一种生命体征光纤传感单元、传感器及智能传感装置的制作方法

1.本发明涉及光纤技术领域，尤其涉及一种生命体征光纤监测单元、传感器及智能传感装置。

背景技术：

2.随着医疗健康产业的发展，生命体征的日常监控被日益关注。现有生命体征监控器通常采用单一信号检测单一指标，并且对监测时的身体姿态也有一定要求。光纤传感器由于其对压力、温度、振动等敏感，获得了越来越多的关注。光纤传感器灵敏度高，具有化学惰性，便于携带，并且质地柔软可集成在日常使用的家居产品中。然而，由于光纤传感器用于生命体征监测时，环境噪声较大，容易引起光信号相变，进而导致信号衰落和不准确性造成监测结果的不可靠。同时，由于光纤本身材质的原因，为了提高信号强度，增大压力时，易于致使光纤极易发生断裂。

技术实现要素：

3.为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种生命体征光纤传感单元、传感器及智能传感装置。
4.本发明提出的一种生命体征光纤传感单元，包括：第一光纤传感部和第二光纤传感部；
5.第一光纤传感部横向布置形成第一传感层，第二光纤传感部纵向布置形成第二传感层，第一传感层和第二传感层层叠设置且第一光纤传感部和第二光纤传感部交叉布置。
6.优选地，第一光纤传感部和第二光纤传感部依次连接且一体形成。
7.本发明中，所提出的生命体征光纤传感单元，第一光纤传感部横向布置形成第一传感层，第二光纤传感部纵向布置形成第二传感层，第一传感层和第二传感层层叠设置且第一光纤传感部和第二光纤传感部交叉布置；利用光纤受压后折射率发生变化，由于身体心跳、呼吸和身体活动等导致的微观或宏观运动，对双层交叉布置的光纤传感层施加压力，上下光纤传感部相对施压，大大提高检测信号的强度和灵敏度。
8.本发明还提出一种生命体征光纤传感器，包括至少一个上述光纤传感单元。
9.优选地，还包括光源单元、接收单元；
10.所述光纤传感单元的光入射端与光源单元的输出端连接，且其光出射端与接收单元连接。
11.优选地，接收单元包括第一接收器和第二接收器，第一光纤传感部的光出射端与第一接收器连接，且第二光纤传感部的光出射端与第二接收器连接。
12.优选地，包括多个依次串联的所述的光纤传感单元。
13.本发明中，所提出的一种生命体征光纤传感器，其技术效果与上述一种生命体征光纤传感单元类似，因此不再赘述。
14.本发明还提出一种智能传感装置，包括底垫和上述生命体征光纤传感器。
15.优选地，底垫上设有交叉布置的第一容纳槽和第二容纳槽，第一光纤传感部和第二光纤传感部分别位于所述第一容纳槽和所述第二容纳槽内且二者层叠布置。
16.优选地，所述第一容纳槽和所述第二容纳槽均沿s型方向延伸，二者交叉布置在底垫上形成网格结构。
17.优选地，第一光纤传感部位于第二光纤传感部上方，所述第一容纳槽底部高度高于所述第二容纳槽底部高度，在所述第一容纳槽和所述第二容纳槽交叉处形成与第一光纤传感部和第二光纤传感部配合的交错台阶；
18.优选地，第二光纤传感部在所述交错台阶处与底垫连接。
19.优选地，还包括盖垫，盖垫覆盖在底垫上方；
20.优选地，盖垫底部设有分别与第一光纤传感部和第二光纤传感部对应的第一压条和第二压条；
21.更优选地，第一压条和/或第二压条采用硅胶材料制成。
22.优选地，盖垫和/或底垫均采用玻璃纤维材料制成。
23.本发明中，所提出的智能传感装置，利用上述生命体征光纤传感器，在人体对垫体施压时，保证舒适度的同时，通过光纤传感部受压形成的检测信号，对生命体征进行灵敏和准确地检测。
附图说明
24.图1为本发明提出的一种生命体征光纤传感单元的一种布置方式的结构示意图。
25.图2为本发明提出的一种生命体征光纤传感单元的另一种布置方式的结构示意图。
26.图3为本发明提出的一种生命体征光纤传感器与图1对应的连接方式的结构示意图。
27.图4为本发明提出的一种生命体征光纤传感器与图2对应的连接方式的结构示意图。
28.图5为本发明提出的一种智能传感装置的底垫的结构示意图。
29.图6为本发明提出的一种智能传感装置盖垫的结构示意图。
30.图7为本发明提出的一种智能传感装置的压条与容纳槽配合的局部结构示意图。
具体实施方式
31.如图1至7所示，图1为本发明提出的一种生命体征光纤传感单元的一种布置方式的结构示意图，图2为本发明提出的一种生命体征光纤传感单元的另一种布置方式的结构示意图，图3为本发明提出的一种生命体征光纤传感器与图1对应的连接方式的结构示意图，图4为本发明提出的一种生命体征光纤传感器与图2对应的连接方式的结构示意图，图5为本发明提出的一种生命体征光纤传感器的一种连接方式的结构示意图，图6为本发明提出的一种智能传感装置的底垫的结构示意图，图7为本发明提出的一种智能传感装置的盖垫的结构示意图。
32.参照图1和2，本发明提出的一种生命体征光纤传感单元，包括：第一光纤传感部1和第二光纤传感部2；
33.第一光纤传感部1横向布置形成第一传感层，第二光纤传感部2纵向布置形成第二传感层，第一传感层和第二传感层层叠设置且第一光纤传感部1和第二光纤传感部2交叉布置。
34.在光纤传感单元的具体设置中，如图1所示，第一光纤传感部1和第二光纤传感部2可以采用两根传感光纤交叉层叠布置形成，如图2所示，也可以为一根传感光纤两端弯折交叉形成。
35.参照图3和4，本实施例还提出一种生命体征光纤传感器，包括至少一个上述的光纤传感单元；进一步地，所述生命体征光纤传感器还包括光源单元3、接收单元4；
36.所述光纤传感单元的光入射端与光源单元3的输出端连接，且其光出射端与接收单元4连接。
37.本实施例中，所提出的生命体征光纤传感单元和光纤传感器，第一光纤传感部横向布置形成第一传感层，第二光纤传感部布置形成第二传感层，第一传感层和第二传感层层叠设置且第一光纤传感部和第二光纤传感部交叉布置；利用光纤受压后折射率发生变化，由于身体心跳、呼吸和身体活动等导致的微观或宏观运动，对双层交叉布置的光纤传感层施加压力，上下光纤传感部相对施压，大大提高检测信号的强度和灵敏度。
38.参照图3，在所述生命体征光纤传感单元的一种具体实施方式中，第一光纤传感部1和第二光纤传感部2可以采用两个单独传感光纤层叠布置；相应地，在生命体征光纤传感器的设置中，接收单元4包括第一接收器41和第二接收器 42，第一光纤传感部1的光出射端与第一接收器41连接，且第二光纤传感部2 的光出射端与第二接收器42连接。
39.在具体检测时，光源单元出射的光信号分别经过第一光纤传感部和第二光纤传感部，然后分别由第一接收器和第二接收器接收信号；当人体与光纤传感单元一侧接触时，由于心跳、呼吸和身体活动等导致的微观或宏观运动，对光纤传感单元一侧施加压力，使得第一光纤传感部和第二光纤传感部交叉位置相对施压，使得二者相应位置折射率发生变化，两个接收器接收到的光信号发生变化，通过对两个光信号的叠加处理，从而实现对生命体征的灵敏精确监测。
40.参照图4，在所述生命体征光纤传感单元的另一种具体实施方式中，第一光纤传感部1和第二光纤传感部2依次连接且一体形成；在具体布置中，可通过整根光纤依次弯转层叠，实现第一传感层和第二传感层的依次布线。
41.相应地，第一光纤传感部远离第二光纤传感部一端与光源单元的输出端连接，且第二光纤传感部远离第一光纤传感部一端与接收单元连接。
42.检测时，光源单元出射的光信号依次经过第一光纤传感部和第二光纤传感部进入接收单元，当从光纤传感单元一侧对第一传感层和第二传感层施压时，由于第一光纤传感部和第二光纤传感部交叉布置，使得第一光纤传感部和第二光纤传感部交叉位置同时受压，大大增强检测信号强度，从而减小噪声对检测结果的影响。
43.在光纤传感器的实际设计中，光纤传感器还包括光电发射管电流控制模块、光电接收管信号放大模块、数据采集模块、数据处理模块、数据无线发送模块。光电发射管电流控制模块电流1ma-60ma可调，光电接收管信号放大模块的增益电阻50ω-2kω可调，数据采集模块可选频率128hz，光源单元采用光电发射管，中心波长1200-1600nm，3db带宽小于5nm，功率0.1mw-10mw可调，接收单元采用光电接收管，响应波长1260nm-1610nm，在1310nm
响应灵敏度大于0.5μa/ μw。
44.在光纤传感器的具体设计方式中，可以包括多个依次串联的所述的光纤传感单元，便于各种使用场景所需的监测面积设计光纤传感器，可以减小各个传感区域之间的串扰，降低光纤传感器件硬件本身引起的光功率起伏，提高光纤传感器件稳定性与一致性。
45.本实施例的生命体征光纤传感器在具体应用中，可应用于床垫、座垫、靠垫、以及随身携带的穿戴传感器等领域。此外，本实施例的传感器也可以以马甲、外套等服装作为载体，通过人体穿着服装，实现生命体征监控。
46.参照图5和6，为了详细说明本实施例的生命体征光纤传感器的具体应用方式，本实施例还提出一种智能传感装置，包括底垫5和上述的生命体征光纤传感器；
47.在底垫的具体实施方式中，底垫5上设有交叉布置的第一容纳槽和第二容纳槽，第一光纤传感部1和第二光纤传感部2分别位于所述第一容纳槽和所述第二容纳槽内且二者层叠布置。
48.在具体设计方式中，所述第一容纳槽和所述第二容纳槽均沿s型方向延伸，二者交叉布置在底垫5上形成网格结构，布置时，第二光纤传感部沿s型依次布置在第二容纳槽内，然后第一光纤传感部在第二光纤传感部上方沿s型依次布置在第一容纳槽内，实现第一光纤传感部和第二光纤传感部之间交叉点呈网状分布，实现人体在整个底垫表面上的监测。
49.在底垫的具体布线方式中，光纤的裸线区域分布在地板上表面的槽型图案内，线型凹槽开口面用胶带封住，方形凹槽开口面裸露，光纤在方形凹槽内交叉，交叉点位于方形凹槽几何中心，每个基本单元内，光纤交叉形成网状方格。
50.参照图7，在第一光纤传感部和第二光纤传感部的具体设置方式中，第一光纤传感部1位于第二光纤传感部2上方，所述第一容纳槽底部高度高于所述第二容纳槽底部高度，在所述第一容纳槽和所述第二容纳槽交叉处形成与第一光纤传感部1和第二光纤传感部2配合的交错台阶；通过第一容纳槽和第二容纳槽的高度差，施加压力时对第一光纤传感部和第二光纤传感部进行支撑，防止第一光纤传感部和第二光纤传感部交叉位置受压过度造成损坏。
51.为了保证交叉位置不易发生偏移，第二光纤传感部2在所述交错台阶处与底垫5连接。
52.在智能传感装置的其他具体设计方式中，还包括盖垫6，盖垫6覆盖在底垫 5上方；
53.为了提高施压时光纤传感部的检测灵敏度，盖垫6底部设有分别与第一光纤传感部1和第二光纤传感部2对应的第一压条7和第二压条8，第一压条抵靠第一光纤传感部且第二压条抵靠第二光纤传感部；优选地，第一压条7和/或第二压条8采用硅胶材料制成。
54.在光纤传感器受压时，盖垫向下变形，盖垫下表面的胶条交叉处对光纤交叉点施加压力，引起光纤内光功率变化，由于生命体征信号，心率和呼吸均为周期性信号，通过检测光功率信号可以分析提取出光纤传感器监测的原始信号；当有多种不同频率的压力信号(包含噪声信号)同时作用在光纤传感器时，可以通过常规的傅里叶变换和周期统计算法提取出不同压力信号各自的频率或周期，从而获得心率和呼吸等数据。
55.在实际使用方式中，将光纤传感器置于仰卧或侧卧的人员胸腔下方(紧密接触)，可以通过相应算法实时提取该人员的呼吸与心跳频率；若仰卧或侧卧的人员与光纤传感器之间添加棕榈、硅胶、席梦思等床垫，存在各自极限厚度，在对应床垫的极限厚度内，亦可通
过相应算法实时提取该人员的呼吸与心跳频率。
56.在材料的具体选择中，还包括盖垫6，盖垫6和/或底垫5均采用玻璃纤维材料制成。
57.在其他具体设计方式中，底垫上表面四周粘贴有封边条，材质为硅胶，宽度为15mm，厚度为1.5mm，封边条外侧与底垫外侧对齐，盖垫与底垫贴合后封边条位于盖垫下表面和底垫上表面之间。
58.在实际产品中，本实施例的智能传感装置可作为智能单元，既可以集成到现有的床垫、坐垫、靠垫中，也可以以马甲、外套等服装作为载体，通过人体穿着服装，实现生命体征监控。
59.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种生命体征光纤监测单元，其特征在于，包括：第一光纤传感部(1)和第二光纤传感部(2)；第一光纤传感部(1)横向布置形成第一传感层，第二光纤传感部(2)纵向布置形成第二传感层，第一传感层和第二传感层层叠设置且第一光纤传感部(1)和第二光纤传感部(2)交叉布置。2.根据权利要求1所述的生命体征光纤监测单元，其特征在于，第一光纤传感部(1)和第二光纤传感部(2)依次连接且一体形成。3.一种生命体征光纤监测装置，其特征在于，包括至少一个根据权利要求1或2所述的光纤传感单元。4.根据权利要求3所述的生命体征光纤监测装置，其特征在于，还包括光源单元(3)、接收单元(4)；所述光纤传感单元的光入射端与光源单元(3)的输出端连接，且其光出射端与接收单元(4)连接。5.根据权利要求4所述的生命体征光纤传感器，其特征在于，接收单元(4)包括第一接收器(41)和第二接收器(42)，第一光纤传感部(1)的光出射端与第一接收器(41)连接，且第二光纤传感部(2)的光出射端与第二接收器(42)连接。6.根据权利要求3所述的生命体征光纤监测装置，其特征在于，包括多个依次串联的所述的光纤传感单元。7.一种智能传感装置，其特征在于，包括底垫(5)和根据权利要求3-6任一项所述的生命体征光纤传感器；优选地，底垫(5)上设有交叉布置的第一容纳槽和第二容纳槽，第一光纤传感部(1)和第二光纤传感部(2)分别位于所述第一容纳槽和所述第二容纳槽内且二者层叠布置。更优选地，所述第一容纳槽和所述第二容纳槽均沿s型方向延伸，二者交叉布置在底垫(5)上形成网格结构。8.根据权利要求7所述的智能传感装置，其特征在于，第一光纤传感部(1)位于第二光纤传感部(2)上方，所述第一容纳槽底部高度高于所述第二容纳槽底部高度，在所述第一容纳槽和所述第二容纳槽交叉处形成与第一光纤传感部(1)和第二光纤传感部(2)配合的交错台阶；优选地，第二光纤传感部(2)在所述交错台阶处与底垫(5)连接。9.根据权利要求7所述的智能传感装置，其特征在于，还包括盖垫(6)，盖垫(6)覆盖在底垫(5)上方；优选地，盖垫(6)底部设有分别与第一光纤传感部(1)和第二光纤传感部(2)对应的第一压条(7)和第二压条(8)；更优选地，第一压条(7)和/或第二压条(8)采用硅胶材料制成。10.根据权利要求9所述的智能传感装置，其特征在于，盖垫(6)和/或底垫(5)均采用玻璃纤维材料制成。

技术总结

本发明公开了一种生命体征光纤监测单元，第一光纤传感部横向布置形成第一传感层，第二光纤传感部布置形成第二传感层，第一传感层和第二传感层层叠设置且第一光纤传感部和第二光纤传感部交叉布置；利用光纤受压后折射率发生变化，由于身体心跳、呼吸和身体活动等导致的微观或宏观运动，对双层交叉布置的光纤传感层施加压力，上下光纤传感部相对施压，大大提高检测信号的强度和灵敏度。本发明还提出一种生命体征光纤传感器和一种智能传感装置。生命体征光纤传感器和一种智能传感装置。生命体征光纤传感器和一种智能传感装置。