CN216206440U

CN216206440U - 一种光纤生命体征传感器

Info

Publication number: CN216206440U
Application number: CN202122629501.4U
Authority: CN
Inventors: 汤新才
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2022-04-05
Anticipated expiration: 2031-10-29

Abstract

本实用新型公开了一种光纤生命体征传感器,包括LED光源、光电探测器、多模玻璃光纤、增敏结构片；其中，所述多模玻璃光纤设置于所述增敏结构片上，多模玻璃光纤的一端与所述LED光源耦合，而另一端与所述光电探测器耦合；所述增敏结构片的表面设置有多个宏弯凸起条和多个微弯凸起条，其中，相邻的两个微弯凸起条无交叉，而相邻的两个宏弯凸起条无交叉，从而在增敏结构片的表面形成非网格结构。本发明利用非网格结构将光纤的宏弯损耗原理和微弯损耗原理结合在一起，光纤带有一定的弯曲弧度，增大了光纤与微弯凸起物的有效接触面积，且在微弯损耗外，增加了宏弯损耗，增大了呼吸、心跳、体动产生的光强变化。

Description

一种光纤生命体征传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种光纤生命体征传感器。

背景技术

光纤传感器技术是伴随着光导纤维及光纤通讯技术发展而出现的一种崭新的传感技术，不同于传统的传感技术，光纤传感器的灵敏度、抗干扰性以及高适用性正成为目前科技发展所追逐的新宠。光纤传感是利用光纤对外界环境因素十分敏感，例如温度、压力、电场、磁场等环境条件的变化都将引起光波参量，如：强度、相位、频率、偏振态等的变化。通过对光波参量相关的研究，就可以加以利用，同时光纤本身具有许多优点，如长距离传输损耗低、易弯曲、体积小、重量轻、成本低、防水、防火、高抗电磁干扰等,因此在航空、航天、航海、核工业、电力、医疗、石化、矿山、冶金等行业有着广泛的应用。

以呼吸心跳检测应用为例，目前有采用光纤传感技术方案和压电传感技术方案，对两种方案对比，光纤传感检测精度高，可达到医疗级别，且光纤传感可准确感知静态力和动态力，无辐射，单位面积价格成本低，便于大区域分布式监测。而压电传感仅对动态力有响应，对静态力无法测量，容易产生误判，且不能测量重量，呼吸心跳检测精度低，有辐射，单位面积价格成本高，不能用于大区域分布式监测。所以，在呼吸心跳检测领域，采用光纤传感技术方案普遍受到欢迎。

目前利用光纤传感器进行呼吸、心跳检测的原理主要是利用光纤的微弯损耗，传感器设计上主要采用网格产生微弯。然而，利用网格产生微弯存在如下缺点：首先是光纤与网格基本处于水平状态，光纤与微弯凸起物接触面积小；其次，仅利用单一的微弯损耗原理进行检测，检测精度不高。

上述背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种光纤生命体征传感器，以解决上述背景技术问题中的至少一种问题。

为达到上述目的，本实用新型实施例的技术方案是这样实现的：

一种光纤生命体征传感器，包括LED光源、光电探测器、多模玻璃光纤、增敏结构片；其中，所述多模玻璃光纤设置于所述增敏结构片上，多模玻璃光纤的一端与所述LED光源耦合，而另一端与所述光电探测器耦合；所述增敏结构片的表面设置有多个宏弯凸起条和多个微弯凸起条，其中，相邻的两个微弯凸起条无交叉，而相邻的两个宏弯凸起条无交叉，从而在增敏结构片的表面形成非网格结构。

在一些实施例中，所述LED光源的中心波长为850nm或1310nm或1550nm。

在一些实施例中，所述的多模玻璃光纤的两端分别设置有光纤连接器，所述光纤连接器类型为SC或FC或LC。

在一些实施例中，所述增敏结构片的表面的两端为光纤转弯区域、中间为光纤平铺区域，所述多模玻璃光纤与微弯凸起条在光纤平铺区域的空间交叉角度为90度。

在一些实施例中，所述多模玻璃光纤设有涂覆层，多模玻璃光纤的纤芯直径大于等于50微米。

在一些实施例中，所述多模玻璃光纤与微弯凸起条的空间关系被设置为非平行；所述宏弯凸起条用于使多模玻璃光纤产生宏弯形变及宏弯损耗；所述微弯凸起条用于使多模玻璃光纤产生微弯形变及微弯损耗。

在一些实施例中，所述LED光源连接有光源驱动调节电路，所述光源驱动调节电路用于调节LED光源的发光功率。

在一些实施例中，所述光电探测器为光电二极管，所述光电二极管连接有采样电阻。

在一些实施例中，所述光电探测器选择光谱带宽840nm-1100nm的红外接收管。

在一些实施例中，所述微弯凸起条与宏弯凸起条融为一体；或者，所述微弯凸起条与宏弯凸起条彼此独立设置。

本实用新型技术方案的有益效果是：

相较于现有技术，本实用新型光纤生命体征传感器利用非网格结构将光纤的宏弯损耗原理和微弯损耗原理结合在一起，用于检测人体的呼吸、心跳、体动；光纤带有一定的弯曲弧度，增大了光纤与微弯凸起物的有效接触面积，且在微弯损耗外，增加了宏弯损耗，增大了呼吸、心跳、体动产生的光强变化。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型一个实施例光纤生命体征传感器的原理示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例光纤生命体征传感器的部分示意图；

图3是根据本实用新型一个实施例光纤生命体征传感器受体表压力的示意图；

图4是根据本实用新型另一个实施例光纤生命体征传感器的局部示意图；

图5是根据图4实施例的光纤生命体征传感器受体表压力的示意图；

图6是根据本实用新型另一个实施例光纤生命体征传感器的局部示意图。

图7是根据本实用新型一个实施例光纤生命体征传感器的应用于睡眠监测场景示意图；

图8是根据本实用新型一个实施例光纤生命体征传感器用于睡眠监测的整个过程数据变化曲线图；

图9是根据本实用新型一个实施例光纤生命体征传感器用于睡眠监测的呼吸和心跳波形图；

图10是根据本实用新型一个实施例光纤生命体征传感器用于睡眠监测的憋气段的波形图；

图11是根据本实用新型一个实施例光纤生命体征传感器用于睡眠监测的心冲击波形图；

图12是根据本实用新型一个实施例光纤生命体征传感器应用于床垫的示意图；

图13是根据本实用新型另一个实施例光纤生命体征传感器的原理示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参照图1、图2所示，本实用新型实施例提供的一种光纤生命体征传感器100，包括LED光源10、光电探测器20、多模玻璃光纤30、增敏结构片40；其中，所述多模玻璃光纤30设置于增敏结构片40上，多模玻璃光纤30的一端与LED光源10耦合，而另一端与光电探测器20耦合；所述增敏结构片40的表面设置有多个宏弯凸起条50和多个微弯凸起条60，其中，相邻的两个微弯凸起条60相互平行，而相邻的两个宏弯凸起条50相互平行，从而在增敏结构片40的表面形成非网格结构。

在一些实施例中，所述LED光源10的中心波长为850nm或1310nm或1550nm；所述的多模玻璃光纤30的两端分别设置有光纤连接器，光纤连接器类型为SC或FC或LC。所述多模玻璃光纤30被设置成在增敏结构片40的表面缠绕，增敏结构片的表面的两端为光纤转弯区域、中间为光纤平铺区域，所述多模玻璃光纤30与微弯凸起条60在光纤平铺区域的空间交叉角度优选为90度。在一些实施例中，所述增敏结构片40的材质优选POM或PP或PA。

具体的，所述多模玻璃光纤30设有涂覆层，多模玻璃光纤30不带保护套层，纤芯直径大于等于50微米；多模玻璃光纤30长度大于等于10米。多模玻璃光纤30与微弯凸起条60的空间关系被设置为非平行。所述宏弯凸起条50用于使多模玻璃光纤30产生宏弯形变及宏弯损耗；所述微弯凸起条60用于使多模玻璃光纤30产生微弯形变及微弯损耗。参照图3所示，人体的呼吸、心跳、体动产生的体表压力F压迫所述多模玻璃光纤30在增敏结构片40上产生宏弯形变和微弯形变，进而产生光强变化，通过所述光电探测器20检测光强变化。

参照图1所示，在一些实施例中，所述LED光源连接有光源驱动调节电路101，所述光源驱动调节电路101用于调节LED光源10的发光功率。在一些实施例中，所述光电探测器20为光电二极管，所述光电二极管连接有采样电阻102，所述采样电阻102可选择数字电位器、或定值电阻、或机械式可变电阻，以用于将光电探测器输出的电流信号变为电压信号；其中，数字电位器和机械式可变电阻的作用是改变所述电压信号的幅度。

具体的，所述光电二极管产生的光电流I正比于所述多模玻璃光纤中的光强P，采样电阻阻值为R，光电流I流过采样电阻，在采样电阻的两端产生的电压为V＝I×R，可通过R值调节V的大小。当I较小时，可增大R。

在一些实施例中，所述LED光源10选择850nm的红外发射管，所述光电探测器20选择光谱带宽840nm-1100nm的红外接收管，所述多模玻璃光纤的纤芯直径为50微米，多模玻璃光纤两端带有FC光纤连接器，多模玻璃光纤长度20m。

在一些实施例中，所述增敏结构片40的宽度为13cm、长度为75cm。

在一些实施例中，为了增大呼吸、心跳、体动产生的光强变化，采用上、下两片增敏结构片40，40’将多模玻璃光纤30夹在中间，所述多模玻璃光纤30的上、下两侧均与宏弯凸起条50、微弯凸起条60接触，如图4、图5所示。

在一些实施例中，为了增加传感器敏感性，还包括有光纤耦合器70，利用2×2光纤耦合器让多模玻璃光纤中的传输光反复多次经过增敏结构片区域。如图13所示，LED光源10发出的光进入2×2光纤耦合器70的1端口，一部分光从3端口出，进入光电探测器20，另一部分光从4端口出，经过传感区后进入2端口，出射光再次分为两部分，一部分从3端口出，进入光电探测器20，另一部分从4端口出，再次进入传感区，如此往复。

需要说明的是，在图1实施例中，所述微弯凸起条60与宏弯凸起条50融为一体；在其他一些实施例中，参照图6所示，所述微弯凸起条60与宏弯凸起条50彼此独立设置、无交叠。

本实用新型光纤生命体征传感器可应用于多种场景，参照图7所示为应用于睡眠监测，传感器应用于床200上的示例，将传感器100放置在床板201上，在传感器上方铺上床垫，人躺在床垫上，传感器位于人体胸背部下方，实验者先后做出如下动作：上床、仰卧(呼吸、憋气、呼吸)、翻身、右侧卧(呼吸、憋气、呼吸)、翻身、左侧卧(呼吸、憋气、呼吸)、离床，此过程中数据如图8，呼吸和心跳波形如图9所示，憋气段波形如图10所示，心冲击波形如图11所示。在其他一些应用场景中，参照图12所示，可以将光纤生命体征传感器100由面料400包裹，LED光源和光电探测器被焊接在一块PCB板上，该PCB板位于面料的一个边角处，通过结构盒401将PCB板与传感器、面料连接固定。PCB板的供电线402由结构盒引出，在一些应用中供电线中也可带有数据传输功能。

可以理解的是，以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。

在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

此外，本发明的范围不旨在限于说明书中所述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。本领域普通技术人员将容易理解，可以利用执行与本文所述相应实施例基本相同功能或获得与本文所述实施例基本相同结果的目前存在的或稍后要开发的上述披露、过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其范围内。

Claims

1.一种光纤生命体征传感器，其特征在于：包括LED光源、光电探测器、多模玻璃光纤、增敏结构片；其中，所述多模玻璃光纤设置于所述增敏结构片上，多模玻璃光纤的一端与所述LED光源耦合，而另一端与所述光电探测器耦合；所述增敏结构片的表面设置有多个宏弯凸起条和多个微弯凸起条，其中，相邻的两个微弯凸起条无交叉，而相邻的两个宏弯凸起条无交叉，从而在增敏结构片的表面形成非网格结构。

2.如权利要求1所述的光纤生命体征传感器，其特征在于：所述LED光源的中心波长为850nm或1310nm或1550nm。

3.如权利要求1所述的光纤生命体征传感器，其特征在于：所述的多模玻璃光纤的两端分别设置有光纤连接器，所述光纤连接器类型为SC或FC或LC。

4.如权利要求1所述的光纤生命体征传感器，其特征在于：所述增敏结构片的表面的两端为光纤转弯区域、中间为光纤平铺区域，所述多模玻璃光纤与微弯凸起条在光纤平铺区域的空间交叉角度为90度。

5.如权利要求1-4任一项所述的光纤生命体征传感器，其特征在于：所述多模玻璃光纤设有涂覆层，多模玻璃光纤的纤芯直径大于等于50微米。

6.如权利要求5所述的光纤生命体征传感器，其特征在于：所述多模玻璃光纤与微弯凸起条的空间关系被设置为非平行；所述宏弯凸起条用于使多模玻璃光纤产生宏弯形变及宏弯损耗；所述微弯凸起条用于使多模玻璃光纤产生微弯形变及微弯损耗。

7.如权利要求6所述的光纤生命体征传感器，其特征在于：所述LED光源连接有光源驱动调节电路，所述光源驱动调节电路用于调节LED光源的发光功率。

8.如权利要求7所述的光纤生命体征传感器，其特征在于：所述光电探测器为光电二极管，所述光电二极管连接有采样电阻。

9.如权利要求8所述的光纤生命体征传感器，其特征在于：所述光电探测器选择光谱带宽840nm-1100nm的红外接收管。

10.如权利要求9所述的光纤生命体征传感器，其特征在于：所述微弯凸起条与宏弯凸起条融为一体；或者，所述微弯凸起条与宏弯凸起条彼此独立设置。