CN111084623A - 一种压电式睡姿变化监测垫 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种压电式睡姿变化监测垫，主体为垫子式结构，包括棉质保护层、单波浪面形乳胶层、柔性检测层、乳胶底层，自上而下组合；所述的单波浪面形乳胶层，平面朝上与棉质保护层相贴，波浪面朝下与柔性检测层相贴，所述的柔性检测层，划分为十六个传感区，按4×4分布，每个区域布置PVDF压电薄膜环一个，沿宽度方向上的每四个PVDF压电薄膜环配备一个布线区，所述的PVDF压电薄膜环，结构为椭圆环形，最大长直径和短直径取传感长和宽的三分之二以上；所述的垫子式结构主体连接信号处理器，包括传感信号预处理电路和以STM32微处理器为核心的信号处理电路，基于预置的睡姿分析策略，进行睡姿改变的判别。

Description

一种压电式睡姿变化监测垫

技术领域

本发明专利涉及睡眠监测领域，具体涉及一种压电式睡姿变化监测垫。

背景技术

睡眠监测的“金标准”是多导睡眠描记法，通过脑电、眼电、肌电的全程监测准确反映睡眠状况，它是医学睡眠疾病的诊断和治疗的重要依据。除此之外，被普通大众使用的睡眠监测方法，主要有可穿戴式便携设备(如智能手环、智能手机等)和智能床垫。可穿戴式便携设备利用内置的加速传感器，采集睡眠过程中特殊频率的移动，通过动作时刻、动作持续时间、动作次数等，达到睡眠质量监测的目的，这种方法评价方式单一、存在误判风险。智能床垫，除实现上述功能之外，还可以对睡眠姿态进行监测。

智能床垫对睡姿的监测一般采用压阻式，通过遍布于整个床垫面积上的传感网络，计算出人体压力分布，从而判断睡姿。这种方式对压阻式传感器及其布局具有较高要求，需要采用特殊定制结构，同时需要复杂的信号接收和数据处理能力。智能床垫对睡姿的监测也可采用压电式，通过压电元件制成的睡眠监测带实现，由于结构单一，对睡姿的判定并不准确。在智能床垫式睡眠监测系统中，压电元件，主要用来监测翻身振动信号以及脉搏、心跳等生理信息。

压电元件具有压电效应，是一种非常适合动态测量的元器件，尤其采用聚合有机物制成的压电材料(如聚偏氟乙烯，简称PVDF)材质柔韧、低密度、低阻抗、具有高压电电压常数，非常适用于动态薄膜式微振动测量。采用PVDF制成的压电薄膜对动态应力非常敏感，28μm厚的PVDF的灵敏度典型值为10～15mV/微应变(长度的百万分率变化)。PVDF压电薄膜传感器，具有频响宽、动态范围好、输出电压高、稳定性好、耐冲击、不易老化等特点，被广泛应用振动冲击、交通动态称重以及安全报警等领域。

发明专利内容

针对背景技术的不足，本发明专利的目的在于提供一种基于压电薄膜传感器的压电式睡姿变化监测垫，精确快速的进行睡姿变化的监测，更为全面的评价睡眠质量。

本发明专利通过下述技术方案实现：

一种压电式睡姿变化监测垫，主体为垫子式结构，所述的垫子式结构主体包括棉质保护层、单波浪面形乳胶层、柔性检测层、乳胶底层，自上而下组合，长1.4米-1.8米，宽0.6米-1米，厚度不超过0.03米。

所述的单波浪面形乳胶层，平面朝上与所述的棉质保护层相贴，波浪面朝下与所述的柔性检测层相贴，单个波浪宽度小于0.02米。

进一步地，所述的单波浪面形乳胶层，可以采用长度方向上的波浪形，也可以采用宽度方向上的波浪形，还可以采用其他角度波浪形，还可以将两个不同方向上波浪形叠加。

所述的柔性检测层，划分为十六个传感区、四个布线区，所述的十六个传感区按4×4分布，每个区域布置PVDF压电薄膜环一个，沿宽度方向上的每四个PVDF压电薄膜环为一组，每组配备一个布线区，所述的布线区位于每组传感区长度方向上的一侧，宽度不大于0.02米。

所述的PVDF压电薄膜环，每一个传感区内布置一个，结构为椭圆环形，最大长直径和短直径取传感区长和宽的三分之二以上。

一种压电式睡姿变化监测垫，除垫子式结构主体外，需连接信号处理器，所述的信号处理器包括传感信号预处理电路和以STM32微处理器为核心的信号处理电路，所述的传感信号预处理电路，主要通过32路信号线，将十六个传感器通过双缆屏蔽线传输的信号进行基本电荷-电压转换、电压放大、电压滤波、电压比较，获得标准信号，所述的以STM32微处理器为核心的信号处理电路，将十六路标准信号进行实时采集和存储，并基于预置的睡姿分析策略，根据十六个传感信号的变化，进行睡姿改变的判别。

所述的睡姿分析策略，将十六个传感区按从宽度方向、再从长度方向依次标记为①、②、③、④至

①～④监测肩、背压力变动，⑤～⑧监测手肘、手和后腰的压力变动，⑨～

监测臀部、大腿部压力变动，

监测小腿部、脚部压力变动；当睡姿从左侧卧变为右侧卧，最接近的信号变化状态是③、④、⑦、⑧、

有信号输出，表明身体离开这些区域，接着①、②、⑤、⑥、⑨、⑩、

有信号输出，表明身体压在这些区域；当睡姿从右侧卧变为仰卧，最接近的信号变化状态是①、②、⑤、⑥、⑨、⑩、

有信号输出，表明身体离开这些区域，接着②、③、⑥、⑦、⑩、

有信号输出，表明身体压在这些区域。

进一步地，所述的睡姿分析策略，需要对普遍的睡眠姿态进行完整分析，从而建立不同睡姿(仰卧、左侧卧、右侧卧、俯卧)变化与十六个信号输出变化之间的关系。为提高所述的睡姿分析策略的准确性，可以对个体睡眠姿态进行判断训练，建立个性化的睡姿分析策略。

本发明专利与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1.本发明专利一种压电式睡姿变化监测垫，用于监测识别人体睡姿变化情况，采用PVDF压电薄膜环铺设于传感区域，当有压力改变时才会有电荷信号产生，环状结构能有效感受所在传感区压力变化情况，同时压电式传感方式免除了压阻式传感方式下必须持续通电的弊端，减小了电磁辐射对人体的影响。

2.本发明专利一种压电式睡姿变化监测垫，采用适合人体尺寸的床垫式结构，使用时直接铺设在床上，适用于各种常规尺寸床，使用过程中不会给用户带来突兀感与不适感。

3.本发明专利一种压电式睡姿变化监测垫，采用波浪形乳胶垫，波浪形表面与传感区域接触时应力集中，提高了PVDF压电薄膜环的灵敏度，整个垫子采用棉、乳胶材质，环保，轻便。

4.本发明专利一种压电式睡姿变化监测垫，通过分区域监测压力变化，依据睡姿分析策略，对人体睡姿的改变进行判别检测，减少了数据量，降低了数据处理工作；采用STM32单片机核心处理器作为数据处理核心部件，具备了较好的可扩展能力，可进一步开发串口通信、无线通信，实现用户计算机终端、手机终端的数据传输和分析。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明专利实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明专利实施例的限定。在附图中：

图1为本发明专利的结构示意图；

图2为本发明专利的信号处理单元结构框图；

图3为本发明专利的采用STM32单片机核心处理器的信号处理基本流程图；

图4为本发明专利的传感器分布序号图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-棉质保护层，2-单波浪面形乳胶层，3-柔性检测层，4-乳胶底层，5-波浪面，6-传感区，7-布线区，8-PVDF压电薄膜环，9-信号处理器，10-传感信号预处理电路，11-STM32微处理器为核心的信号处理电，12-32路信号线，13-双缆屏蔽线。

具体实施方式

为使本发明专利的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明专利作进一步的详细说明，本发明专利的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明专利，并不作为对本发明专利的限定。

实施例1

如图1所示，本发明专利一种压电式睡姿变化监测垫，主体为垫子式结构，所述的垫子式结构主体包括棉质保护层1、单波浪面形乳胶层2、柔性检测层3、乳胶底层4，自上而下组合，长1.4米-1.8米，宽0.6米-1米，厚度不超过0.03米。

所述的单波浪面形乳胶层2，平面朝上与所述的棉质保护层1下表面相贴，波浪面5朝下与所述的柔性检测层3相贴，单个波浪宽度小于0.02米。

进一步地，所述的单波浪面形乳胶层2，可以采用长度方向上的波浪形，也可以采用宽度方向上的波浪形，还可以采用其他角度波浪形，还可以将两个不同方向上波浪形叠加。

所述的柔性检测层3，划分为十六个传感区6、四个布线区7，所述的十六个传感区按4×4分布，每个区域布置PVDF压电薄膜环8一个，沿宽度方向上的每四个PVDF压电薄膜环为一组，每组配备一个布线区7，所述的布线区7位于每组传感区长度方向上的一侧，宽度不大于0.02米。

所述的PVDF压电薄膜环8，每一个传感区内布置一个，结构为椭圆环形，最大长直径和短直径取传感区长和宽的三分之二以上。

如图1-图3所示，本发明专利一种压电式睡姿变化监测垫，除垫子式结构主体外，需连接信号处理器9，所述的信号处理器9包括传感信号预处理电路10和以STM32微处理器为核心的信号处理电路11，所述的传感信号预处理电路10，主要通过32路信号线12，将十六个传感器通过双缆屏蔽线13传输的信号进行基本电荷-电压转换、电压放大、电压滤波、电压比较，获得标准信号，所述的以STM32微处理器为核心的信号处理电路11，将十六路标准信号进行实时采集和存储，并基于预置的睡姿分析策略，根据十六个传感信号的变化，进行睡姿改变的判别。

所述的睡姿分析策略，将十六个传感区按从宽度方向、再从长度方向依次标记为①、②、③、④至

①～④监测肩、背压力变动，⑤～⑧监测手肘、手和后腰的压力变动，⑨～

监测臀部、大腿部压力变动，

监测小腿部、脚部压力变动；当睡姿从左侧卧变为右侧卧，最接近的信号变化状态是③、④、⑦、⑧、

有信号输出，表明身体离开这些区域，接着①、②、⑤、⑥、⑨、⑩、

有信号输出，表明身体压在这些区域；当睡姿从右侧卧变为仰卧，最接近的信号变化状态是①、②、⑤、⑥、⑨、⑩、

有信号输出，表明身体离开这些区域，接着②、③、⑥、⑦、⑩、

有信号输出，表明身体压在这些区域。

进一步地，所述的睡姿分析策略，需要对普遍的睡眠姿态进行完整分析，从而建立不同睡姿(仰卧、左侧卧、右侧卧、俯卧)变化与十六个信号输出变化之间的关系。为提高所述的睡姿分析策略的准确性，可以对个体睡眠姿态进行判断训练，建立个性化的睡姿分析策略。

以上所述的具体实施方式，对本发明专利的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明专利的具体实施方式而已，并不用于限定本发明专利的保护范围，凡在本发明专利的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种压电式睡姿变化监测垫，其特征在于：主体为垫子式结构，所述的垫子式结构主体包括棉质保护层(1)、单波浪面形乳胶层(2)、柔性检测层(3)、乳胶底层(4)，自上而下组合，长1.4米-1.8米，宽0.6米-1米，厚度不超过0.03米；除垫子式结构主体外，需连接信号处理器(9)，所述的信号处理器(9)包括传感信号预处理电路(10)和以STM32微处理器为核心的信号处理电路(11)。

2.根据权利要求1所述的一种压电式睡姿变化监测垫，其特征在于：所述的单波浪面形乳胶层(2)，平面朝上与所述的棉质保护层(1)下表面相贴，波浪面(5)朝下与所述的柔性检测层3相贴，单个波浪宽度小于0.02米。

3.根据权利要求1所述的一种压电式睡姿变化监测垫，其特征在于：所述的柔性检测层(3)，划分为十六个传感区(6)、四个布线区(7)，所述的十六个传感区按4×4分布，每个区域布置PVDF压电薄膜环(8)一个，沿宽度方向上的每四个PVDF压电薄膜环为一组，每组配备一个布线区(7)，所述的布线区(7)位于每组传感区长度方向上的一侧，宽度不大于0.02米。

4.根据权利要求3所述的一种压电式睡姿变化监测垫，其特征在于：所述的PVDF压电薄膜环(8)，每一个传感区内布置一个，结构为椭圆环形，最大长直径和短直径取传感区长和宽的三分之二以上。

5.根据权利要求1所述的一种压电式睡姿变化监测垫，其特征在于：所述的传感信号预处理电路(10)，主要通过32路信号线(12)，将十六个传感器通过双缆屏蔽线(13)传输的信号进行基本电荷-电压转换、电压放大、电压滤波、电压比较，获得标准信号，所述的以STM32微处理器为核心的信号处理电路(11)，将十六路标准信号进行实时采集和存储，并基于预置的睡姿分析策略，根据十六个传感信号的变化，进行睡姿改变的判别。

6.根据权利要求5所述的一种压电式睡姿变化监测垫，其特征在于：所述的睡姿分析策略，将十六个传感区按从宽度方向、再从长度方向依次标记为①、②、③、④至

①～④监测肩、背压力变动，⑤～⑧监测手肘、手和后腰的压力变动，

监测臀部、大腿部压力变动，

监测小腿部、脚部压力变动，确定不同区域压力变动情况与睡姿变化的关系。

Images