本發(fā)明涉及醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于pvdf的生命體征傳感器及遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)體征系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各類便攜式、可穿戴式智能設(shè)備陸續(xù)進(jìn)入人們的視野，加之大數(shù)據(jù)、人工智能領(lǐng)域的快速發(fā)展，人們對(duì)于更舒適自由、可預(yù)判的未來(lái)寄予了更為迫切的希望。在這樣的需求環(huán)境下，我們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的生命體征(主要指呼吸、心率)測(cè)量方法具有以下三個(gè)缺點(diǎn)：

1.測(cè)量過(guò)程繁瑣復(fù)雜，需要護(hù)理人員協(xié)助完成，消耗大量護(hù)理資源；

2.測(cè)量需要束縛用戶，用戶體驗(yàn)差；

3.測(cè)量需要束縛用戶且測(cè)量過(guò)程繁瑣，導(dǎo)致不能長(zhǎng)時(shí)間作用于用戶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)體征數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)量小，不能形成大數(shù)據(jù)，以分析和預(yù)判健康狀態(tài)。

由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)的生命體征測(cè)量方法已不能滿足護(hù)理人員和用戶的需求，且不符合大數(shù)據(jù)、云智慧等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展要求，故一種新穎的生命體征檢測(cè)方法亟待被實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)目前產(chǎn)品存在的以上不足，本發(fā)明提供一種無(wú)需護(hù)理人員協(xié)助、無(wú)束縛且適合長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量的體征傳感器，該體征傳感器的測(cè)量方法只需用戶將該傳感器置于胸腔或后背等隨呼吸、心率體震較強(qiáng)的部位對(duì)應(yīng)的墊子上，即可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶的生命體征數(shù)據(jù)信息，不影響用戶的正常作息規(guī)律，適合于長(zhǎng)期對(duì)用戶體征數(shù)據(jù)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而總結(jié)用戶生命體征數(shù)據(jù)信息規(guī)律和趨勢(shì)，起到健康預(yù)警和預(yù)防的作用。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：

一種基于pvdf的生命體征傳感器，包括pvdf壓電薄膜帶和控制盒，以及用于封裝pvdf壓電薄膜帶的外殼，所述pvdf壓電薄膜帶包括多個(gè)并聯(lián)的pvdf壓電薄膜或多個(gè)分布式獨(dú)立的pvdf壓電薄膜，所述pvdf壓電薄膜帶的正負(fù)電極分別和控制盒的正負(fù)電極連接，所述控制盒包括依次連接的濾波整形模塊、運(yùn)算控制單元、通信模塊，所述運(yùn)算控制單元包括信號(hào)處理模塊以及均連接所述信號(hào)處理模塊的擴(kuò)展接口和輸出接口，所述輸出接口連接所述通信模塊。

本發(fā)明的有益效果是：采用高分子pvdf壓電材料測(cè)量體表的壓力和震動(dòng)變化，不需要束縛用戶，適合長(zhǎng)期測(cè)量，該生命體征傳感器的測(cè)量方法只需用戶將傳感器置于胸腔或后背等隨呼吸、心率體震較強(qiáng)身體部位對(duì)應(yīng)的墊子上，即可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶的生命體征信號(hào)，不影響用戶的正常作息規(guī)律，適合于長(zhǎng)期對(duì)用戶體征信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而總結(jié)用戶生命體征信號(hào)規(guī)律和趨勢(shì)，起到健康預(yù)警和預(yù)防的作用。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，所述濾波整形模塊包括依次連接的減法電路、積分電路、電壓跟隨電路和放大電路。

進(jìn)一步，所所述減法電路包括運(yùn)放u5b，連接在所述運(yùn)放u5b反向輸入端和輸出端的并聯(lián)電阻r19、電容c16，連接在所述運(yùn)放u5b正向輸入端的輸入電阻r21，以及連接在所述運(yùn)放u5b輸出端的電阻r20；所述運(yùn)放u5b反向輸入端連接所述pvdf壓電薄膜帶采集的原始信號(hào)；

所述積分電路包括運(yùn)放u5c，所述運(yùn)放u5c的反向輸入端和輸出端相連接；連接在所述運(yùn)放u5c正向輸入端的串聯(lián)輸入電阻r22、電容c20，連接在所述運(yùn)放u5c正向輸入端的接地電容c25，以及連接在所述運(yùn)放u5c輸出端的輸出電阻r24；

所述電壓跟隨電路包括運(yùn)放u5d，所述運(yùn)放u5d的反向輸入端和輸出端相連接；分別連接在所述運(yùn)放u5d反向輸入端的電容c33和正向輸入端的電阻r25；所述電容c33和電阻r25連接，以及連接在所述運(yùn)放u5d輸出端的電容c35；

所述放大電路包括運(yùn)放u5a，所述運(yùn)放u5a的正向輸入端接地，連接在所述運(yùn)放u5a反向輸入端和輸出端的電阻r27，連接在所述運(yùn)放u5a反向輸入端的接地滑動(dòng)變阻器rx，以及連接在所述運(yùn)放u5a輸出端的接地電容c46，所述運(yùn)放u5a連接電壓vcc。

進(jìn)一步，所述通信模塊包括藍(lán)牙通信模塊、zigbee通信模塊、wifi通信模塊、4g通信模塊和5g通信模塊中的一種或多種。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，能和具有不同通信方式的終端進(jìn)行連接，滿足客戶的需求。

進(jìn)一步，所述擴(kuò)展接口連接擴(kuò)展模塊。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：能根據(jù)需求相應(yīng)的擴(kuò)展功能，滿足客戶的需求。

進(jìn)一步，所述擴(kuò)展模塊包括存儲(chǔ)模塊、交互模塊、電池電源管理模塊中的一種或多種。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：存儲(chǔ)模塊用于通信模塊離線時(shí)，將體征數(shù)據(jù)信息保存到本地，當(dāng)通信模塊在線時(shí)，將本地?cái)?shù)據(jù)同步到用戶端；交互模塊用于與用戶交互，對(duì)體征傳感器相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；電池電源管理模塊用于對(duì)電池進(jìn)行充電管理。

進(jìn)一步，所述信號(hào)處理模塊包括ad轉(zhuǎn)換器。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：能進(jìn)行高速采樣，獲取成離散的數(shù)字值，便于變換到頻域。

另外，本發(fā)明還提供了一種遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)體征系統(tǒng)，包括上述生命體征傳感器，數(shù)據(jù)處理中心及用戶終端，所述生命體征傳感器，數(shù)據(jù)處理中心及用戶終端依次連接。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：生命體征傳感器將用戶長(zhǎng)期的體征數(shù)據(jù)信息通過(guò)通信模塊傳遞至數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心對(duì)用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存并分析數(shù)據(jù)信息，提取用戶身體健康狀態(tài)，進(jìn)而根據(jù)健康狀態(tài)為用戶定制生活、飲食、運(yùn)動(dòng)等計(jì)劃，并及時(shí)的推送至用戶端。

進(jìn)一步，所述用戶終端包括手機(jī)、電腦或平板電腦。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的體征傳感器組成框圖；

圖2為本發(fā)明的體征傳感器組成框圖；

圖3為本發(fā)明的征傳感器控制盒組成框圖；

圖4為本發(fā)明的濾波整形模塊原理圖；

圖5為本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)體征系統(tǒng)框圖；

圖6為本發(fā)明的體征傳感器應(yīng)用示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

如圖1、圖2所示，本發(fā)明的體征傳感器主要由控制盒、pvdf壓電薄膜帶組成，信息盒主要通過(guò)硬件和軟件算法對(duì)pvdf壓電薄膜帶采集的信號(hào)進(jìn)行處理，進(jìn)而獲得生命體征數(shù)據(jù)，并將體征數(shù)據(jù)保存到本地或向外傳遞；其中pvdf壓電薄膜帶根據(jù)應(yīng)用需求，可由多個(gè)pvdf壓電薄膜并聯(lián)或分布式獨(dú)立，分布式獨(dú)立連接模式，由于可獨(dú)立測(cè)量每個(gè)點(diǎn)的壓力變化，進(jìn)而可將pvdf壓電薄膜按矩陣式排列并根據(jù)每個(gè)點(diǎn)受力情況，判斷出用戶的體動(dòng)、翻身及睡眠姿態(tài)等信息，pvdf壓電薄膜帶的正負(fù)電極分別和控制盒的正負(fù)電極連接。pvdf壓電薄膜是一種柔性材料，且厚度薄，由其組成的pvdf壓電薄膜帶具有柔韌度高、可曲饒、厚度薄的特性，使得用戶依靠自重或肢體壓力與pvdf壓電薄膜帶保持身體接觸或間接接觸時(shí)，不會(huì)給用戶帶來(lái)不適感，進(jìn)一步的，當(dāng)pvdf壓電薄膜與用戶身體間接接觸時(shí)，傳遞介質(zhì)對(duì)信號(hào)的衰減可通過(guò)對(duì)信息盒軟硬件進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整來(lái)獲得同樣幅值的信號(hào)；同時(shí)，pvdf壓電薄膜具有響應(yīng)速度快、靈敏度高和線性度好的優(yōu)良特性，在感受到用戶呼吸、心率體震壓力變化時(shí)，會(huì)線性的產(chǎn)生電荷信號(hào)變化，該變化通過(guò)正負(fù)電極傳遞至控制盒，經(jīng)過(guò)硬件電路和軟件算法處理，即可得到相關(guān)體征數(shù)據(jù)信息。

外殼用于封裝pvdf壓電薄膜帶，材料應(yīng)具有防水、防塵、可曲繞、摩擦噪音小等特性，以滿足穩(wěn)定性、低噪聲、易使用、與用戶身體接觸的舒適性等要求。

如圖3所示，該體征傳感器的控制盒包括濾波整形模塊、運(yùn)算控制單元、通信模塊以及擴(kuò)展模塊組成，其中運(yùn)算控制單元包括信號(hào)處理模塊、輸出接口以及擴(kuò)展接口，其體征數(shù)據(jù)信息獲取流程：pvdf壓電薄膜獲取體征數(shù)據(jù)信息，其中疊加有較多的噪聲信號(hào)，通過(guò)濾波整形模塊進(jìn)行濾波及整形后傳遞至運(yùn)算控制單元，運(yùn)算控制單元調(diào)用信號(hào)處理模塊通過(guò)fft算法將體征數(shù)據(jù)信息由時(shí)域變換到頻域，并從中篩選出有用信號(hào)，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為體征數(shù)據(jù)信息，通過(guò)輸出接口發(fā)送至通信模塊，供用戶獲取，通信模塊輸出通信方式主要包括藍(lán)牙、zigbee、wifi、4g及5g等通信方式，擴(kuò)展接口預(yù)留用于擴(kuò)展開(kāi)發(fā)用戶需求的擴(kuò)展模塊，比如存儲(chǔ)模塊、交互模塊、電池電源管理模塊等，存儲(chǔ)模塊用于通信模塊離線時(shí)，將體征數(shù)據(jù)信息保存到本地，當(dāng)通信模塊在線時(shí)，將本地?cái)?shù)據(jù)同步到用戶端；交互模塊用于與用戶交互，對(duì)體征傳感器相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；電池電源管理模塊用于對(duì)電池進(jìn)行充電管理。

生命體征傳感器主要由軟件和硬件兩部分組成，其中硬件部分主要包括pvdf壓電薄膜及濾波整形模塊。本發(fā)明采用的壓電薄膜pvdf(polyvinylidenefluoride,聚偏氟乙烯)壓電材料具有獨(dú)特的壓電效應(yīng),是一種新型的高分子多功能材料，壓電效應(yīng)具有靈敏度和分辨率高的特點(diǎn)，適合于本方案用于微弱體征數(shù)據(jù)信息的采集。

如圖4所示，為本發(fā)明濾波整形模塊原理圖，該模塊主要包括依次連接的減法電路、積分電路、電壓跟隨電路和放大電路：

減法電路包括運(yùn)放u5b，連接在運(yùn)放u5b反向輸入端和輸出端的并聯(lián)電阻r19、電容c16，連接在運(yùn)放u5b正向輸入端的輸入電阻r21，以及連接在運(yùn)放u5b輸出端的電阻r20；運(yùn)放u5b反向輸入端連接所述pvdf壓電薄膜帶采集的原始信號(hào)；pvdf壓電薄膜采集的原始信號(hào)首先傳遞至本運(yùn)放單元，該運(yùn)放搭建的是一個(gè)，其作用是將原始信號(hào)vsensor的直流電平太高1/2*vcc，使得u5b的輸出信號(hào)為1/2*vcc+vsensor。這樣處理的目的是將原始信號(hào)全部變成正極性電平，以用于運(yùn)算控制單元的ad轉(zhuǎn)換器識(shí)別和采集；

積分電路包括運(yùn)放u5c，連接運(yùn)放u5c的反向輸入端和輸出端；連接在運(yùn)放u5c正向輸入端的串聯(lián)輸入電阻r22、電容c20，連接在運(yùn)放u5c正向輸入端的接地電容c25，以及連接在運(yùn)放u5c輸出端的輸出電阻r24；其作用是使其輸入信號(hào)為常量時(shí)，使其輸出端回歸至1/2*vcc電平。這樣處理的目的是濾除掉原始信號(hào)中的直流分量，只允許原始信號(hào)中的交流分量通過(guò)；

電壓跟隨電路包括運(yùn)放u5d，連接運(yùn)放u5d的反向輸入端和輸出端；分別連接在運(yùn)放u5d反向輸入端的電容c33和正向輸入端的電阻r25；電容c33和電阻r25連接，以及連接在運(yùn)放u5d輸出端的電容c35；其作用是對(duì)信號(hào)進(jìn)行阻抗匹配，增大其輸入阻抗，降低其輸出阻抗；

放大電路包括運(yùn)放u5a，運(yùn)放u5a的正向輸入端接地，連接在運(yùn)放u5a反向輸入端和輸出端的電阻r27，連接在運(yùn)放u5a反向輸入端的接地滑動(dòng)變阻器rx，以及連接在運(yùn)放u5a輸出端的接地電容c46，運(yùn)放u5a連接電壓vcc，其作用是通過(guò)調(diào)節(jié)rx實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)放大幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證信號(hào)始終處于0-vcc之間，避免信號(hào)失真。進(jìn)一步的，當(dāng)用戶身體與pvdf壓電薄膜帶為間接接觸時(shí)，rx為數(shù)字可調(diào)電位器，可通過(guò)軟件對(duì)rx進(jìn)行調(diào)整，以補(bǔ)償傳遞介質(zhì)導(dǎo)致的信號(hào)衰減。

本發(fā)明軟件部分主要采用fft算法即快速傅里葉變換，過(guò)程是將經(jīng)過(guò)濾波整形模塊處理后的時(shí)域信號(hào)通過(guò)ad轉(zhuǎn)換器獲取成離散的數(shù)字值，并變換到頻域。其運(yùn)算過(guò)程如下：

通過(guò)ad轉(zhuǎn)換器，按照采樣頻率f采集信號(hào)，采集n個(gè)點(diǎn)，為了方便進(jìn)行fft運(yùn)算，n取2的整數(shù)次方；

采樣點(diǎn)數(shù)為n，fft變換之后結(jié)果就是一個(gè)n點(diǎn)的復(fù)數(shù)，每一個(gè)點(diǎn)就對(duì)應(yīng)著一個(gè)頻率點(diǎn)(以基波頻率為單位遞增)，這個(gè)點(diǎn)的模值(sqrt(實(shí)部2+虛部2))就是該頻點(diǎn)頻率值下的幅度特性；

基波頻率，也叫頻率分辨率，如果我們按照f(shuō)的采樣頻率去采集一個(gè)信號(hào)，一共采集n個(gè)點(diǎn)，那么基波頻率(頻率分辨率)就是fk＝f/n；

按照以上流程，本方案采樣頻率f＝100hz，采樣點(diǎn)n＝4096，那么基波頻率fk＝0.0244140625hz，按此參數(shù)對(duì)采集的用戶原始信號(hào)進(jìn)行fft變換后，在體征參數(shù)的極限頻率范圍內(nèi)獲取幅度最大的值，即可將該最大幅值對(duì)應(yīng)點(diǎn)的頻率作為該體征的輸出參數(shù)。比如：人體心率最大極限值一般為250次/分，轉(zhuǎn)換為頻率為fb＝4.16hz，那么對(duì)應(yīng)到fft變換輸出結(jié)果的最大點(diǎn)為fb/fk＝170，故只需輪詢fft變換結(jié)果的0-170點(diǎn)中對(duì)應(yīng)的最大幅值對(duì)應(yīng)的點(diǎn)在乘以fk，即可得出當(dāng)前用戶的心率值。

如圖5所示，本發(fā)明還將該生命體征傳感器通過(guò)通信模塊與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建一個(gè)遠(yuǎn)程的網(wǎng)絡(luò)體征系統(tǒng)，其主要包括生命體征傳感器、數(shù)據(jù)處理中心及用戶端三部分，生命體征傳感器將用戶長(zhǎng)期的體征數(shù)據(jù)信息通過(guò)通信模塊傳遞至數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心對(duì)用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存并分析數(shù)據(jù)信息，提取用戶身體健康狀態(tài)，進(jìn)而根據(jù)健康狀態(tài)為用戶定制生活、飲食、運(yùn)動(dòng)等計(jì)劃，并及時(shí)的推送至用戶端。

如圖6所示，為本發(fā)明的體征傳感器應(yīng)用示意圖，在進(jìn)行體征數(shù)據(jù)信息測(cè)量時(shí)，首先需將傳感器的pvdf壓電薄膜帶置于用戶體震較強(qiáng)身體部位(比如：胸腔或后背等部位)對(duì)應(yīng)墊子位置的上面或下面，然后啟動(dòng)傳感器控制盒，用戶只需保證一定的壓力靠壓于傳感器上，保證傳感器壓電薄膜帶可有效接受用戶身體的體震壓力變化，無(wú)需再用戶身體綁定任何額外的附件，pvdf壓電薄膜即可將體震壓力變化，轉(zhuǎn)換為電荷信號(hào)變化，傳遞至控制盒處理得到體征數(shù)據(jù)信息。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。