CN207220815U - 一种基于模间干涉的呼吸监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于模间干涉的呼吸监测装置，包括：激光光源、光纤传感单元、光电转换模块、呼吸信号提取模块、显示模块和预警模块，所述光纤传感单元与激光光源之间设置有第一光纤相连接，所述光纤传感单元通过对光纤进行微加工产生微结构来实现纤芯模和高阶的包层模的激发与耦合，实现纤芯模和包层模之间的模间干涉，光纤传感单元感应人体的呼吸对光纤产生微小形变，改变纤芯模和包层模之间的相位差，导致光电转换模块接收到的光强变化。通过上述方式，本实用新型所述的基于模间干涉的呼吸监测装置，具有结构简单、精确度高和实时性强的特点，可内置于坐垫、床垫、手机壳或枕套等日用品中，舒适且实用性强。
Description
技术领域
本实用新型涉及呼吸监测装置领域，特别是涉及一种基于模间干涉的呼吸监测装置。
背景技术
呼吸监测对于预防疾病、提高人们生活质量有重大的意义。随着人们生活水平的改善，对于日常呼吸监测的需求日渐提高。而目前市面上的呼吸监测器大多是侵入式呼吸监测器，即需要受测者与仪器紧密接触才能得到最终的呼吸信号。这种仪器目前主要用于医院且会影响使用者舒适度，并不适合日常家庭使用。
非侵入监测如今有极少量应用，201620469454.8专利提出了利用光纤宏弯曲损耗制成呼吸监测垫的方案，但呼吸造成的压力微小变化带来的损耗较难监测，灵敏度较低；201610471226.9专利提出了通过监测人体附近Wi-Fi信号的信道状态信息来计算出实时呼吸频率的方法，但这种方法易受到网络信号波动、空调和人员走动造成的空气流动的影响，导致结果误差较大，需要改进。
实用新型内容
本实用新型主要解决的技术问题是提供一种基于模间干涉的呼吸监测装置，克服灵敏度低、误差大的缺点，在保证精确测量受测者呼吸频率的前提下，提供一个便携、舒适的用户体验。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种基于模间干涉的呼吸监测装置，包括：
激光光源；
光纤传感单元，所述光纤传感单元与激光光源之间设置有第一光纤相连接，所述光纤传感单元通过对光纤进行微加工产生微结构来实现纤芯模和高阶的包层模的激发与耦合，实现纤芯模和包层模之间的模间干涉，光纤传感单元感应人体的呼吸对光纤产生微小形变，改变纤芯模和包层模之间的相位差，导致光电转换模块接收到的光强变化；
光电转换模块，所述光电转换模块的输入端与光纤传感单元之间设置有第二光纤相连接，将接受的光信号转化为电信号；
呼吸信号提取模块，所述光电转换模块的输出端与呼吸信号提取模块相连接而把电信号送给呼吸信号提取模块；
显示模块，显示模块与呼吸信号提取模块相连接，呼吸信号提取模块对收到的光强进行呼吸信号提取并通过显示模块进行显示；
预警模块，预警模块与呼吸信号提取模块相连接，呼吸异常或者停止时，触发预警模块将预警信息发送到监护人手机或者医院。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述激光光源为相干光源。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述光纤传感单元包括第三光纤、第一微结构和第二微结构，所述第一微结构位于第一光纤末端与第三光纤前端之间，所述第二微结构连接设置在第三光纤末端与第二光纤前端之间。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述第三光纤为任意类型光纤且长度没有限制。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述第一微结构包括但不限于外凸型、内凹型和错位型，用于激发包层模。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述第二微结构包括但不限于外凸型、内凹性和错位型，用于纤芯模和包层模的进行耦合并发生干涉。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述第一光纤和第二光纤分别为任意类型光纤且长度没有限制。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述呼吸信号提取模块与光电转换模块之间通过任意数据传输方式连接。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述显示模块为LED显示器或者智能终端，所述智能终端包括智能手机和电脑。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述基于模间干涉的呼吸监测装置内置于坐垫、床垫、手机壳或枕套中。
本实用新型的有益效果是：本实用新型指出的一种基于模间干涉的呼吸监测装置，具有结构简单、精确度高和实时性强的特点，可内置于坐垫、床垫、手机壳或枕套等日用品中，舒适且实用性强，可在家庭、养老院、医院等场合使用，使用便携且可用于监测睡眠、工作、休息等状态下的呼吸速率，帮助使用者在不影响自己舒适的前提下全面实时地了解自己的身体健康状况，并在发生紧急情况时及时通知医护人员，保障人身安全。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它的附图，其中：
图1是本实用新型一种基于模间干涉的呼吸监测装置一较佳实施例的结构示意图；
图2是图1中光纤传感单元采用外凸型的第一微结构和第二微结构的结构示意图；
图3是本实用新型一种基于模间干涉的呼吸监测装置在没有待测者情况下的信号图；
图4是本实用新型一种基于模间干涉的呼吸监测装置在待测者呼吸1情况下的信号图；
图5是本实用新型一种基于模间干涉的呼吸监测装置在待测者呼吸2情况下的信号图。
具体实施方式
下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1至图5，本实用新型实施例包括：
如图1所示，一种基于模间干涉的呼吸监测装置，包括：
激光光源1，为相干激光；
光纤传感单元2，所述光纤传感单元2与激光光源1之间设置有第一光纤7相连接，所述光纤传感单元2通过对光纤进行微加工产生微结构来实现纤芯模和高阶的包层模的激发与耦合，实现纤芯模和包层模之间的模间干涉，光纤传感单元感应人体的呼吸对光纤产生微小形变，改变纤芯模和包层模之间的相位差，导致光电转换模块接收到的光强变化；
光电转换模块3，所述光电转换模块3的输入端与光纤传感单元2之间设置有第二光纤8相连接，将接受的光信号转化为电信号；
呼吸信号提取模块4，所述光电转换模块3的输出端与呼吸信号提取模块4相连接而把电信号送给呼吸信号提取模块4；
显示模块5，显示模块5与呼吸信号提取模块4相连接，呼吸信号提取模块4对收到的光强进行呼吸信号提取并通过显示模块5进行显示；
预警模块6，预警模块6与呼吸信号提取模块4相连接，呼吸异常或者停止时，触发预警模块6将预警信息发送到监护人手机或者医院。所述呼吸监测装置具有结构简单、精确度高和实时行强的优点，同时所述产品可内置于坐垫、床垫、手机壳或枕套等日用品中，舒适且实用性强，可在家庭、养老院、医院等场合使用，使用便携且可用于监测睡眠、工作、休息等状态下的呼吸速率，帮助使用者在不影响自己舒适的前提下全面实时地了解自己的身体健康状况，并在发生紧急情况时及时通知医护人员，保障人身安全。
在一具体实施例中：
所述的激光光源(1)为单波长光源；
所述光纤传感单元2包括第三光纤9、第一微结构10和第二微结构11，所述第一微结构10位于第一光纤7末端与第三光纤9前端之间，所述第二微结构11连接设置在第三光纤9末端与第二光纤8前端之间。
所述第一微结构10采用外凸型结构，用于激发包层模，第二微结构11采用外凸型结构，用于纤芯模和包层模的进行耦合并发生干涉。如图2所示，纤芯模1和纤芯模2连接处外凸，激发包层模1和包层模2，纤芯模2和纤芯模3连接处外凸，包层模1和包层模2再进行耦合并发生干涉。
所述第一光纤7、第二光纤8和第三光纤9分别为任意类型光纤，第三光纤9的长度为20cm。
所述呼吸信号提取模块4与光电转换模块3之间通过任意数据传输方式连接。所述显示模块5为LED显示器或者智能终端，所述智能终端包括智能手机和电脑。所述基于模间干涉的呼吸监测装置内置于坐垫、床垫、手机壳或枕套等日用品中，用以监测睡眠、工作、休息等状态下的呼吸速率。
所述光纤传感单元2利用马赫曾德模间干涉原理对呼吸进行监测，当入射光进入第一微结构10时，部分光从纤芯模Ico被激发到包层模Icl。其后，当进入第二微结构11时，纤芯模Ico与包层模Icl发生干涉，得到Iout。令两部分光的相位差为纤芯与包层的有效折射率差为Δneff，第三光纤的长度为L，不考虑光纤损耗，则
由于受测者呼吸造成的压强变化会改变Δneff和L，使输出光强变化。输出光强的变化经过所述光电转换模块3转换为电信号，最终被显示模块5直观地显示出来。如图3所示，没有受测者时显示为一条平稳的直线，而当受测者呼吸时，如图4和图5所示，显示为一条与呼吸频率对应的规律的波浪线。
综上所述，本实用新型指出的一种基于模间干涉的呼吸监测装置，克服了灵敏度低、误差大的缺点，在保证精确测量受测者呼吸频率的前提下，提供了一个便携、舒适的用户体验。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于模间干涉的呼吸监测装置，其特征在于，包括：
激光光源；
光纤传感单元，所述光纤传感单元与激光光源之间设置有第一光纤相连接，所述光纤传感单元通过对光纤进行微加工产生微结构来实现纤芯模和高阶的包层模的激发与耦合，实现纤芯模和包层模之间的模间干涉，光纤传感单元感应人体的呼吸对光纤产生微小形变，改变纤芯模和包层模之间的相位差，导致光电转换模块接收到的光强变化；
光电转换模块，所述光电转换模块的输入端与光纤传感单元之间设置有第二光纤相连接，将接受的光信号转化为电信号；
呼吸信号提取模块，所述光电转换模块的输出端与呼吸信号提取模块相连接而把电信号送给呼吸信号提取模块；
显示模块，显示模块与呼吸信号提取模块相连接，呼吸信号提取模块对收到的光强进行呼吸信号提取并通过显示模块进行显示；
预警模块，预警模块与呼吸信号提取模块相连接，呼吸异常或者停止时，触发预警模块将预警信息发送到监护人手机或者医院。
2.根据权利要求1所述的基于模间干涉的呼吸监测装置，其特征在于，所述激光光源为相干光源。
3.根据权利要求1所述的基于模间干涉的呼吸监测装置，其特征在于，所述光纤传感单元包括第三光纤、第一微结构和第二微结构，所述第一微结构位于第一光纤末端与第三光纤前端之间，所述第二微结构连接设置在第三光纤末端与第二光纤前端之间。
4.根据权利要求3所述的基于模间干涉的呼吸监测装置，其特征在于，所述第三光纤为任意类型光纤且长度没有限制。
5.根据权利要求3所述的基于模间干涉的呼吸监测装置，其特征在于，所述第一微结构包括但不限于外凸型、内凹型和错位型，用于激发包层模。
6.根据权利要求3所述的基于模间干涉的呼吸监测装置，其特征在于，所述第二微结构包括但不限于外凸型、内凹性和错位型，用于纤芯模和包层模的进行耦合并发生干涉。
7.根据权利要求1所述的基于模间干涉的呼吸监测装置，其特征在于，所述第一光纤和第二光纤分别为任意类型光纤且长度没有限制。
8.根据权利要求1所述的基于模间干涉的呼吸监测装置，其特征在于，所述呼吸信号提取模块与光电转换模块之间通过任意数据传输方式连接。
9.根据权利要求1所述的基于模间干涉的呼吸监测装置，其特征在于，所述显示模块为LED显示器或者智能终端，所述智能终端包括智能手机和电脑。
10.根据权利要求1所述的基于模间干涉的呼吸监测装置，其特征在于，所述基于模间干涉的呼吸监测装置内置于坐垫、床垫、手机壳或枕套中。
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| CN201720221291.6U CN207220815U (zh) | 2017-03-09 | 2017-03-09 | 一种基于模间干涉的呼吸监测装置 |
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| CN207220815U true CN207220815U (zh) | 2018-04-13 |
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| CN106798560A (zh) * | 2017-03-09 | 2017-06-06 | 苏州安莱光电科技有限公司 | 一种基于马赫曾德模间干涉的呼吸监测装置 |
| CN108451506A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-08-28 | 苏州安莱光电科技有限公司 | 一种非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置 |
| WO2023168859A1 (zh) * | 2022-03-08 | 2023-09-14 | 福州海创医疗器械有限公司 | 生命体征信号光电变换装置与方法 |
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