一种基于摩擦纳米发电的心率监测设备及其方法与流程

本发明涉及心率监测，特别是涉及一种基于摩擦纳米发电的心率监测设备及其方法。

背景技术：

1、心率是指正常人安静状态下每分钟心跳的次数，也叫安静心率，一般为60～100次/分，可因年龄、性别或其他生理因素产生个体差异。一般来说，年龄越小，心率越快，老年人心跳比年轻人慢，女性的心率比同龄男性快，这些都是正常的生理现象。心率是人体最重要的生命体征之一，是评估健康状况的重要指标，心率监测在身体健康管理中起重要作用。目前监测心率的常见方式包括血氧法以及光电体积法。

2、血氧法一般是利用血氧饱和度仪的两种发光二极管，一种波长660nm，是可见的红光，另一种波长900nm，是红外线。血管中携氧的血红蛋白和不携氧的血红蛋白，对两种光的吸收率是不一样的。血氧法虽然能够同时提供心率和血氧饱和度两种信号，但同时存在不足：由于探测端需要接收透射光信号，其安装处的人体组织必须足够薄才行，全身合适的位置有限(指尖或耳垂)，而手腕太厚，可见光根本无法穿透，这限制了血氧法心率监测设备的使用范围。并且一般的血氧法心率监测设备一般适用于对医院病房内卧床患者的监测，便捷性较差。

3、光电体积法则通过追踪可见光(绿色)在人体组织中的反射，然后再利用光电传感器感应反射光，由于人体的皮肤、骨骼、好、肌肉、脂肪等对光的反射是固定值，而毛细血管和动脉静脉由于随着脉搏容积不停变大变小，所以对光的反射是波动值；这个波动的频率就是脉搏，一般也是跟心率是一致的。然而此种方法也存在着不足：首先，光电式心率监测设备容易受到外界光线(例如太阳光)的干扰。其次，不同肤色的人群对光的吸收是不同的，这意味着光电式心率监测设备捕获的光的强度和波长是取决于穿戴传感器的人的肤色的，例如深色皮肤吸收绿色光较多。同时，发射的可见光有时也难以透过纹身的皮肤。这些问题限制了光电式心率监测设备的精确性以及通用性。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对现有技术中的心率监测设备无法兼顾较高的精确性、通用性以及便携性的技术问题，本发明提供一种基于摩擦纳米发电的心率监测设备及其方法。

2、本发明公开一种基于摩擦纳米发电的心率监测设备，其包括：信号采集模块以及控制器。

3、信号采集模块用于实时采集动脉脉搏的脉冲信号。信息采集模块包括摩擦纳米发电机。摩擦纳米发电机包括上下叠置的两层薄膜：pvdf薄膜和agnws薄膜。

4、控制器用于：

5、(一)根据脉冲信号拟合出实时的响应频谱图。

6、(二)根据响应频谱图计算出实时心率h。

7、(三)分析实时心率h与一个理论阈值区间(h1，h2)的关系，进而得到当前心跳状态的判断结果，决策过程如下：

8、(1)当h≤h1时，则判断当前处于慢心跳状态。

9、(2)当h1＜h＜h2时，则判断当前处于正常心跳状态。

10、(3)当h≥h2时，则判断当前处于快心跳状态。

11、本发明还公开一种基于摩擦纳米发电的心率监测方法，其应用于如上述任意一项基于摩擦纳米发电的心率监测设备。心率监测方法包括如下步骤：

12、s1.实时采集动脉脉搏的脉冲信号。

13、s2.对脉冲信号进行滤波处理。

14、s3.根据滤波处理后的脉冲信号拟合出实时的响应频谱图。

15、s4.根据响应频谱图计算出实时心率h。

16、s5.分析实时心率h与一个理论阈值区间(h1，h2)的关系，进而得到当前心跳状态的判断结果，决策过程如下：

17、(1)当h≤h1时，则判断当前处于慢心跳状态。

18、(2)当h1＜h＜h2时，则判断当前处于正常心跳状态。

19、(3)当h≥h2时，则判断当前处于快心跳状态。

20、s6.显示当前的心跳状态判断结果，并将实时心率以及判断结果发送至交互端。

21、与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：

22、1、本发明的心率监测设备能够兼顾较高的精确性、通用性以及便携性。该心率监测设备将摩擦纳米发电机作为信号采集模块，对动脉脉搏产生的信号进行采集。由于动脉脉搏在跳动时会带动皮肤表面肌群跳动，因此当摩擦纳米发电机被固定在该处时，动脉脉搏产生的机械能转变为摩擦纳米发电机所产生的电能，通过观察摩擦纳米发电机的放电规律，可以有效对人体动脉脉搏频率进行监测，从而能够实现较为精确地对心率进行监测。由于该心率监测设备基于摩擦纳米发电的原理，不仅具备稳定的抗干扰能力，而且适用于各类人群，通用性以及普适性较高。同时由于原材料易于生产制造并且较为轻便，便于佩戴使用，不会造成使用者的行动受限，便捷性较高。

23、2、本发明的心率监测方法的有益效果与上述心率监测设备相同，在此不再赘述。

技术特征：

1.一种基于摩擦纳米发电的心率监测设备，其特征在于，其包括：

2.根据权利要求1所述的基于摩擦纳米发电的心率监测设备，其特征在于，所述pvdf薄膜与所述agnws薄膜的形状尺寸相互匹配，且均设置成矩形，二者之间通过双面胶固定连接。

3.根据权利要求1所述的基于摩擦纳米发电的心率监测设备，其特征在于，所述心率监测设备还包括：

4.根据权利要求3所述的基于摩擦纳米发电的心率监测设备，其特征在于，所述信号处理模块采用由labview中设计的有限脉冲响应低通滤波器进行信号处理。

5.根据权利要求1所述的基于摩擦纳米发电的心率监测设备，其特征在于，所述心率监测设备还包括：

6.根据权利要求1所述的基于摩擦纳米发电的心率监测设备，其特征在于，所述心率监测设备还包括：

7.根据权利要求6所述的基于摩擦纳米发电的心率监测设备，其特征在于，所述通讯模块采用蓝牙、zigbee、wifi、4g通信模组以及5g模组中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的基于摩擦纳米发电的心率监测设备，其特征在于，通过所述摩擦纳米发电机的实时电流信号反映所述动脉脉搏的脉冲信号。

9.根据权利要求1所述的基于摩擦纳米发电的心率监测设备，其特征在于，所述实时心率h的计算公式为：

10.一种基于摩擦纳米发电的心率监测方法，其特征在于，其应用于如权利要求1至9中任意一项所述的基于摩擦纳米发电的心率监测设备；所述心率监测方法包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及一种基于摩擦纳米发电的心率监测设备及其方法，心率监测设备包括：信号采集模块以及控制器。信号采集模块用于实时采集动脉脉搏的脉冲信号。信息采集模块包括摩擦纳米发电机。摩擦纳米发电机包括上下叠置的两层薄膜：PVDF薄膜和AgNWs薄膜。控制器用于：先根据脉冲信号拟合出实时的响应频谱图，然后根据响应频谱图计算出实时心率H，再分析实时心率H与一个理论阈值区间(H<subgt;1</subgt;，H<subgt;2</subgt;)的关系，进而得到当前心跳状态的判断结果。当H≤H<subgt;1</subgt;时，则判断当前处于慢心跳状态。当H<subgt;1</subgt;＜H＜H<subgt;2</subgt;时，则判断当前处于正常心跳状态。当H≥H<subgt;2</subgt;时，则判断当前处于快心跳状态。与现有技术相比，本发明的心率监测设备能够兼顾较高的精确性、通用性以及便携性。

技术研发人员：陈宝东,潘娟,王中林
受保护的技术使用者：长三角(嘉兴)纳米应用技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13