CN113080931A - 一种基于bcg的非接触式呼吸监测方法和系统 - Google Patents

一种基于bcg的非接触式呼吸监测方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于BCG的非接触式呼吸监测方法和系统。本发明中，所述检测模块的外部固定安装有所述振动传感器，所述振动传感器的输出端连接有所述检测模块的输入端，所述检测模块的输出端连接有所述控制模块的输入端，所述数据分析模块的输出端连接有所述接收终端的输入端，所述接收终端的输出端连接有所述显示器模块的输入端；振动传感器配合检测模块，采用心冲击图BCG，的方法的呼吸监测，则在用户睡眠的情况下无感地采集用户的呼吸数据，不会对用户产生任何心理负担，数据更真实可靠。采用BCG心率采集，属于非接触式方式，对用户无感，用户体验好。经过大量实验，在床垫特定位置放置一定数量的传感器，采集精度、抗干扰和可靠性高。

Description

一种基于BCG的非接触式呼吸监测方法和系统
技术领域
本发明属于健康检测技术领域，具体为一种基于BCG的非接触式呼吸监测方法和系统。
背景技术
穿戴式生命体征监测技术由于受到传感器、电极片、导线、电池续航等因素的制约，严重影响了使用者的体验和舒适度，给实际应用带来了很大的困难。而非接触式生命体征监测技术由于对使用者不造成任何影响，在无感的情况下完成生命体征的采集，是一项很有前景的生命体征监测技术。比如呼吸监测，目前主要采用人工观察胸脯起伏来判断呼吸，费时费力容易产生误差。或者采用穿戴式热阻导联呼吸监测或者腹部压力带呼吸监测，准确度高。
但是使用很不方便，且如果数据出现了异常，人们也不能及时收到提醒消息，从而可能会引发严重后果。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供一种基于BCG的非接触式呼吸监测方法和系统。
本发明采用的技术方案如下：一种基于BCG的非接触式呼吸监测方法和系统，包括处理器模块、控制模块、数据记录模块、数据分析模块、接收终端、显示器模块、检测模块、供电模块、振动传感器、数据处理模块、数据预警模块、蜂鸣报警器、无线传输模块、服务器后台、电路放大模块、滤波整形模块、信号计算模块，所述处理器模块的输出端连接有所述控制模块的输入端，所述控制模块的外部电性连接有检测模块，所述检测模块的外部固定安装有所述振动传感器，所述振动传感器的输出端连接有所述检测模块的输入端，所述检测模块的输出端连接有所述控制模块的输入端，所述控制模块的外部固定安装有数据处理模块，所述控制模块的输出端连接有所述数据处理模块的输入端；
所述处理器模块的输出端连接有所述数据记录模块的输入端；所述数据记录模块的输出端连接有所述数据分析模块的输入端，所述数据分析模块的输出端连接有所述接收终端的输入端，所述接收终端的输出端连接有所述显示器模块的输入端。
在一优选的实施方式中，所述数据分析模块的外部固定安装有所述数据预警模块，所述数据分析模块的输出端连接有所述数据预警模块的输入端，所述数据预警模块的外部固定安装有所述蜂鸣报警器，所述数据预警模块的输出端连接有所述蜂鸣报警器的输入端。
在一优选的实施方式中，所述数据处理模块的内部固定安装有所述电路放大模块、所述滤波整形模块、所述信号计算模块、所述无线传输模块和所述服务器后台，所述无线传输模块的外部电性连接有所述服务器后台。
在一优选的实施方式中，所述电路放大模块的输出端连接有所述滤波整形模块的输入端，所述滤波整形模块的输出端连接有所述信号计算模块的输入端，所述信号计算模块的输出端连接有所述无线传输模块的输入端，所述无线传输模块的输出端连接有所述服务器后台的输入端。
在一优选的实施方式中，所述信号计算模块的内部采用了小波分解法进行计算，小波分解法利用QRS波在某一尺度小波变换的具有特有的性质将QRS波的特征点提取出来，利用二进小波变化来检测QRS波，选用三阶样条函数作为基本小波函数。
在一优选的实施方式中，所述滤波整形模块的内部输入的是模拟电路部分的输出信号，即过滤放大的正弦波，输出的数电信号就是要求的方波信号，所述滤波整形模块内部电路的主要部分就是施密特触发电路还有一些电阻、电容、自己设计的电源，其中芯片的THR引脚连接电阻和电容，RST引脚与VCC引脚都连接到一个5V的直流电源上，TRI引脚和GND引脚之间连接一个电阻；再把 THR引脚与TRI引脚也练到一起便组成了施密特触发器。
在一优选的实施方式中，所述振动传感器的为光纤光栅振动传感器，光纤光栅振动传感器由机械悬梁臂一端固定在封装壳上，与待测的物台连接；在测量振动时，振动源和物台同时振动，而引起悬梁臂振动；两个相同特质的光纤光栅，一个安装在悬梁臂下表面的对称位置作为信号解调光栅，另一个安装在机械悬梁臂的上表面上作为传感光栅；由振动惯性力的作用下悬臂梁发生机械振动，带动两个光栅产生周期性的应变拉伸或收缩，从而引起FBG的布拉格波长发生变化，通过探测波长的信息前后是否一致，就能实现振动测量。
在一优选的实施方式中，所述蜂鸣报警器为无源电磁蜂鸣器，且该无源电磁蜂鸣器交流信号通过绕在支架上的线包在支架的芯柱上产生一交变的磁通，交变的磁通和磁环恒定磁通进行叠加，使钼片以给定的交流信号频率振动并配合共振腔发声。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，振动传感器配合检测模块，采用心冲击图BCG，的方法的呼吸监测，则在用户睡眠的情况下无感地采集用户的呼吸数据，不会对用户产生任何心理负担，数据更真实可靠。采用BCG心率采集，属于非接触式方式，对用户无感，用户体验好。经过大量实验，在床垫特定位置放置一定数量的传感器，采集精度、抗干扰和可靠性高。能准确记录心率，对异常心率进行及时报警。能对用户的7*24*365*3年数据进行记录、分析采用BCG方式采集心率，在床垫特定位置，放置特定数量的传感器，传感器的数量、位置具有特定性，抗干扰能力最强。特定的呼吸提取算法，保证对不同体重、性别的用户都具有可靠的检测精度。
2、本发明中，数据分析模块在对数据进行分析得到数据异常后，蜂鸣报警器会及时发出蜂鸣报警，从而提醒人们及时对身体进行检查，避免了安全意外的发生，提高了该系统的安全性。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明中数据处理模块系统框图。
图中标记：1-处理器模块、2-控制模块、3-数据记录模块、4-数据分析模块、 5-接收终端、6-显示器模块、7-检测模块、8-供电模块、9-振动传感器、10-数据处理模块、11-数据预警模块、12-蜂鸣报警器、13-无线传输模块、14-服务器后台、15-电路放大模块、16-滤波整形模块、17-信号计算模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1-2，一种基于BCG的非接触式呼吸监测方法和系统，包括处理器模块1、控制模块2、数据记录模块3、数据分析模块4、接收终端5、显示器模块6、检测模块7、供电模块8、振动传感器9、数据处理模块10、数据预警模块 11、蜂鸣报警器12、无线传输模块13、服务器后台14、电路放大模块15、滤波整形模块16、信号计算模块17，处理器模块1的输出端连接有控制模块2的输入端，控制模块2的外部电性连接有检测模块7，检测模块7的外部固定安装有振动传感器9，振动传感器9的为光纤光栅振动传感器，光纤光栅振动传感器由机械悬梁臂一端固定在封装壳上，与待测的物台连接；在测量振动时，振动源和物台同时振动，而引起悬梁臂振动；两个相同特质的光纤光栅，一个安装在悬梁臂下表面的对称位置作为信号解调光栅，另一个安装在机械悬梁臂的上表面上作为传感光栅；由振动惯性力的作用下悬臂梁发生机械振动，带动两个光栅产生周期性的应变拉伸或收缩，从而引起FBG的布拉格波长发生变化，通过探测波长的信息前后是否一致，就能实现振动测量；振动传感器9的输出端连接有检测模块7的输入端，检测模块7的输出端连接有控制模块2的输入端，控制模块2的外部固定安装有数据处理模块10，控制模块2的输出端连接有数据处理模块10的输入端，数据处理模块10的内部固定安装有电路放大模块15、滤波整形模块16、信号计算模块17、无线传输模块13和服务器后台14，无线传输模块13的外部电性连接有服务器后台14；电路放大模块15的输出端连接有滤波整形模块16的输入端，滤波整形模块16的输出端连接有信号计算模块 17的输入端，信号计算模块17的输出端连接有无线传输模块13的输入端，无线传输模块13的输出端连接有服务器后台14的输入端；信号计算模块17的内部采用了小波分解法进行计算，小波分解法利用QRS波在某一尺度小波变换的具有特有的性质将QRS波的特征点提取出来，利用二进小波变化来检测QRS波，选用三阶样条函数作为基本小波函数；滤波整形模块16的内部输入的是模拟电路部分的输出信号，即过滤放大的正弦波，输出的数电信号就是要求的方波信号，滤波整形模块16内部电路的主要部分就是施密特触发电路还有一些电阻、电容、自己设计的电源，其中芯片的THR引脚连接电阻和电容，RST引脚与VCC引脚都连接到一个5V的直流电源上，TRI引脚和GND引脚之间连接一个电阻；再把THR引脚与TRI引脚也练到一起便组成了施密特触发器；
处理器模块1的输出端连接有数据记录模块3的输入端；数据记录模块3的输出端连接有数据分析模块4的输入端，数据分析模块4的外部固定安装有数据预警模块11，数据分析模块4的输出端连接有数据预警模块11的输入端，数据预警模块11的外部固定安装有蜂鸣报警器12，蜂鸣报警器12为无源电磁蜂鸣器，且该无源电磁蜂鸣器交流信号通过绕在支架上的线包在支架的芯柱上产生一交变的磁通，交变的磁通和磁环恒定磁通进行叠加，使钼片以给定的交流信号频率振动并配合共振腔发声；数据预警模块11的输出端连接有蜂鸣报警器 12的输入端；数据分析模块4的输出端连接有接收终端5的输入端，接收终端 5的输出端连接有显示器模块6的输入端；振动传感器9配合检测模块7，采用心冲击图BCG，的方法的呼吸监测，则在用户睡眠的情况下无感地采集用户的呼吸数据，不会对用户产生任何心理负担，数据更真实可靠。采用BCG心率采集，属于非接触式方式，对用户无感，用户体验好。经过大量实验，在床垫特定位置放置一定数量的传感器，采集精度、抗干扰和可靠性高。能准确记录心率，对异常心率进行及时报警。能对用户的7*24*365*3年数据进行记录、分析采用BCG方式采集心率，在床垫特定位置，放置特定数量的传感器，传感器的数量、位置具有特定性，抗干扰能力最强。特定的呼吸提取算法，保证对不同体重、性别的用户都具有可靠的检测精度；数据分析模块4在对数据进行分析得到数据异常后，蜂鸣报警器12会及时发出蜂鸣报警，从而提醒人们及时对身体进行检查，避免了安全意外的发生，提高了该系统的安全性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于BCG的非接触式呼吸监测方法和系统，包括处理器模块(1)、控制模块(2)、数据记录模块(3)、数据分析模块(4)、接收终端(5)、显示器模块(6)、检测模块(7)、供电模块(8)、振动传感器(9)、数据处理模块(10)、数据预警模块(11)、蜂鸣报警器(12)、无线传输模块(13)、服务器后台(14)、电路放大模块(15)、滤波整形模块(16)、信号计算模块(17)，其特征在于：所述处理器模块(1)的输出端连接有所述控制模块(2)的输入端，所述控制模块(2)的外部电性连接有检测模块(7)，所述检测模块(7)的外部固定安装有所述振动传感器(9)，所述振动传感器(9)的输出端连接有所述检测模块(7)的输入端，所述检测模块(7)的输出端连接有所述控制模块(2)的输入端，所述控制模块(2)的外部固定安装有数据处理模块(10)，所述控制模块(2)的输出端连接有所述数据处理模块(10)的输入端；
所述处理器模块(1)的输出端连接有所述数据记录模块(3)的输入端；所述数据记录模块(3)的输出端连接有所述数据分析模块(4)的输入端，所述数据分析模块(4)的输出端连接有所述接收终端(5)的输入端，所述接收终端(5)的输出端连接有所述显示器模块(6)的输入端。
2.如权利要求1所述的一种基于BCG的非接触式呼吸监测方法和系统，其特征在于：所述数据分析模块(4)的外部固定安装有所述数据预警模块(11)，所述数据分析模块(4)的输出端连接有所述数据预警模块(11)的输入端，所述数据预警模块(11)的外部固定安装有所述蜂鸣报警器(12)，所述数据预警模块(11)的输出端连接有所述蜂鸣报警器(12)的输入端。
3.如权利要求1所述的一种基于BCG的非接触式呼吸监测方法和系统，其特征在于：所述数据处理模块(10)的内部固定安装有所述电路放大模块(15)、所述滤波整形模块(16)、所述信号计算模块(17)、所述无线传输模块(13)和所述服务器后台(14)，所述无线传输模块(13)的外部电性连接有所述服务器后台(14)。
4.如权利要求1所述的一种基于BCG的非接触式呼吸监测方法和系统，其特征在于：所述电路放大模块(15)的输出端连接有所述滤波整形模块(16)的输入端，所述滤波整形模块(16)的输出端连接有所述信号计算模块(17)的输入端，所述信号计算模块(17)的输出端连接有所述无线传输模块(13)的输入端，所述无线传输模块(13)的输出端连接有所述服务器后台(14)的输入端。
5.如权利要求1所述的一种基于BCG的非接触式呼吸监测方法和系统，其特征在于：所述信号计算模块(17)的内部采用了小波分解法进行计算，小波分解法利用QRS波在某一尺度小波变换的具有特有的性质将QRS波的特征点提取出来，利用二进小波变化来检测QRS波，选用三阶样条函数作为基本小波函数。
6.如权利要求1所述的一种基于BCG的非接触式呼吸监测方法和系统，其特征在于：所述滤波整形模块(16)的内部输入的是模拟电路部分的输出信号，即过滤放大的正弦波，输出的数电信号就是要求的方波信号，所述滤波整形模块(16)内部电路的主要部分就是施密特触发电路还有一些电阻、电容、自己设计的电源，其中芯片的THR引脚连接电阻和电容，RST引脚与VCC引脚都连接到一个5V的直流电源上，TRI引脚和GND引脚之间连接一个电阻；再把THR引脚与TRI引脚也练到一起便组成了施密特触发器。
7.如权利要求1所述的一种基于BCG的非接触式呼吸监测方法和系统，其特征在于：所述振动传感器(9)的为光纤光栅振动传感器，光纤光栅振动传感器由机械悬梁臂一端固定在封装壳上，与待测的物台连接；在测量振动时，振动源和物台同时振动，而引起悬梁臂振动；两个相同特质的光纤光栅，一个安装在悬梁臂下表面的对称位置作为信号解调光栅，另一个安装在机械悬梁臂的上表面上作为传感光栅；由振动惯性力的作用下悬臂梁发生机械振动，带动两个光栅产生周期性的应变拉伸或收缩，从而引起FBG的布拉格波长发生变化，通过探测波长的信息前后是否一致，就能实现振动测量。
8.如权利要求1所述的一种基于BCG的非接触式呼吸监测方法和系统，其特征在于：所述蜂鸣报警器(12)为无源电磁蜂鸣器，且该无源电磁蜂鸣器交流信号通过绕在支架上的线包在支架的芯柱上产生一交变的磁通，交变的磁通和磁环恒定磁通进行叠加，使钼片以给定的交流信号频率振动并配合共振腔发声。
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