非接觸生理或周期性作用力信號(hào)采集裝置及墊子的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出了一種非接觸生理或周期性作用力信號(hào)采集裝置及墊子。該裝置可包括：柔性體、張力傳感器以及信號(hào)處理單元；所述柔性體包括柔性體面板以及中空囊體，所述中空囊體設(shè)置于柔性體面板之中；所述柔性體面板承受的人體壓力通過(guò)中空囊體轉(zhuǎn)化為中空囊體壁的張力；所述張力傳感器也設(shè)置于柔性體面板中，根據(jù)所述囊體壁的張力產(chǎn)生電信號(hào)；所述信號(hào)處理單元對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行處理獲取人體的生理信號(hào)或周期性作用力信號(hào)。本發(fā)明可使生理信號(hào)或周期性作用力信號(hào)的獲取更加便捷以及更準(zhǔn)確。
【專(zhuān)利說(shuō)明】非接觸生理或周期性作用力信號(hào)采集裝置及墊子
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到生理信號(hào)采集技術(shù)或?qū)χ芷谛宰饔昧α炕杉夹g(shù)，特別是涉及到一種非接觸生理或周期性作用力信號(hào)采集裝置及墊子。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中的人體生理信號(hào)采集裝置，需要通過(guò)將信號(hào)電極與人體皮膚緊密接觸，以采集肌肉產(chǎn)生的壓力信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行處理，獲取人體重要的生理信號(hào)，比如心跳、呼吸以及抽搐等生理信號(hào)。
[0003]上述人體生理信號(hào)采集裝置，在進(jìn)行生理信號(hào)的采集過(guò)程中需要與人體皮膚緊密接觸，在使用過(guò)程中將會(huì)給使用者帶來(lái)諸多不便；同時(shí)，采集時(shí)需將信號(hào)電極黏貼于人體皮膚表面，可能由于每次黏貼的人體皮膚位置不同等原因形成不同的阻抗，從而導(dǎo)致采集的信號(hào)的強(qiáng)度(振幅)不穩(wěn)定，使得可能無(wú)法準(zhǔn)確采集到所需要的生理信號(hào)，比如心跳的強(qiáng)度
信息等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的為提供一種非接觸生理信號(hào)采集裝置，提升生理信號(hào)采集的便利性。
[0005]本發(fā)明提出一種非接觸生理信號(hào)采集裝置，包括:柔性體、張力傳感器以及信號(hào)處理單元；
所述柔性體包括柔性體面板以及中空囊體，所述中空囊體設(shè)置于柔性體面板之中；所述柔性體面板承受的人體壓力通過(guò)中空囊體轉(zhuǎn)化為中空囊體壁的張力；
所述張力傳感器也設(shè)置于柔性體面板中，根據(jù)所述囊體壁的張力產(chǎn)生電信號(hào)；
所述信號(hào)處理單元對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行處理獲取人體的生理信號(hào)。
[0006]優(yōu)選地，所述中空囊體由球體的頂端部分或扁平的空腔結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
[0007]優(yōu)選地，所述中空囊體中置入有氣體或液體，將柔性體面板承受的人體壓力轉(zhuǎn)換為中空囊體壁的張力。
[0008]優(yōu)選地，所述張力傳感器設(shè)置有壓電薄膜；所述壓電薄膜設(shè)置于中空囊體的內(nèi)壁或外壁上。
[0009]本發(fā)明還提出一種非接觸生理信號(hào)采集墊子，在墊子中設(shè)置至少一個(gè)非接觸生理信號(hào)采集裝置以及無(wú)線透?jìng)麟娐罚?br> 所述非接觸生理信號(hào)采集裝置包括:柔性體、張力傳感器以及信號(hào)處理單元；所述柔性體包括柔性體面板以及中空囊體,所述中空囊體設(shè)置于柔性體面板之中；所述柔性體面板承受的人體壓力通過(guò)中空囊體轉(zhuǎn)化為中空囊體壁的張力；所述張力傳感器也設(shè)置于柔性體面板中，根據(jù)所述囊體壁的張力產(chǎn)生電信號(hào)；所述信號(hào)處理單元對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行處理獲取人體的生理信號(hào)；
所述無(wú)線透?jìng)麟娐罚瑢⑺鰯?shù)字信號(hào)通過(guò)無(wú)線透?jìng)鬏敵?。[0010]優(yōu)選地，所述中空囊體由球體的頂端部分或扁平的空腔結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
[0011]優(yōu)選地，所述中空囊體中置入有氣體或液體，將柔性體面板承受的人體壓力轉(zhuǎn)換為中空囊體壁的張力。
[0012]優(yōu)選地，所述張力傳感器設(shè)置有壓電薄膜；所述壓電薄膜設(shè)置于中空囊體的內(nèi)壁或外壁上。
[0013]本發(fā)明還提出一種周期性作用力信號(hào)采集裝置，包括:柔性體、張力傳感器以及信號(hào)處理單兀；
所述柔性體包括柔性體面板以及一個(gè)中空囊體，所述一個(gè)中空囊體設(shè)置于柔性體面板之中；所述柔性體面板承受的周期性作用力通過(guò)中空囊體轉(zhuǎn)化為中空囊體壁的張力；所述張力傳感器也設(shè)置于柔性體面板中，根據(jù)所述囊體壁的張力產(chǎn)生電信號(hào)；
所述信號(hào)處理單元對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行處理獲取周期性作用力大小。
[0014]優(yōu)選地，所述裝置還包括:
判斷單元，根據(jù)設(shè)定的周期性作用力大小范圍，判斷所獲取的周期性作用力大小是否在范圍內(nèi)；當(dāng)超出設(shè)定的范圍時(shí)，產(chǎn)生告警信號(hào)。
[0015]優(yōu)選地，所述中空囊體由球體的頂端部分或扁平的空腔結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
[0016]優(yōu)選地，所述中空囊體中置入有氣體或液體，將柔性體面板承受的人體壓力轉(zhuǎn)換為中空囊體壁的張力。
[0017]優(yōu)選地，所述張力傳感器設(shè)置有壓電薄膜；所述壓電薄膜設(shè)置于中空囊體的內(nèi)壁或外壁上。
[0018]本發(fā)明可通過(guò)柔性體將人體壓力(的微弱變化)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并進(jìn)行處理，從而以非直接與人體皮膚進(jìn)行接觸的方式獲取人體的(心跳和呼吸等)生理信號(hào)，使該生理信號(hào)的獲取更加便捷；同時(shí)，使用無(wú)線技術(shù)將獲取的生理信號(hào)傳輸至遠(yuǎn)端設(shè)備，將信號(hào)采集與進(jìn)一步分析或統(tǒng)一存儲(chǔ)等操作進(jìn)行分離，進(jìn)一步方便生理信號(hào)的采集。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明非接觸生理信號(hào)采集裝置一實(shí)施例中的功能模塊示意圖；
圖2是本發(fā)明非接觸生理信號(hào)采集裝置一實(shí)施例中柔性體面板的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明非接觸生理信號(hào)采集裝置一實(shí)施例中的中空囊體壁受力示意圖；
圖4是本發(fā)明非接觸生理信號(hào)采集裝置一實(shí)施例中的中空囊體壁受力分析示意圖；
圖5是本發(fā)明非接觸生理信號(hào)采集裝置一實(shí)施例中的中空囊體壁受力的曲率半徑比及張力系數(shù)變化示意圖；
圖6是本發(fā)明非接觸生理信號(hào)采集裝置另一實(shí)施例中信號(hào)處理單元的功能模塊示意
圖；
圖7是本發(fā)明非接觸生理信號(hào)采集裝置另一實(shí)施例中的功能模塊示意圖；
圖8是本發(fā)明非接觸生理信號(hào)采集墊子一實(shí)施例中的功能模塊示意圖；
圖9是本發(fā)明周期性作用力信號(hào)采集裝置一實(shí)施例中的功能模塊示意圖；
圖10是本發(fā)明周期性作用力信號(hào)采集裝置一實(shí)施例中柔性體面材的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖11是本發(fā)明周期性作用力信號(hào)采集裝置另一實(shí)施例中的功能模塊示意圖。
[0020]本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說(shuō)明?！揪唧w實(shí)施方式】
[0021]應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]參照?qǐng)D1，提出本發(fā)明一種非接觸生理信號(hào)采集裝置的一實(shí)施例。該非接觸生理信號(hào)采集裝置可包括:柔性體11、張力傳感器12以及信號(hào)處理單元13 ;該柔性體11包括柔性體面板111以及中空囊體112，該中空囊體112設(shè)置于柔性體面板111之中；該柔性體面板111承受的人體壓力通過(guò)中空囊體112轉(zhuǎn)化為中空囊體112壁的張力；該張力傳感器12也設(shè)置于柔性體面板111中，根據(jù)所述囊體壁的張力產(chǎn)生電信號(hào)；該信號(hào)處理單元13對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行處理獲取人體的生理信號(hào)。
[0023]在本實(shí)施例的非接觸生理信號(hào)采集裝置實(shí)際制作中，上述柔性體11可為一整體，上述柔性體面板111以及中空氣囊112可一體成型，上述是為方便描述而將兩者分開(kāi)說(shuō)明。 [0024]參照?qǐng)D2，假設(shè)上述柔性體面板111為長(zhǎng)條形，且該長(zhǎng)條形的柔性體面板111至少包括上底面和下底面,在該上底面和下底面之間為具有一定厚度的柔性材料,在該一定厚度的柔性材料中設(shè)置有中空囊體112。該中空囊體112可設(shè)置于該上底面與下底面之間。該柔性體面板111之中可設(shè)置有多個(gè)中空囊體112，該多個(gè)中空囊體112的兩兩之間可設(shè)置有間隔區(qū)域113。
[0025]上述中空囊體112中置入有氣體或液體，將柔性體面板111承受的人體壓力轉(zhuǎn)換為中空囊體壁的張力。該密閉的中空囊體112內(nèi)的氣體或液體體積恒定，當(dāng)中空囊體112受壓，內(nèi)部壓強(qiáng)隨之改變，構(gòu)成囊壁的張力傳感器12可以高速感知壓強(qiáng)并連續(xù)輸出具體變化的值，在中空囊體112之上的人體伴隨呼吸與心跳產(chǎn)生的微動(dòng)導(dǎo)致囊內(nèi)的壓強(qiáng)隨這些微動(dòng)發(fā)生有規(guī)律的變化，呼吸率、心率以及展轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等信息即可體現(xiàn)于該變化之中。
[0026]參照?qǐng)D3,圖示為中空囊體112壁的受力示意圖；將中空囊體112所受到的人體壓力轉(zhuǎn)換為中空囊體112壁的張力。
[0027]參照?qǐng)D4,圖示為中空囊體112壁的受力分析示意圖；在密閉中空囊體112外表包裹壓電薄膜，當(dāng)中空囊體112受壓導(dǎo)致內(nèi)部壓力輕微改變，中空囊體112表面的張力也隨之改變，而如果中空囊體112的曲率半徑越大，同樣氣壓造成的張力越大(張力系數(shù)越大)。
[0028]參照?qǐng)D5,圖示為中空囊體112壁受力的曲率半徑比及張力系數(shù)變化示意圖；上述中空囊體112也可設(shè)計(jì)為一個(gè)較大球體的一小部分，比如截取球體頂部作為中空囊體112，形成有部分弧形面內(nèi)壁的中空囊體112，從而可以獲得較大的張力系數(shù)，可以獲得比柔性橋梁結(jié)構(gòu)等嵌入壓電薄膜性能優(yōu)越得多的傳感器。該橋梁結(jié)構(gòu)可為在柔性體面板111的兩端設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)，當(dāng)該柔性體面板111受壓(人體壓力)時(shí)，由于兩端的支撐使得柔性體面板111中間部分自然形變(凹陷)，從而將人體壓力轉(zhuǎn)換成拉力被壓電薄膜等壓力傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)濾波解析等處理后獲得人體的生理參數(shù)。
[0029]上述非接觸生理信號(hào)采集裝置，可利用壓電薄膜構(gòu)成柔性密閉氣囊或液囊，在氣囊或液囊受擠壓時(shí)引起氣囊內(nèi)壓強(qiáng)改變從而改變壓電薄膜所受的張力，從而獲得清晰的、與壓力的頻率與強(qiáng)度緊密相關(guān)的電信號(hào)，再將該電信號(hào)進(jìn)行放大、帶通濾波，即可獲得諸如心跳、呼吸、抽搐和/或移動(dòng)等相關(guān)信息。該電信號(hào)為模擬電信號(hào)。
[0030]比如心跳信號(hào)的取得，由于人體心跳信號(hào)頻率區(qū)間約為0.7Hf 3Hz，可通過(guò)設(shè)定數(shù)字濾波器的參數(shù)，即可慮掉0.7Hz~3Hz以外的信號(hào)，比如0.2Hz^0.7Hz的呼吸信號(hào)；通過(guò)鑒幅，可以慮掉抽搐以及移動(dòng)等信號(hào)，從而獲得單純清晰的心跳信號(hào)，可將該心跳信號(hào)數(shù)字化后進(jìn)行傅立葉變換，直接讀取頻譜最大值，即可取得準(zhǔn)確的心率數(shù)據(jù)。同樣的方法，只需改變放大濾波的參數(shù)，即可獲得準(zhǔn)確的呼吸率數(shù)據(jù)；通過(guò)鑒幅并對(duì)傳感器的移動(dòng)信號(hào)的相位進(jìn)行解析，就可以知曉使用該設(shè)備的人體對(duì)象是抽搐、起床，還是坐下、躺倒等。
[0031]上述柔性體11可設(shè)置于床墊、座墊、靠墊以及腳墊等日常用具中，用于在使用者使用上述日常用具時(shí)獲取使用者的人體壓力。使用者可在日常生活中隨時(shí)隨地即可使用，十分便利。
[0032]參照?qǐng)D6，在另一實(shí)施例中，上述信號(hào)處理單元13可包括:信號(hào)放大電路131、濾波及解析電路132以及A/D轉(zhuǎn)換電路133 ;該信號(hào)放大電路131，將所述模擬電信號(hào)放大；該濾波及解析電路132，對(duì)放大后的模擬電信號(hào)進(jìn)行濾波，獲取所需要的人體的生理信號(hào)；該A/D轉(zhuǎn)換電路133，將濾波后的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
[0033]上述信號(hào)放大電路131可與上述張力傳感器12連接，對(duì)該張力傳感器12產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行放大，以便對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行濾波操作。該信號(hào)放大電路131對(duì)電信號(hào)的放大程度，可根據(jù)具體需要而定。
[0034]上述濾波及解析電路132可與上述信號(hào)放大電路131連接，對(duì)該信號(hào)放大電路131放大后的電信號(hào)進(jìn)行濾波。該濾波及解析電路132可通過(guò)設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，濾掉不需要的信號(hào)頻段，獲取需要的電信號(hào)，比如可過(guò)濾掉0.7Hz^3Hz之外的信號(hào)，取得心跳信號(hào)(頻率通常為0.7Hf 3Hz)。該濾波及解析電路132可通過(guò)設(shè)置頻率等參數(shù)，對(duì)電信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾從而獲取所需要的生理信號(hào)。
[0035]上述A/D轉(zhuǎn)換電路133可與上述濾 波及解析電路132連接，可將濾波后的電信號(hào)進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。由于上述張力傳感器12所產(chǎn)生的電信號(hào)通常為模擬電信號(hào)，則該濾波后的電信號(hào)也為模擬電信號(hào)。該A/D轉(zhuǎn)換電路133可將該模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，方便對(duì)信號(hào)的進(jìn)一步處理以及傳輸?shù)炔僮鳌?br> [0036]參照?qǐng)D7，在另一實(shí)施例中，上述裝置還包括:無(wú)線透?jìng)麟娐?4，將所述數(shù)字信號(hào)通過(guò)無(wú)線透?jìng)鬏敵觥?br> [0037]為增強(qiáng)人體的生理信號(hào)采集的便利性，可將生理信號(hào)的采集與生理信號(hào)的進(jìn)一步分析或統(tǒng)一存儲(chǔ)等進(jìn)行分離。在采集到所需要的生理信號(hào)后，可通過(guò)上述無(wú)線透?jìng)麟娐?4將該生理信號(hào)傳輸至遠(yuǎn)端設(shè)備，以進(jìn)行進(jìn)一步的分析或統(tǒng)一存儲(chǔ)等。
[0038]上述裝置還包括:電源單元(圖未示出)以及電源管理單元(圖未示出)；該電源單元，提供電源；該電源管理單元，管理所述電源單元。
[0039]上述電源單元可為蓄電池，可為上述裝置提供電源。該裝置通過(guò)上述電源管理單元對(duì)該蓄電池進(jìn)行管理。
[0040]上述電源單元還可為連接外部電源的連接部件，通過(guò)接入外部電源為上述裝置提供電源。該裝置通過(guò)上述電源管理單元對(duì)該連接部件進(jìn)行管理。
[0041 ] 本實(shí)施例的一實(shí)例中，上述非接觸生理信號(hào)采集裝置可應(yīng)用于床墊中，該床墊可包含至少I(mǎi)個(gè)壓電薄膜傳感器，按照間距10-15厘米分布10個(gè)左右直徑為20-25mm、高為1-2mm (截取直徑為20-25mm球體的頂端l_2mm高度的部分)的中空囊體112，壓電薄膜構(gòu)成柔軟密閉中空囊體112的某一面，連續(xù)采集氣壓信號(hào)，通過(guò)不同參數(shù)的數(shù)字濾波器，清晰獲得表現(xiàn)心跳與呼吸情況的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)信號(hào)解析電路計(jì)算，將結(jié)果送給無(wú)線透明傳輸模塊，通過(guò)路由器最終送到互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)，上述數(shù)據(jù)不但有使用者睡覺(jué)時(shí)的心跳與呼吸信息，還可以從這些數(shù)據(jù)中獲得其睡下與起床的相關(guān)數(shù)據(jù)、夜晚睡眠時(shí)運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)、甚至能判斷其抽搐的發(fā)生、對(duì)睡眠質(zhì)量進(jìn)行粗略評(píng)估。上述中空囊體也可為扁平的空腔結(jié)構(gòu)。
[0042]上述采集裝置包括壓力到壓強(qiáng)再到張力的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、模擬信號(hào)放大器、數(shù)字濾波器、信號(hào)解析電路、無(wú)線透?jìng)麟娐?、電池及電源管理電路。即可包?張力傳感器12、模擬信號(hào)處理模塊、數(shù)字濾波器、信號(hào)解析電路以及無(wú)線透?jìng)麟娐返?。其能在不與人體皮膚直接接觸的前提下清晰獲取如心跳、呼吸和/或抽搐等重要生理信息，而且包括頻率、振幅等，也可以獲得人體在一定范圍運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)單信息。
[0043]上述非接觸生理信號(hào)采集裝置，通過(guò)柔性體11將人體壓力(的微弱變化)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并進(jìn)行處理，從而以非直接與人體皮膚進(jìn)行接觸的方式獲取人體的生理信號(hào)(比如心跳和呼吸等)，使生理信號(hào)的獲取更加便捷；同時(shí)，使用無(wú)線技術(shù)將獲取的生理信號(hào)傳輸至遠(yuǎn)端設(shè)備，將信號(hào)采集與進(jìn)一步分析或統(tǒng)一存儲(chǔ)等操作進(jìn)行分離，進(jìn)一步方便生理信號(hào)的米集。
[0044]參照?qǐng)D8，提出本發(fā)明一種非接觸生理信號(hào)采集墊子的一實(shí)施例。該墊子中可設(shè)置至少I(mǎi)個(gè)非接觸生理信號(hào)采集裝置以及無(wú)線透?jìng)麟娐?；該非接觸生理信號(hào)采集裝置可包括:柔性體11、張力傳感器12以及信號(hào)處理單元13 ;該柔性體11包括柔性體面板111以及中空囊體112，該中空囊體112設(shè)置于柔性體面板111之中；該柔性體面板111承受的人體壓力通過(guò)中空囊體112轉(zhuǎn)化為中空囊體112壁的張力；該張力傳感器12也設(shè)置于柔性體面板111中，根據(jù)囊體112壁的張力產(chǎn)生電信號(hào)；該信號(hào)處理單元13對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理獲取人體的生理信號(hào)；該無(wú)線透?jìng)麟娐?4，將數(shù)字信號(hào)通過(guò)無(wú)線透?jìng)鬏敵觥?br> [0045]在本實(shí)施例的非接觸生理信號(hào)采集裝置實(shí)際制作中，上述柔性體11可為一整體，上述柔性體面板111以及中空氣囊112可一體成型，上述是為方便描述而將兩者分開(kāi)說(shuō)明。
[0046]參照?qǐng)D2，假設(shè)上述柔性體面板111為長(zhǎng)條形，且該長(zhǎng)條形的柔性體面板111至少包括上底面和下底面,在該上底面和下底面之間為具有一定厚度的柔性材料,在該一定厚度的柔性材料中設(shè)置有中空囊體112。該中空囊體112可設(shè)置于該上底面與下底面之間，或者突出于該面板的上底面和/或下底面。該柔性體面板111之中可設(shè)置有多個(gè)中空囊體112，該多個(gè)中空囊體112的兩兩之間可設(shè)置有間隔區(qū)域113。
[0047]上述中空囊體112中置入有氣體或液體，將柔性體面板111承受的人體壓力轉(zhuǎn)換為中空囊體壁的張力。該密閉的中空囊體112內(nèi)的氣體或液體體積恒定，當(dāng)中空囊體112受壓，內(nèi)部壓強(qiáng)隨之改變，構(gòu)成囊壁的張力傳感器12可以高速感知壓強(qiáng)并連續(xù)輸出具體變化的值，在中空囊體112之上的人體伴隨呼吸與心跳產(chǎn)生的微動(dòng)導(dǎo)致囊內(nèi)的壓強(qiáng)隨這些微動(dòng)發(fā)生有規(guī)律的變化，呼吸率、心率以及展轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等信息即可體現(xiàn)于該變化之中。
[0048]參照?qǐng)D3,圖示為中空囊體112壁的受力示意圖；將中空囊體112所受到的人體壓力轉(zhuǎn)換為中空囊體112壁的張力。
[0049]參照?qǐng)D4,圖示為中空囊體112壁的受力分析示意圖；在密閉中空囊體112外表包裹壓電薄膜，當(dāng)中空囊體112受壓導(dǎo)致內(nèi)部壓力輕微改變，中空囊體112表面的張力也隨之改變，而如果中空囊體112的曲率半徑越大，同樣氣壓造成的張力越大(張力系數(shù)越大)。
[0050]參照?qǐng)D5,圖示為中空囊體112壁受力的曲率半徑比及張力系數(shù)變化示意圖；上述中空囊體112也可設(shè)計(jì)為一個(gè)較大球體的一小部分，比如截取球體頂部作為中空囊體112，形成有部分弧形面內(nèi)壁的中空囊體112，從而可以獲得較大的張力系數(shù)，可以獲得比柔性橋梁結(jié)構(gòu)等嵌入壓電薄膜性能優(yōu)越得多的傳感器。該橋梁結(jié)構(gòu)可為在柔性體面板111的兩端設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)，當(dāng)該柔性體面板111受壓(人體壓力)時(shí)，由于兩端的支撐使得柔性體面板111中間部分自然形變(凹陷)，從而將人體壓力轉(zhuǎn)換成拉力被壓電薄膜等壓力傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)濾波解析等處理后獲得人體的生理參數(shù)。
[0051]上述非接觸生理信號(hào)采集裝置，可利用壓電薄膜構(gòu)成柔性密閉氣囊或液囊，在氣囊或液囊受擠壓時(shí)引起氣囊內(nèi)壓強(qiáng)改變從而改變壓電薄膜所受的張力，從而獲得清晰的、與壓力的頻率與強(qiáng)度緊密相關(guān)的電信號(hào)，再將該電信號(hào)進(jìn)行放大、帶通濾波，即可獲得諸如心跳、呼吸、抽搐和/或移動(dòng)等相關(guān)信息。該電信號(hào)為模擬電信號(hào)。
[0052]比如心跳信號(hào)的取得，由于人體心跳信號(hào)頻率區(qū)間約為0.7Hf 3Hz，可通過(guò)設(shè)定數(shù)字濾波器的參數(shù)，即可慮掉0.7Hz~3Hz以外的信號(hào)，比如0.2Hz^0.7Hz的呼吸信號(hào)；通過(guò)鑒幅，可以慮掉抽搐以及移動(dòng)等信號(hào)，從而獲得單純清晰的心跳信號(hào)，可將該心跳信號(hào)數(shù)字化后進(jìn)行傅立葉變換，直接讀取頻譜最大值，即可取得準(zhǔn)確的心率數(shù)據(jù)。同樣的方法，只需改變放大濾波的參數(shù)，即可獲得準(zhǔn)確的呼吸率數(shù)據(jù)；通過(guò)鑒幅并對(duì)傳感器的移動(dòng)信號(hào)的相位進(jìn)行解析，就可以知曉使用該設(shè)備的人體對(duì)象是抽搐、起床，還是坐下、躺倒等。
[0053]上述柔性體11可設(shè)置于床墊、座墊、靠墊以及腳墊等日常用具中，用于在使用者使用上述日常用具時(shí)獲取使用者的人體壓力。使用者可在日常生活中隨時(shí)隨地即可使用，十分便利。
[0054]參照?qǐng)D6，在另一實(shí)施例中，上述信號(hào)處理單元13可包括:信號(hào)放大電路131、濾波及解析電路132以及A/D轉(zhuǎn)換電路133 ;該信號(hào)放大電路131，將所述模擬電信號(hào)放大；該濾波及解析電路132，對(duì)放大后的模擬電信號(hào)進(jìn)行濾波，獲取所需要的人體的生理信號(hào)；該A/D轉(zhuǎn)換電路133，將濾波后的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
[0055]上述信號(hào)放大電路131可與上述張力傳感器12連接，對(duì)該張力傳感器12產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行放大，以便對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行濾波操作。該信號(hào)放大電路131對(duì)電信號(hào)的放大程度，可根據(jù)具體需要而定。
[0056]上述濾波及解析電路132可與上述信號(hào)放大電路131連接，對(duì)該信號(hào)放大電路131放大后的電信號(hào)進(jìn)行濾波。該濾波及解析電路132可通過(guò)設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，濾掉不需要的信號(hào)頻段，獲取需要的電信號(hào)，比如可過(guò)濾掉0.7Hz^3Hz之外的信號(hào)，取得心跳信號(hào)(頻率通常為0.7Hf 3Hz)。該濾波及解析電路132可通過(guò)設(shè)置頻率等參數(shù)，對(duì)電信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾從而獲取所需要的生理信號(hào)。
[0057]上述A/D轉(zhuǎn)換電路133可與上述濾波及解析電路132連接，可將濾波后的電信號(hào)進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。由于上述張力傳感器12所產(chǎn)生的電信號(hào)通常為模擬電信號(hào)，則該濾波后的電信號(hào)也為模擬電信號(hào)。該A/D轉(zhuǎn)換電路133可將該模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，方便對(duì)信號(hào)的進(jìn)一步處理以及傳輸?shù)炔僮鳌?br> [0058]上述無(wú)線透?jìng)麟娐?4，將所述數(shù)字信號(hào)通過(guò)無(wú)線透?jìng)鬏敵?。為增?qiáng)人體的生理信號(hào)采集的便利性，可將生理信號(hào)的采集與生理信號(hào)的進(jìn)一步分析或統(tǒng)一存儲(chǔ)等進(jìn)行分離。在采集到所需要的生理信號(hào)后，可通過(guò)上述無(wú)線透?jìng)麟娐?4將該生理信號(hào)傳輸至遠(yuǎn)端設(shè)備，以進(jìn)行進(jìn)一步的分析或統(tǒng)一存·儲(chǔ)等。
[0059]上述非接觸生理信號(hào)采集裝置還包括:電源單元(圖未示出)以及電源管理單元(圖未示出)；該電源單元，提供電源；該電源管理單元，管理所述電源單元。
[0060]上述電源單元可為蓄電池，可為上述裝置提供電源。該裝置通過(guò)上述電源管理單元對(duì)該蓄電池進(jìn)行管理。
[0061]上述電源單元還可為連接外部電源的連接部件，通過(guò)接入外部電源為上述裝置提供電源。該裝置通過(guò)上述電源管理單元對(duì)該連接部件進(jìn)行管理。
[0062]本實(shí)施例的一實(shí)例中，上述非接觸生理信號(hào)采集裝置可應(yīng)用于床墊中，該床墊可包含至少I(mǎi)個(gè)壓電薄膜傳感器，按照間距10-15厘米分布10個(gè)左右直徑為20-25mm、高為1-2mm (截取直徑為20-25mm球體的頂端l_2mm高度的部分)的中空囊體112，壓電薄膜構(gòu)成柔軟密閉中空囊體112的某一面，連續(xù)采集氣壓信號(hào)，通過(guò)不同參數(shù)的數(shù)字濾波器，清晰獲得表現(xiàn)心跳與呼吸情況的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)信號(hào)解析電路計(jì)算，將結(jié)果送給無(wú)線透明傳輸模塊，通過(guò)路由器最終送到互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)，上述數(shù)據(jù)不但有使用者睡覺(jué)時(shí)的心跳與呼吸信息，還可以從這些數(shù)據(jù)中獲得其睡下與起床的相關(guān)數(shù)據(jù)、夜晚睡眠時(shí)運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)、甚至能判斷其抽搐的發(fā)生、對(duì)睡眠質(zhì)量進(jìn)行粗略評(píng)估。上述中空囊體也可為扁平的空腔結(jié)構(gòu)。
[0063]上述墊子可包括壓力到壓強(qiáng)再到張力的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、模擬信號(hào)放大器、數(shù)字濾波器、信號(hào)解析電路、無(wú)線透?jìng)麟娐贰㈦姵丶半娫垂芾黼娐?。即可包?張力傳感器12、模擬信號(hào)處理模塊、數(shù)字濾波器、信號(hào)解析電路以及無(wú)線透?jìng)麟娐返?。其能在不與人體皮膚直接接觸的前提下清晰獲取如心跳、呼吸和/或抽搐等重要生理信息，而且包括頻率、振幅等，也可以獲得人體在一定范圍運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)單信息。
[0064]上述非接觸生理信號(hào)采集墊子，通過(guò)柔性體11將人體壓力(的微弱變化)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并進(jìn)行處理，從而以非直接與人體皮膚進(jìn)行接觸的方式獲取人體的生理信號(hào)(比如心跳和呼吸等)，使生理信號(hào)的獲取更加便捷；同時(shí)，使用無(wú)線技術(shù)將獲取的生理信號(hào)傳輸至遠(yuǎn)端設(shè)備，將信號(hào)采集與進(jìn)一步分析或統(tǒng)一存儲(chǔ)等操作進(jìn)行分離，進(jìn)一步方便生理信號(hào)的米集。
[0065]參照?qǐng)D9，提出 本發(fā)明一種周期性作用力信號(hào)采集裝置的一實(shí)施例。該周期性作用力信號(hào)采集裝置可包括:柔性體21、張力傳感器22以及信號(hào)處理單元23 ;該柔性體21包括柔性體面材211以及一個(gè)中空囊體212，該一個(gè)中空囊體212設(shè)置于柔性體面材211之中；所述柔性體面材211承受的周期性作用力通過(guò)中空囊體212轉(zhuǎn)化為中空囊體212壁的張力；該張力傳感器22也設(shè)置于柔性體面材211中，根據(jù)該囊體壁的張力產(chǎn)生電信號(hào)；該信號(hào)處理單元23對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行處理獲取周期性作用力大小。
[0066]參照?qǐng)D10，假設(shè)上述柔性體面材211為長(zhǎng)條形，且該長(zhǎng)條形的柔性體面材211至少包括上底面和下底面,在該上底面和下底面之間為具有一定厚度的柔性材料,在該一定厚度的柔性材料中設(shè)置有中空囊體212。該中空囊體212可設(shè)置于該上底面與下底面之間，或者突出于該柔性體面材211的上底面和/或下底面。該柔性體面材211之中可設(shè)置有多個(gè)中空囊體212，該多個(gè)中空囊體212的兩兩之間可設(shè)置有間隔區(qū)域113。
[0067]在本實(shí)施例中，在對(duì)周期性力作用測(cè)量中，可以簡(jiǎn)化使用單個(gè)中空囊體212作為傳感體，可利用壓電薄膜構(gòu)成柔性密閉氣囊或液囊，在氣囊或液囊受擠壓時(shí)引起氣囊內(nèi)壓強(qiáng)改變從而改變壓電薄膜所受的張力，從而獲得清晰的、與壓力的頻率與強(qiáng)度緊密相關(guān)的電信號(hào)，再將該電信號(hào)進(jìn)行放大、帶通濾波，即可獲得作用力的大小。
[0068]參照?qǐng)D11，上述裝置還可包括:判斷單元24，根據(jù)設(shè)定的周期性作用力大小范圍，判斷所獲取的周期性作用力大小是否在范圍內(nèi)；當(dāng)超出設(shè)定的范圍時(shí)，產(chǎn)生告警信號(hào)。
[0069]在一具體實(shí)例中，上述中空囊體212可為一個(gè)3mm高(通常為2_4mm)的空心結(jié)構(gòu)(截取直徑為603mm球體的頂端3mm高度的部分)，該截取的球體部分的底面直徑約為60mm ；該中空囊體212壁厚1mm\直徑大約603mm球體的3mm高的頂部作為傳感器載體，中空囊體212內(nèi)壁安置壓電薄膜傳感器，將設(shè)有該中空囊體212的上述裝置置于被急救者的胸腔上實(shí)施心肺復(fù)蘇，間隔著中空囊體212周期性按壓胸腔，可以精確計(jì)量按壓力作用的變化大小及周期，根據(jù)急救經(jīng)驗(yàn)，儀器可以據(jù)此評(píng)估按壓的力量大小變化是否合適、快慢是否恰當(dāng)，并為施救人員提供參考及提醒。上述中空囊體也可為扁平的空腔結(jié)構(gòu)。
[0070]參照?qǐng)D3,圖示為中空囊體212壁的受力示意圖；將中空囊體212所受到的人體壓力轉(zhuǎn)換為中空囊體212壁的張力。
[0071]參照?qǐng)D4,圖示為中空囊體212壁的受力分析示意圖；在密閉中空囊體212外表包裹壓電薄膜，當(dāng)中空囊體212受壓導(dǎo)致內(nèi)部壓力輕微改變，中空囊體212表面的張力也隨之改變，而如果中空囊體212的曲率半徑越大，同樣氣壓造成的張力越大(張力系數(shù)越大)。
[0072]參照?qǐng)D5,圖示為中空囊體212壁受力的曲率半徑比及張力系數(shù)變化示意圖；上述中空囊體212也可設(shè)計(jì)為一個(gè)較大球體的一小部分，比如截取球體頂部作為中空囊體212，形成有部分弧形面內(nèi)壁的中空囊體212，從而可以獲得較大的張力系數(shù)，可以獲得比柔性橋梁結(jié)構(gòu)等嵌入壓電薄膜性能優(yōu)越得多的傳感器。該橋梁結(jié)構(gòu)可為在柔性體面材211的兩端設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)，當(dāng)該柔性體面材211受壓(人體壓力)時(shí)，由于兩端的支撐使得柔性體面材211中間部分自然形變(凹陷)，從而將人體壓力轉(zhuǎn)換成拉力被壓電薄膜等壓力傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，處理后獲得作用力的大小。
[0073]上述周期性作用力信號(hào)采集裝置，可利用壓電薄膜構(gòu)成柔性密閉氣囊或液囊，在氣囊或液囊受擠壓時(shí)引起氣囊內(nèi)壓強(qiáng)改變從而改變壓電薄膜所受的張力，從而獲得清晰的、與壓力的大小緊密相關(guān)的電信號(hào)，再將該電信號(hào)進(jìn)行處理后，即可獲得該周期性作用力的大小，供施力人員參考。
[0074]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種非接觸生理信號(hào)采集裝置，其特征在于，包括:柔性體、張力傳感器以及信號(hào)處理單元； 所述柔性體包括柔性體面板以及中空囊體，所述中空囊體設(shè)置于柔性體面板之中；所述柔性體面板承受的人體壓力通過(guò)中空囊體轉(zhuǎn)化為中空囊體壁的張力； 所述張力傳感器也設(shè)置于柔性體面板中，根據(jù)所述囊體壁的張力產(chǎn)生電信號(hào)； 所述信號(hào)處理單元對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行處理獲取人體的生理信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸生理信號(hào)采集裝置，其特征在于，所述中空囊體由球體的頂端部分或扁平的空腔結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸生理信號(hào)采集裝置，其特征在于，所述中空囊體中置入有氣體或液體，將柔性體面板承受的人體壓力轉(zhuǎn)換為中空囊體壁的張力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的非接觸生理信號(hào)采集裝置，其特征在于，所述張力傳感器設(shè)置有壓電薄膜；所述壓電薄膜設(shè)置于中空囊體的內(nèi)壁或外壁上。
5.一種非接觸生理信號(hào)采集墊子，其特征在于，在墊子中設(shè)置至少一個(gè)非接觸生理信號(hào)采集裝置以及無(wú)線透?jìng)麟娐罚? 所述非接觸生理信號(hào)采集裝置包括:柔性體、張力傳感器以及信號(hào)處理單元；所述柔性體包括柔性體面板以及中空囊體,所述中空囊體設(shè)置于柔性體面板之中；所述柔性體面板承受的人體壓力通過(guò)中空囊體轉(zhuǎn)化為中空囊體壁的張力；所述張力傳感器也設(shè)置于柔性體面板中，根據(jù)所述囊體壁的張力產(chǎn)生電信號(hào)；所述信號(hào)處理單元對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行處理獲取人體的生理信號(hào)； 所述無(wú)線透?jìng)麟娐罚瑢⑺?數(shù)字信號(hào)通過(guò)無(wú)線透?jìng)鬏敵觥?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非接觸生理信號(hào)采集墊子，其特征在于，所述中空囊體由球體的頂端部分或扁平的空腔結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非接觸生理信號(hào)采集墊子，其特征在于，所述中空囊體中置入有氣體或液體，將柔性體面板承受的人體壓力轉(zhuǎn)換為中空囊體壁的張力。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的非接觸生理信號(hào)采集墊子，其特征在于，所述張力傳感器設(shè)置有壓電薄膜；所述壓電薄膜設(shè)置于中空囊體的內(nèi)壁或外壁上。
9.一種周期性作用力信號(hào)采集裝置，其特征在于，包括:柔性體、張力傳感器以及信號(hào)處理單元； 所述柔性體包括柔性體面板以及一個(gè)中空囊體，所述一個(gè)中空囊體設(shè)置于柔性體面板之中；所述柔性體面板承受的周期性作用力通過(guò)中空囊體轉(zhuǎn)化為中空囊體壁的張力； 所述張力傳感器也設(shè)置于柔性體面板中，根據(jù)所述囊體壁的張力產(chǎn)生電信號(hào)； 所述信號(hào)處理單元對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行處理獲取周期性作用力大小。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的周期性作用力信號(hào)采集裝置，其特征在于，所述裝置還包括: 判斷單元，根據(jù)設(shè)定的周期性作用力大小范圍，判斷所獲取的周期性作用力大小是否在范圍內(nèi)；當(dāng)超出設(shè)定的范圍時(shí)，產(chǎn)生告警信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的周期性作用力信號(hào)采集裝置，其特征在于，所述中空囊體由球體的頂端部分或扁平的空腔結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的周期性作用力信號(hào)采集裝置，其特征在于，所述中空囊體中置入有氣體或液體，將柔性體面板承受的人體壓力轉(zhuǎn)換為中空囊體壁的張力。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任一項(xiàng)所述的周期性作用力信號(hào)采集裝置，其特征在于，所述張力傳感器設(shè)置有壓電薄膜；所述壓電`薄膜設(shè)置于中空囊體的內(nèi)壁或外壁上。
【文檔編號(hào)】A61B5/00GK103622671SQ201310542489
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
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