柔性光纖感應薄膜及包含所述薄膜的墊子及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光纖感應薄膜領域，具體涉及一種柔性光纖感應薄膜及包含所述薄膜的墊子及其使用方法，所述柔性光纖感應薄膜可用于檢測人體單個或多個生命體征。
【背景技術】
[0002]目前，使用壓電式傳感器檢測睡在床或者床墊上的人體的呼吸率、心率和受試人的活動情況。通常，壓電式傳感器安裝在感應墊子表面，并嵌入到床或者床墊內。壓電式傳感器有非常高的直流輸出阻抗，并可以模擬成一個成比例的電源和濾波網絡。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，輸出電壓范圍相對于拉力/壓力會變化。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。這些材料都是堅硬的并且隨著時間的推移敏感度會下降。這種敏感度的下降與溫度的升高有很高的相關性。壓電式傳感器對很多物理因素也很敏感，且當它震動時會輸出一個錯誤的信號。壓電式傳感器的另一個主要缺點是不能應用于真正的靜態測量。靜力將導致壓電式材料上有固定數量的電荷，這就意味著一旦壓力或重量達到穩定狀態，壓電式傳感器的輸出電壓就會消失。
【發明內容】
[0003]本發明提供一種柔性光纖感應薄膜，可以檢測受試人的存在、活動、呼吸率和心率，以及一種包含所述柔性光纖感應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硬、隨著時間的推移敏感度下降和壓電式傳感器不能用于靜態測量的缺點。
[0004]本發明為解決技術問題所提出的技術方案如下:
[0005]一方面，提供一種柔性光纖感應薄膜。所述柔性光纖感應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，當人體躺在所述柔性光纖感應薄膜上移動時，在光纖中產生光損耗。
[0006]在一種實施方式中，上層薄膜的突起物和下層薄膜的突起物是面對面的，直接壓在光纖上。
[0007]在另一個實施方式中，兩片保護膜嵌入夾層中且夾住光纖。
[0008]在另一個實施方式中，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]在另一個實施方式中，一片保護膜嵌入夾層中，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]在另一個實施方式中，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薄膜的墊子。所述墊子還包括可編程LED驅動、光源、光傳感器和處理器。所述可編程LED驅動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以驅動所述可編程LED驅動提供LED電流給所述光源;所述光源由LED電流驅動發光并將光傳輸到所述光纖中；所述光傳感器檢測由光纖引起的光損耗信號。所述處理器處理由所述光傳感器傳輸來的光損耗信號，以完成生命體征的檢測。
[0012]在一個實施方式中，所述處理器、可編程LED驅動、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驅動、光源和處理器供電。
[0013]在另一個實施方式中，所述處理器、可編程LED驅動、光源和光傳感器集成在電子盒中。所述柔性光纖感應薄膜通過光纖保護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]在另一個實施方式中，所述墊子還包括設置在所述柔性光纖感應薄膜下面的保護層和包住所述柔性光纖感應薄膜和保護層的外層墊子。
[0015]在另一個實施方式中，所述保護層包括多個條狀物，所述多個條狀物間設置有固定間隙。
[0016]所述上層薄膜、下層薄膜、保護膜、突起物、保護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，優選的聚乙烯。
[0017]在另一方面，提供一種使用所述墊子測量人體存在的方法，包括檢測因光損耗而造成的直流信號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量呼吸率的方法，包括通過每個脈沖確定光損耗信號的交流分量的步驟，每一個脈沖代表時域中一次呼吸。
[0019]在另一方面，提供一種使用所述墊子測量心率的方法，包括通過確認頻域中光損耗信號的交流分量來獲取心率的步驟。
[0020]實施本發明，可以實現如下優點:本發明中所述柔性光纖感應薄膜能通過突起物產生光損耗信號以檢測人體的存在、活動、呼吸率和心率，且本發明使用保護膜保護所述光纖。本發明中采用墊上電子裝置與所述柔性光纖感應墊子相結合作為一個整體的適用于嬰兒使用，采用電子盒通過光纖保護套與所述柔性光纖感應墊子相連的適用于成人使用。本發明可以檢測人體的存在、活動、呼吸率和心率，并且對人類是安全且舒適的。
【附圖說明】
[0021]下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:
[0022]圖1是壓電式傳感器的等效電路圖。
[0023]圖2是柔性光纖感應薄膜和外部光源的原理圖。
[0024]圖3是柔性光纖感應薄膜嵌入床墊的示意圖。
[0025]圖4是柔性光纖感應薄膜嵌入枕頭的示意圖。
[0026]圖5是柔性光纖感應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墊子的示意圖。
[0028]圖7是圖6所述柔性光纖感應墊子卷起的示意圖。
[0029]圖8是圖6所述柔性光纖感應墊子應用的示意圖。
[0030]圖9是帶有電子盒的柔性光纖感應墊子的示意圖。
[0031 ]圖10是圖9所述柔性光纖感應墊子卷起的示意圖。
[0032]圖11是圖9所述柔性光纖感應墊子應用的示意圖。
[0033]圖12A是本發明中所述保護層的示意圖。
[0034]圖12B是本發明中所述柔性光纖感應薄膜墊子橫斷面的示意圖。
[0035]圖12C是本發明中所述柔性光纖感應薄膜墊子彎曲時的橫斷面示意圖。
[0036]圖13是本發明中所述柔性光纖感應薄膜分解圖。
[0037]圖14是本發明中所述夾層的透視圖。
[0038]圖15是柔性光纖感應薄膜的橫斷面，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發生彎曲損耗示意圖。
[0040]圖17是本發明中所述柔性光纖感應薄膜的夾層的實際尺寸。
[0041]圖18是本發明一個實施例中柔性光纖感應薄膜的橫斷面圖。
[0042]圖19是本發明另一個實施例中柔性光纖感應薄膜的橫斷面圖。
[0043]圖20是本發明另一個實施例中柔性光纖感應薄膜的橫斷面圖。
[0044]圖21顯示了在時間域中由光傳感器檢測的光損耗信號，所述光損耗信號處有突變的直流信號尖峰。
[0045]圖22是圖21所述光損耗信號的交流分量在時域的放大圖。
[0046]圖23是圖22所述光損耗信號的交流分量在頻域的示意圖。
[0047]圖24是光傳感器檢測的時域中的光損耗信號，所述光損耗信號在周期性交流分量之后突然下降。
[0048]圖25是本發明實施例中墊子的框圖。
[0049]圖26是本發明實施例中墊子的另一個框圖。
【具體實施方式】
[0050]本發明的目的是提供一種柔性光纖感應薄膜113，用于測量人體的呼吸率、心率、活動和存在。如圖2所示，柔性光纖感應薄膜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，包括柔性光纖感應薄膜113、可編程LED驅動110、光源111和光傳感器112。可編程LED驅動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。控制信號驅動可編程LED驅動110，用于給光源111提供LED電流。光源111在LED電流驅動下產生光并進入光纖115中。光傳感器112用于檢測光纖115中的光損耗信號。處理光損耗信號可用于檢測人體的存在、活動、呼吸率和心率。
[0051 ]柔性光纖感應薄膜113包含如下特點:
[0052]1.柔性光纖感應薄膜113可以依尺寸定制以適合不同的應用。可按照應用的類型改變夾層114的尺寸，相應的在夾層114中置入光纖115。
[0053]2.夾層114可使用對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的設計和/或改變光纖115的特性可以調整柔性光纖感應薄膜113的敏感度。
[0055]4.可編程LED驅動110提供LED電流給光源111，用于柔性光纖感應薄膜113加載不同的重量。基于光損耗信號，LED驅動會提供合適的電流給光源以補償由于加載重量產生的光損耗。大電流將會增加進入光纖115的光強度，加強柔性光纖感應薄膜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所示當柔性光纖感應薄膜113嵌入床墊時，如圖4所示嵌入枕頭的上部時，如圖5所示嵌入到枕頭