柔性光纖感應(yīng)薄膜及包含所述薄膜的墊子及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖感應(yīng)薄膜領(lǐng)域，具體涉及一種柔性光纖感應(yīng)薄膜及包含所述薄膜的墊子及其使用方法，所述柔性光纖感應(yīng)薄膜可用于檢測(cè)人體單個(gè)或多個(gè)生命體征。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，使用壓電式傳感器檢測(cè)睡在床或者床墊上的人體的呼吸率、心率和受試人的活動(dòng)情況。通常，壓電式傳感器安裝在感應(yīng)墊子表面，并嵌入到床或者床墊內(nèi)。壓電式傳感器有非常高的直流輸出阻抗，并可以模擬成一個(gè)成比例的電源和濾波網(wǎng)絡(luò)。如圖1所示，輸出電壓是直接與其作用力、壓力或者拉力成比例的。由于壓電式傳感器材料的作用，輸出電壓范圍相對(duì)于拉力/壓力會(huì)變化。壓電式傳感器可以由壓電式陶瓷(壓電換能器陶瓷)或單晶材料組成。這些材料都是堅(jiān)硬的并且隨著時(shí)間的推移敏感度會(huì)下降。這種敏感度的下降與溫度的升高有很高的相關(guān)性。壓電式傳感器對(duì)很多物理因素也很敏感，且當(dāng)它震動(dòng)時(shí)會(huì)輸出一個(gè)錯(cuò)誤的信號(hào)。壓電式傳感器的另一個(gè)主要缺點(diǎn)是不能應(yīng)用于真正的靜態(tài)測(cè)量。靜力將導(dǎo)致壓電式材料上有固定數(shù)量的電荷，這就意味著一旦壓力或重量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，壓電式傳感器的輸出電壓就會(huì)消失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種柔性光纖感應(yīng)薄膜，可以檢測(cè)受試人的存在、活動(dòng)、呼吸率和心率，以及一種包含所述柔性光纖感應(yīng)薄膜的墊子及其使用方法。目的在于克服壓電式傳感器材料堅(jiān)硬、隨著時(shí)間的推移敏感度下降和壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量的缺點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明為解決技術(shù)問題所提出的技術(shù)方案如下:
[0005]一方面，提供一種柔性光纖感應(yīng)薄膜。所述柔性光纖感應(yīng)薄膜包括夾層和安裝在夾層中的光纖。夾層由上層薄膜和下層薄膜組成;光纖夾在上層薄膜和下層薄膜之間。在上層薄膜和下層薄膜上安裝有突起物緊靠光纖，當(dāng)人體躺在所述柔性光纖感應(yīng)薄膜上移動(dòng)時(shí)，在光纖中產(chǎn)生光損耗。
[0006]在一種實(shí)施方式中，上層薄膜的突起物和下層薄膜的突起物是面對(duì)面的，直接壓在光纖上。
[0007]在另一個(gè)實(shí)施方式中，兩片保護(hù)膜嵌入夾層中且夾住光纖。
[0008]在另一個(gè)實(shí)施方式中，上層薄膜的突起物和下層薄膜的突起物都朝向同一個(gè)方向，這樣只有上層薄膜的突起物或只有下層薄膜的突起物直接壓在光纖上。
[0009]在另一個(gè)實(shí)施方式中，一片保護(hù)膜嵌入夾層中，且是在光纖與上層薄膜或者光纖與下層薄膜之間，這樣光纖不能接觸突起物。
[0010]在另一個(gè)實(shí)施方式中，上層薄膜和下層薄膜是背靠背的，這樣沒有突起物接觸光纖。
[0011]另一方面，提供了一種包含所述柔性光纖感應(yīng)薄膜的墊子。所述墊子還包括可編程LED驅(qū)動(dòng)、光源、光傳感器和處理器。所述可編程LED驅(qū)動(dòng)的輸出端與光源相連，光源與所述光纖的一端相連，所述光纖的另一端與光傳感器相連;所述處理器傳輸控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)所述可編程LED驅(qū)動(dòng)提供LED電流給所述光源;所述光源由LED電流驅(qū)動(dòng)發(fā)光并將光傳輸?shù)剿龉饫w中；所述光傳感器檢測(cè)由光纖引起的光損耗信號(hào)。所述處理器處理由所述光傳感器傳輸來的光損耗信號(hào)，以完成生命體征的檢測(cè)。
[0012]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述處理器、可編程LED驅(qū)動(dòng)、光源、光傳感器集成在墊上電子裝置中。所述墊上電子裝置還包括干電池給所述可編程LED驅(qū)動(dòng)、光源和處理器供電。
[0013]在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述處理器、可編程LED驅(qū)動(dòng)、光源和光傳感器集成在電子盒中。所述柔性光纖感應(yīng)薄膜通過光纖保護(hù)套與所述電子盒連接。所述電子盒通過電源適配器連接到墻上的交流電源供電。
[0014]在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述墊子還包括設(shè)置在所述柔性光纖感應(yīng)薄膜下面的保護(hù)層和包住所述柔性光纖感應(yīng)薄膜和保護(hù)層的外層墊子。
[0015]在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述保護(hù)層包括多個(gè)條狀物，所述多個(gè)條狀物間設(shè)置有固定間隙。
[0016]所述上層薄膜、下層薄膜、保護(hù)膜、突起物、保護(hù)層和外層墊子由柔性材料組成，所述柔性材料包括塑料、橡膠、尼龍，優(yōu)選的聚乙烯。
[0017]在另一方面，提供一種使用所述墊子測(cè)量人體存在的方法，包括檢測(cè)因光損耗而造成的直流信號(hào)突然升高或降落的步驟。
[0018]在另一方面，提供一種使用所述墊子測(cè)量呼吸率的方法，包括通過每個(gè)脈沖確定光損耗信號(hào)的交流分量的步驟，每一個(gè)脈沖代表時(shí)域中一次呼吸。
[0019]在另一方面，提供一種使用所述墊子測(cè)量心率的方法，包括通過確認(rèn)頻域中光損耗信號(hào)的交流分量來獲取心率的步驟。
[0020]實(shí)施本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)如下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明中所述柔性光纖感應(yīng)薄膜能通過突起物產(chǎn)生光損耗信號(hào)以檢測(cè)人體的存在、活動(dòng)、呼吸率和心率，且本發(fā)明使用保護(hù)膜保護(hù)所述光纖。本發(fā)明中采用墊上電子裝置與所述柔性光纖感應(yīng)墊子相結(jié)合作為一個(gè)整體的適用于嬰兒使用，采用電子盒通過光纖保護(hù)套與所述柔性光纖感應(yīng)墊子相連的適用于成人使用。本發(fā)明可以檢測(cè)人體的存在、活動(dòng)、呼吸率和心率，并且對(duì)人類是安全且舒適的。
【附圖說明】
[0021]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0022]圖1是壓電式傳感器的等效電路圖。
[0023]圖2是柔性光纖感應(yīng)薄膜和外部光源的原理圖。
[0024]圖3是柔性光纖感應(yīng)薄膜嵌入床墊的示意圖。
[0025]圖4是柔性光纖感應(yīng)薄膜嵌入枕頭的示意圖。
[0026]圖5是柔性光纖感應(yīng)薄膜放在枕頭下的示意圖。
[0027]圖6是帶有墊上電子裝置的柔性光纖感應(yīng)墊子的示意圖。
[0028]圖7是圖6所述柔性光纖感應(yīng)墊子卷起的示意圖。
[0029]圖8是圖6所述柔性光纖感應(yīng)墊子應(yīng)用的示意圖。
[0030]圖9是帶有電子盒的柔性光纖感應(yīng)墊子的示意圖。
[0031 ]圖10是圖9所述柔性光纖感應(yīng)墊子卷起的示意圖。
[0032]圖11是圖9所述柔性光纖感應(yīng)墊子應(yīng)用的示意圖。
[0033]圖12A是本發(fā)明中所述保護(hù)層的示意圖。
[0034]圖12B是本發(fā)明中所述柔性光纖感應(yīng)薄膜墊子橫斷面的示意圖。
[0035]圖12C是本發(fā)明中所述柔性光纖感應(yīng)薄膜墊子彎曲時(shí)的橫斷面示意圖。
[0036]圖13是本發(fā)明中所述柔性光纖感應(yīng)薄膜分解圖。
[0037]圖14是本發(fā)明中所述夾層的透視圖。
[0038]圖15是柔性光纖感應(yīng)薄膜的橫斷面，所述橫斷面顯示上層和下層薄膜上的突起物緊靠著光纖。
[0039]圖16是光纖在有限制的半徑彎曲時(shí)發(fā)生彎曲損耗示意圖。
[0040]圖17是本發(fā)明中所述柔性光纖感應(yīng)薄膜的夾層的實(shí)際尺寸。
[0041]圖18是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中柔性光纖感應(yīng)薄膜的橫斷面圖。
[0042]圖19是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中柔性光纖感應(yīng)薄膜的橫斷面圖。
[0043]圖20是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中柔性光纖感應(yīng)薄膜的橫斷面圖。
[0044]圖21顯示了在時(shí)間域中由光傳感器檢測(cè)的光損耗信號(hào)，所述光損耗信號(hào)處有突變的直流信號(hào)尖峰。
[0045]圖22是圖21所述光損耗信號(hào)的交流分量在時(shí)域的放大圖。
[0046]圖23是圖22所述光損耗信號(hào)的交流分量在頻域的示意圖。
[0047]圖24是光傳感器檢測(cè)的時(shí)域中的光損耗信號(hào)，所述光損耗信號(hào)在周期性交流分量之后突然下降。
[0048]圖25是本發(fā)明實(shí)施例中墊子的框圖。
[0049]圖26是本發(fā)明實(shí)施例中墊子的另一個(gè)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050]本發(fā)明的目的是提供一種柔性光纖感應(yīng)薄膜113，用于測(cè)量人體的呼吸率、心率、活動(dòng)和存在。如圖2所示，柔性光纖感應(yīng)薄膜113由夾層114和光纖115組成。光纖115安放在夾層114中。一種墊子，包括柔性光纖感應(yīng)薄膜113、可編程LED驅(qū)動(dòng)110、光源111和光傳感器112?？删幊蘈ED驅(qū)動(dòng)110的輸出端與光源111連接，光源111與光纖115的一端連接，光纖115的另一端與光傳感器112連接。控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)可編程LED驅(qū)動(dòng)110，用于給光源111提供LED電流。光源111在LED電流驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生光并進(jìn)入光纖115中。光傳感器112用于檢測(cè)光纖115中的光損耗信號(hào)。處理光損耗信號(hào)可用于檢測(cè)人體的存在、活動(dòng)、呼吸率和心率。
[0051 ]柔性光纖感應(yīng)薄膜113包含如下特點(diǎn):
[0052]1.柔性光纖感應(yīng)薄膜113可以依尺寸定制以適合不同的應(yīng)用?？砂凑諔?yīng)用的類型改變夾層114的尺寸，相應(yīng)的在夾層114中置入光纖115。
[0053]2.夾層114可使用對(duì)人體舒適且可以嵌入床墊或者枕頭的柔軟且有彈性的材料組成。
[0054]3.修改夾層114的設(shè)計(jì)和/或改變光纖115的特性可以調(diào)整柔性光纖感應(yīng)薄膜113的敏感度。
[0055]4.可編程LED驅(qū)動(dòng)110提供LED電流給光源111，用于柔性光纖感應(yīng)薄膜113加載不同的重量?；诠鈸p耗信號(hào)，LED驅(qū)動(dòng)會(huì)提供合適的電流給光源以補(bǔ)償由于加載重量產(chǎn)生的光損耗。大電流將會(huì)增加進(jìn)入光纖115的光強(qiáng)度，加強(qiáng)柔性光纖感應(yīng)薄膜113承受加載重量的能力。
[0056]利用聚乙烯薄膜做夾層114，如圖3所示當(dāng)柔性光纖感應(yīng)薄膜113嵌入床墊時(shí)，如圖4所示嵌入枕頭的上部時(shí)，如圖5所示嵌入到枕頭