生命体征检测传感系统和方法及床与流程

1.本发明涉及生命体征检测领域，具体地，涉及生命体征检测传感系统和方法及床。


背景技术：

2.生命体征监测主要是采集人体心脏泵血过程，以及呼吸胸腔起伏过程中引起身体微弱幅度运动的物理信号，这个监测方式强调的是非接触式(即不与人体体表直接接触)。目前非接触方式较成功的传感器技术主要有两种，压电薄膜传感技术和光纤传感技术。
3.压电薄膜传感器存在的不足之处为：压电薄膜定制成本较高，更适合用于覆盖面积较小的传感器设计；需要配合电荷放大器以及电压跟随器等处理单元，由于电荷放大器的特性，还需要设计双向电源，以此来保证电路的稳定性，电路设计较为复杂；由于工作过程中距离人体较近，属于是有源的传感器，对比光纤传感器来说容更易受到外界的磁场或者工频的干扰，也会有静电堆积的问题；
4.申请号为201910773677.1的专利文献cn110558956a，公开了一种生命体征监测装置，基于弯曲损耗原理来监测生命体征，其使用的是单模光纤，纤芯为5um，此光纤较于传统单模9um的单模光纤纤芯更细，增加了制作工艺及成本；其在已经敷设了光纤的基础上，还使用了两种不同的硬质线，并对硬质线的直径做了严苛的规定，使得传感器整体制作难度较高。
5.申请号为201580053321.0的专利文献cn107072565b，公开了一种生命体征光纤传感器系统及方法，其中使用光纤和单层变形结构达到了监测生命体征需要的灵敏度和准确度。但由于受限于单层变形结构，其对变形结构的硬度、密度、材料及其它参数都有严格的限制，并且需要额外的模具，增加了成本，增加了制备的难度。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种生命体征检测传感系统和方法及床。
7.根据本发明提供的一种生命体征检测传感系统，包括：控制单元1、发射光源2、光电探测器3、传感器4；传感器4包括：上缓冲层51、下缓冲层52、传感光纤6；自变形的传感光纤6设置在上缓冲层51与下缓冲层52之间，且位于上缓冲层51、下缓冲层52的边界内；
8.所述控制单元1驱动发射光源2发射光线传入传感光纤6；光电探测器3将传感光纤6传出光线的信号令信号转换单元转变为电信号后发送给控制单元1；控制单元1根据所述电信号解析传感器4上方用户的体征数据。
9.优选地，传感器4采用单种光纤；传感光纤6以横纵方式交叉形成交叉区域。
10.优选地，传感光纤6的数量为一根；
11.所述形成交叉区域由纵向的第一圈光纤601、横向的第二圈光纤602、纵向的第三圈光纤603合围形成；
12.其中，第一圈光纤601、第二圈光纤602、第三圈光纤603是所述一根传感光纤6中的
三个依次连接的组成部分。
13.优选地，传感光纤6以所述交叉区域的面积为最小交叉面积，缠绕方式为：第一圈光纤601、第三圈光纤603呈同样的纵向弯曲蛇形；第一圈光纤601、第三圈光纤603在横向方向上存在偏移；第二圈光纤602呈横向弯曲蛇形。
14.优选地，在交叉区域的四角处的四个交叉点之间，任一个交叉点的变形通过上缓冲层51、下缓冲层52引起其它交叉点的变形。
15.优选地，上缓冲层51、下缓冲层52的面积适配于床铺。
16.优选地，所述控制单元1根据分析得到的光功率的变化，解析人体体征数据。
17.优选地，所述上缓冲层51、下缓冲层52的材料为聚氨酯pu或者氯丁橡胶。
18.根据本发明提供的一种床，包括床体、所述的生命体征检测传感系统，生命体征检测传感系统的传感器4铺设在床体的床铺上。
19.根据本发明提供的一种生命体征检测传感方法，利用所述的生命体征检测传感系统或者利用所述的床，来对人体体征数据进行采集。
20.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
21.1、本发明通过单根传感光纤搭配缓冲层，弱化了单个光纤交叉点的变形量，扩大了传感器的动态范围，扩大了监测覆盖面积，通过带动更多交叉点的方式增加了光纤的灵敏度。
22.2、本发明仅用单种光纤，且不需要其它的大面积或者多样铺设便可达到测量生命体征数据的效果。
23.3、本发明采用单种横纵方式叠加结构的传感光纤，对于后续信号处理的帮助在于：由于光纤的结构上是利用了缓冲层弱化光纤与光纤单个交叉点的变形，从而在后续信号处理时能够测量更大的重量，以及由于光纤的结构上是采用了上下各一整张缓冲层的结果，从而在后续信号处理时能够具有扩大作用范围，平稳增加变形量，增强有效信号的好处。
附图说明
24.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
25.图1为本发明的整体结构示意图。
26.图2为本发明传感光纤的网格结构示意图。
27.图3为本发明各个线圈的横纵对比图。
28.图4为本发明缓冲层的结构示意图。
29.图5为本发明的原理示意图。
30.具体实施方式
31.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
32.根据本发明提供的一种生命体征检测传感系统，本发明通过固定光源射入光纤传感器，对光线通过光纤传感器后的光功率进行采集解析，得到传感器接触面正上方人体体征数据，如图4、图5所示，具体包括：控制单元1、发射光源2、光电探测器3、传感器4；传感器4包括：上缓冲层51、下缓冲层52、传感光纤6；发射光源2连接于传感光纤6的起始端，光电探测器3连接于传感光纤6的末端。自变形的传感光纤6设置在上缓冲层51与下缓冲层52之间，且位于上缓冲层51、下缓冲层52的边界内，不露出上缓冲层51、下缓冲层52；上缓冲层51的上表面为人体接触面。传感光纤6位于上缓冲层51的下表面与下缓冲层52的上表面之间。上缓冲层51、下缓冲层52的材料、大小、厚度、均为一致；材料为聚氨酯pu、也可以是氯丁橡胶或其它硅胶材质。所述控制单元1驱动发射光源2发射光线传入传感光纤6；光电探测器3将传感光纤6传出光线的信号令信号转换单元转变为电信号后发送给控制单元1；控制单元1根据所述电信号解析传感器4上方用户的体征数据。
33.光纤6的数量为一根，如图1、图2、图3所示；传感器4采用单种光纤；传感光纤6以横纵方式交叉形成交叉区域。传感光纤402是纤芯为105、125或者250规格的多模光纤。
34.所述传感光纤6的缠绕方式是：如图2所示，以交叉区域的面积s为最小交叉面积，宽度范围d0是1.5～2.5cm,长度范围d1是3～4cm；如图3所示，缠绕方法为第一圈是纵向弯曲蛇形的方式，第二圈是横向弯曲蛇形的方式，第三圈是和第一圈同样的弯曲蛇形的基础上在横向方向上偏移一段距离。更为具体地，所述形成交叉区域由纵向的第一圈光纤601、横向的第二圈光纤602、纵向的第三圈光纤603合围形成；其中，第一圈光纤601、第二圈光纤602、第三圈光纤603是所述一根传感光纤6中的三个依次连接的组成部分。传感光纤6以所述交叉区域的面积为最小交叉面积，缠绕方式为：第一圈光纤601、第三圈光纤603呈同样的纵向弯曲蛇形；第一圈光纤601、第三圈光纤603在横向方向上存在偏移；第二圈光纤602呈横向弯曲蛇形。在优选例中，在交叉区域的四角处的四个交叉点之间，任一个交叉点的变形通过上缓冲层51、下缓冲层52引起其它交叉点的变形。
35.所述控制单元1根据分析得到的光功率的变化，解析人体体征数据。具体地，所述控制单元1驱动发射光源2以固定功率发送固定波长的光传播进入传感光纤6，然后光电探测器3采集已经通过整个传感光纤6的光线的光功率的变化，分析出用户的状态，并计算出用户的体征数据。进一步地，所述的控制单元1会先判断用户处于何种状态，对光电探测器3采集的光功率设定一定的时间间隔，通过时间间隔的前后两次状态的比较，确定用户此时是着床还是离床；所述的控制单元1会根据通过光电探测器3采集到的光功率的平均值大小，自动调节电路的增益，将数据控制在最佳测量区间；所述的控制单元1通过光功率的大小，来判断用户是否为着床状态。其中还可以对采集的数据进行有效值分析，以及数字滤波处理，从而确保数据的可靠性，增加整个采集系统的外界抗干扰能力，对于真实的体征数据，还能够提高心率和呼吸率的准确率。
36.根据本发明还提供的一种床，包括床体、所述的生命体征检测传感系统，生命体征
检测传感系统的传感器4铺设在床体的床铺上。上缓冲层51、下缓冲层52的面积适配于床铺。其中，所述床例如是医院病床，又例如是家庭中的床。
37.本发明通过光纤自变形的结构，解决了传统光纤传感器需要额外在光纤上下方铺设加强层才能达到监测的目的问题，提高了光纤自身的利用率，节省了材料。本发明通过对交叉区域s面积的限制，在满足测量用户背部测量范围的同时，尽量减少了光纤的总长度。本发明通过光纤自变形的结构，降低了传感器上下缓冲层的加工工艺要求及材质限制，省去了上下缓冲层需要单独开模的成本。本发明传感器的结构，解决了光纤最小弯曲半径过小会导致光纤易折断的问题，以及解决了传统光纤传感器不易弯曲折叠的问题。此外，本发明不需要额外的光纤来分别作为射入光纤与射出光纤，不需要产生模间干涉，不需要同时解调相位和强度信息；本发明仅使用了纵横样式叠加，减少了光纤长度，简化了光纤绕制复杂程度，避免了使用多个传感器的情况，并减少了传感器面积，增加了设备的适用性。从而能够用到低成本，易量产的场景中。
38.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“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技术和简化描述，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技术的限制。
39.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。