化传感器的温度、第二贴片温湿度一体化传感器的湿度以及第一贴片温湿度一体化传感器的湿度，q表示硫化氢传感器的输出，f₁,f₂,f₃表示第一应力应变片、第二应力应变片以及第三应力应变片的应变输出，

通过检测上一时刻与当前时刻温度和湿度变化量Δt₁,Δt₂,Δs₁,Δs₂与预先设定阈值

进行比较，如果变化量大于阈值表示当前进行了排尿输出1，否则未排尿输出0；

通过检测上一时刻与当前时刻硫化氢传感器变化量Δq，并取连续1分钟内Δq的平均值与预先设定阈值

进行比较，如果变化量大于阈值表示当前进行了排便输出1，否则没有排便输出0；

通过检测上一时刻与当前时刻应变片变化量Δf₁,Δf₂,Δf₃，如果Δf₁＞0,Δf₂＝0,Δf₃＝0表示当前存在排尿但未超出纸尿裤容量极限输出0，如果Δf₁＞0,Δf₂＞0,Δf₃＞0且Δf₁≈Δf₂≈Δf₃表示纸尿裤容量达到极限输出1；

如果上述八个变量中有输出非数值型变量而是故障码，根据故障前所有传感器历史信息以及当前未发生故障的传感器信息利用最小二乘拟合与径向基函数残差插值进行融合重构获得故障传感器有效信息，然后在特征提取单元中重复进行上述操作进行特征提取；

当传感器信息全部正常时，提取是否尿湿、是否排便等关键信息发送至融合决策单元；当部分传感器故障时，利用状态重构的方法将获取故障传感器的有效信息发送至融合决策单元；

第五步：融合决策单元根据特征提取单元输入的信息进行逻辑决策，具体为将特征提取单元输出分别用ts_out,q_out,f_out来表示，对来自特征提取单元的信息进行处理优先级排序，硫化氢气体传感器优先级最高，其次是第一应力应变片、第二应力应变片以及第三应力应变片的应变信息，再者是第一贴片温湿度一体化传感器、第二贴片温湿度一体化传感器的湿度、温度的信息，即q_out＞f_out＞ts_out；

首先判断q_out＞0是否成立，成立即输出更换纸尿裤决策信息，否则输出继续穿戴决策信息；

当q_out＝0且f_out＞0时输出更换纸尿裤决策信息；

当q_out＝0,f_out＝0且无论ts_out＞0是否成立，输出仅仅记录排尿次数信息，不输出更换纸尿裤决策信息；

第六步：将是否更换纸尿裤本体的信息发送给监测系统终端，监测提醒设备以语音提醒等方式提醒目标人员及时更换纸尿裤本体；

本发明通过上述监测系统以及针对监测系统进行的监测方法，可以使得系统进行多次重复使用，在保证精确的辨别排泄物种类的同时，给予置换纸尿裤本体的精确时间，最终避免了纸尿裤本体上的个别传感器发生故障引起的整个监测系统失效以及信息误报。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种基于多传感器融合的纸尿裤外置监测系统，包括纸尿裤本体，纸尿裤本体包括吸收部分和固定部分，其特征在于：在吸收部分外部安设用于实时获取纸尿裤本体内部信息的智能感知单元，

还包括安设在固定部分外部的无线通讯发送单元和信号转换单元，

信号转换单元将由智能感知单元处获取的信息进行转换后输送至无线通讯发送单元；

综合信息处理单元，其通过无线通讯接收单元接收无线通讯发送单元发送的信息，且对信息进行融合决策处理；

监测系统终端，其通过无线通讯接收单元获取综合信息处理单元进行处理后的信息，且对处理后的信息进行监测提醒。

2.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的纸尿裤外置监测系统，其特征在于：前述的智能感知单元包括若干贴片温湿度一体化传感器，其用于监测纸尿裤本体的尿湿、排尿次数以及纸尿裤本体局部的温度变化；

若干硫化氢气体传感器，其用于区分置于纸尿裤本体内的成分；

若干应力应变片，其用于监测纸尿裤本体内物质的容量范围，且同时判断容量范围与临界值之间的接近程度；

若干贴片温湿度一体化传感器、若干硫化氢气体传感器以及若干应力应变片均与无线通讯发送单元、信号转换单元电气连接。

3.根据权利要求2所述的基于多传感器融合的纸尿裤外置监测系统，其特征在于：

纸尿裤本体的吸收部分呈长方形状，吸收部分沿着长边方向通过第一横线、第二横线和第三横线均匀分成四等份，吸收部分沿着短边方向通过第一竖线、第二竖线和第三竖线均匀分成四等份；

贴片温湿度一体化传感器包括两个，分别为第一贴片温湿度一体化传感器和第二贴片温湿度一体化传感器，第二贴片温湿度一体化传感器安装于第二横线与第二竖线的交叉点处，第一贴片温湿度一体化传感器安装于第二竖线上，且第一贴片温湿度一体化传感器与第二贴片温湿度一体化传感器的距离为四分之一长边长度；

硫化氢气体传感器包括一个，安装在第一竖线和第二横线的交叉点处；

应力应变片包括三个，分别为第一应力应变片、第二应力应变片和第三应力应变片，其中第二应力应变片安装在第三竖线和第二横线的交叉点处，第一应力应变片安装在第三竖线与第一横线的交叉点处，第三应力应变片安装在第三竖线与第三横线的交叉点处；

无线通讯发送单元以及信号转换单元安装在纸尿裤本体的固定部分。

4.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的纸尿裤外置监测系统，其特征在于：前述的综合信息处理单元包括数据处理单元、特征提取单元以及融合决策单元，综合信息处理单元通过无线通讯接收单元接收无线通讯发送单元发送的信息，

数据处理单元通过滤波方法对信息处理获取去噪后的精确数据；

特征提取单元对去噪后的精确数据进行关键特征提取；

融合决策单元根据获取的关键特征进行逻辑决策，最终决策信息通过无线通讯发送单元发送至监测系统终端。

5.根据权利要求2所述的基于多传感器融合的纸尿裤外置监测系统，其特征在于：在纸尿裤本体的固定部分还安装电池，其与若干贴片温湿度一体化传感器、若干硫化氢气体传感器、若干应力应变片均与无线通讯发送单元以及信号转换单元均连通。

6.一种基于多传感器融合的纸尿裤外置监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：将纸尿裤本体通过固定部分进行固定，第一贴片温湿度一体化传感器以及第二贴片温湿度一体化传感器监测纸尿裤本体的吸收部分尿湿、排尿的次数，同时监测吸收部分的局部温度变化；硫化氢气体传感器监测排泄物的种类；第一应力应变片、第二应力应变片以及第三应力应变片监测吸收部分的容量，且判定是否达到吸收的临界值；上述信息全部收集至信号转换单元；

第二步：信号转换单元将上述三种传感器输出的模拟量转变成数字量输出给无线通讯发送单元，然后将数字化的传感器信息以广播形式发送出去给无线通讯接收单元；

第三步：无线通讯接收单元接收纸尿裤本体上传感器实时信息将其传给综合信息处理单元的数据处理单元，数据处理单元对原始数据通过滤波方法进行去噪处理，同时数据处理单元根据预先内置传感器参考值对比精确数据判断某个传感器是否失效，对于正常传感器数据处理单元输出测量实际值，故障传感器数据处理单元输出故障码，将处理后信息发给特征提取单元；

第四步：特征提取单元对来自数据处理单元的信息进行关键特征提取，当传感器信息全部正常时，提取是否尿湿、是否排便等关键信息发送至融合决策单元；当部分传感器故障时，利用状态重构的方法将获取故障传感器的有效信息发送至融合决策单元；

第五步：融合决策单元根据特征提取单元输入的信息进行逻辑决策，当出现排便立即输出更换纸尿裤信息；非排便时，记录尿湿次数以及不同位置的应力应变片的应变大小，在数据处理单元内预设阈值，尿湿次数以及应变大小各有对应阈值，只要应力应变片应变超出其设定阈值就输出更换纸尿裤的信息；

第六步：将是否更换纸尿裤本体的信息发送给监测系统终端，监测提醒设备以语音提醒等方式提醒目标人员及时更换纸尿裤本体。

7.根据权利要求6所述的基于多传感器融合的纸尿裤外置监测方法，其特征在于：第三步中的去噪方法具体如下：

利用近似贝叶斯滤波的方法即卡尔曼滤波及其改进算法来抑制传感器测量噪声，获取精确测量值，在数据处理单元中构建状态空间方程

式中，k表示任意时刻，x表示状态向量即三种传感器状态值，包括第一贴片温湿度一体化传感器、第二贴片温湿度一体化传感器、硫化氢气体传感器、第一应力应变片、第二应力应变片以及第三应力应变片总共八个状态量，F和H表示8维单位向量，w和v分别表示方差为Q和R的高斯白噪声，P表示误差方差矩阵，按如下步骤进行传感器去噪处理，

第1a步，状态一步预测：

第1b步，误差方差阵一步预测：P_k|k-1＝F_k|k-1P_k-1F_k|k-1 ^T+Q

第1c步，增益矩阵：

第1d步，状态更新：

第1e步，方差更新：P_k＝(I-K_kH_k)P_k|k-1

第1f步，进行第1a步到第1e步迭代循环并将

作为去噪后信息输出。

8.根据权利要求7所述的基于多传感器融合的纸尿裤外置监测方法，其特征在于：第四步中的特征提取单元对来自数据处理单元的信息进行关键特征提取，具体的，将八个状态量分别用变量t₁,t₂,s₁,s₂来表示第二贴片温湿度一体化传感器的温度、第一贴片温湿度一体化传感器的温度、第二贴片温湿度一体化传感器的湿度以及第一贴片温湿度一体化传感器的湿度，q表示硫化氢传感器的输出，f₁,f₂,f₃表示第一应力应变片、第二应力应变片以及第三应力应变片的应变输出，

通过检测上一时刻与当前时刻温度和湿度变化量Δt₁,Δt₂,Δs₁,Δs₂与预先设定阈值

进行比较，如果变化量大于阈值表示当前进行了排尿输出1，否则未排尿输出0；

通过检测上一时刻与当前时刻硫化氢传感器变化量Δq，并取连续1分钟内Δq的平均值与预先设定阈值

进行比较，如果变化量大于阈值表示当前进行了排便输出1，否则没有排便输出0；

通过检测上一时刻与当前时刻应变片变化量Δf₁,Δf₂,Δf₃，如果Δf₁＞0,Δf₂＝0,Δf₃＝0表示当前存在排尿但未超出纸尿裤容量极限输出0，如果Δf₁＞0,Δf₂＞0,Δf₃＞0且Δf₁≈Δf₂≈Δf₃表示纸尿裤容量达到极限输出1；

如果上述八个变量中有输出非数值型变量而是故障码，根据故障前所有传感器历史信息以及当前未发生故障的传感器信息利用最小二乘拟合与径向基函数残差插值进行融合重构获得故障传感器有效信息，然后在特征提取单元中重复进行上述操作进行特征提取。

9.根据权利要求8所述的基于多传感器融合的纸尿裤外置监测方法，其特征在于：第五步：融合决策单元根据特征提取单元输入的信息进行逻辑决策，具体为：将特征提取单元输出分别用ts_out,q_out,f_out来表示，对来自特征提取单元的信息进行处理优先级排序，硫化氢气体传感器优先级最高，其次是第一应力应变片、第二应力应变片以及第三应力应变片的应变信息，再者是第一贴片温湿度一体化传感器、第二贴片温湿度一体化传感器的湿度、温度的信息，即q_out＞f_out＞ts_out；

首先判断q_out＞0是否成立，成立即输出更换纸尿裤决策信息，否则输出继续穿戴决策信息；

当q_out＝0且f_out＞0时输出更换纸尿裤决策信息；

当q_out＝0,f_out＝0且无论ts_out＞0是否成立，输出仅仅记录排尿次数信息，不输出更换纸尿裤决策信息。

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