CN108289619A - 睡眠监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种睡眠监测系统，包括采集终端、服务器以及移动终端；其中，采集终端包括压电传感单元，压电传感单元用于采集用户睡眠中体征变化产生的压力信号，并将压力信号转换成电压信号输出；服务器通过与采集终端的通讯接收电压信号，处理电压信号得到体征数据，并根据体征数据得到睡眠监测结果；所述移动终端，用于接收并显示所述服务器输出的所述体征数据和/或所述睡眠监测结果。上述睡眠监测系统准确率高且结构简单。
Description
本发明涉及智能设备技术领域，特别涉及一种睡眠监测系统。
睡眠障碍是多种疾病形成以及恶化的重要诱因之一，长期睡眠不足容易导致人体各项生理功能低下，严重地，还会产生一系列周身性的病变。因此，睡眠监测已经成为健康监测的一个重要环节。
现今市场上的家用睡眠监测产品大多是穿戴式的，如携带在用户手腕上的智能手环、手表等，该类产品内置加速度传感器，根据加速度传感器监测到的加速度变化值来判断用户肢体是否发生摆动，再据此得到睡眠监测结果，如用户翻身次数、睡眠持续时间等。但此类产品对睡眠监测结果的判定主要依赖于对用户肢体运动情况的判定，因而，容易产生误判，准确率较低。
医疗上的睡眠监测产品一般是通过监测用户心跳和呼吸这两项体征来得到睡眠监测结果，此类产品虽然在睡眠监测结果的判定上准确率较高，但是结构过于复杂。
发明内容
基于此，有必要提供一种睡眠监测系统，以解决现有的睡眠监测系统要么准确率较低，要么结构复杂的问题。
为解决上述技术问题，将采用如下技术方案：
一种睡眠监测系统，包括采集终端和服务器；其中，
所述采集终端包括压电传感单元，所述压电传感单元用于采集用户睡眠中体征变化产生的压力信号，并将所述压力信号转换成电压信号输出；
所述服务器通过与所述采集终端的通讯接收电压信号，处理所述电压信号得到体征数据，并根据所述体征数据得到睡眠监测结果；
所述移动终端，用于接收并显示所述服务器输出的所述体征数据和/或所
述睡眠监测结果。
进一步地，所述采集终端还包括信号放大单元、信号滤波单元和模数转换单元；其中，
所述信号滤波单元分别与所述信号放大单元和模数转换单元电信号连接，并且所述信号放大单元电信号连接于所述压电传感单元上。
进一步地，所述压电传感单元的数量有两个，分别用于采集用户睡眠中呼吸体征变化产生的压力信号和脉搏体征变化产生的压力信号。
进一步地，所述信号放大单元与所述信号滤波单元的数量分别有两个；其中，
所述压电传感单元、信号放大单元和信号滤波单元顺次电信号连接，形成呼吸体征变化对应的输出路径和脉搏体征变化对应的输出路径，以分别输出呼吸体征相关的平缓信号和脉搏体征相关的尖端脉冲信号。
进一步地，所述采集终端还包括微处理单元和与所述微处理单元电信号连接的无线通信单元；其中，
所述微处理单元与所述模块数据转换单元连接，用于控制所述无线通信单元将所述数字电压信号传送给所述服务器。
进一步地，所述采集终端还包括控制电路板，在所述控制电路板上布置有电容、所述信号放大单元、所述信号滤波单元、所述模数转换单元以及所述无线通信单元；其中，
所述压电传感单元通过引出的两导线与所述电容两端电信号连接；
所述电容两端通过与所述信号放大单元、所述信号滤波单元以及所述模数转换单元电信号连接后接入所述微处理单元。
进一步地，所述压电传感单元是以压电材料为主体的监测膜，所述监测膜的四周被绝缘膜包围，所述绝缘膜的上面和下面分别粘贴有镀有康铜箔电极的聚酯薄膜，所述康铜箔电极由两导线引出。
进一步地，所述服务器包括压力信号计算单元、体征数据计算单元和监测结果获取单元；其中，
所述压力信号计算单元用于根据所述压电传感单元中压电材料受到的压力与产生的电压之间的关系，由所述电压信号计算所述压力信号；
所述体征数据计算单元用于根据所述压力信号计算所述体征数据；
所述监测结果获取单元用于根据所述体征数据得到所述睡眠监测结果。
进一步地，所述体征数据计算单元包括频率计算子单元和强度计算子单元；
所述频率计算子单元和所述强度计算子单元分别用于计算所述体征数据的频率和强度分量。
由上述技术方案可知，该睡眠监测系统通过采集终端中压电传感单元将用户体征变化产生的压力信号转换为电压信号输出，再由服务器根据接收到的该电压信号获取体征数据，进而得到用户的睡眠监测结果。由于用户处于睡眠状态和非睡眠状态，或者处于睡眠状态的不同阶段时，体征数据会呈现相应的变化，因而，根据体征数据作为睡眠监测结果判定的数据基础更直观可靠；并且，据此得到的睡眠监测结果也能够避免用户肢体运动带来的干扰，可见，该睡眠监测系统在不仅结构简单，还确保了了睡眠监测结果的准确性。
图1是一个实施例中睡眠监测系统的结构示意图；
图2是一个实施例中采集终端的结构示意图；
图3是另一个实施例中采集终端的结构示意图；
图4是一个实施例中服务器的结构示意图；
图5是一个实施例中体征数据计算单元的结构示意图。
体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
如前所述的，现有的家用睡眠监测产品通过内置的加速度传感器获取用户肢体运动时产生的加速度，并根据加速度来判定睡眠监测结果。但加速度
的有无或大小跟用户的睡眠状况并无无直接联系，比如用户在睡眠过程中无意识地翻身，此时加速度传感器会获取到相应的加速度；或者，用户并未进入睡眠状态只是平静地躺着，此时加速度传感器又不会获取到加速度。可见，利用加速度作为判定依据得到的睡眠监测结果并不准确。另外，医疗上的睡眠监测产品一般都技术复杂，需专业人员的操作，且占地面积大、成本高，不能满足用户日常睡眠监测的需要。
鉴于此，特提出了一种睡眠监测系统，以实现准确率高且结构简单的目的。
在一个实施例中，具体的，该睡眠监测系统如图1所示，包括采集终端110和服务器130。其中，
采集终端110包括压电传感单元，压电传感单元用于采集用户睡眠中体征变化产生的压力信号，并将压力信号转换成电压信号输出。
人体体征主要包括心率、脉搏、血压、体温、呼吸等，如心脏跳动、脉搏跳动、呼吸等活动会引起用户皮肤表面有规律地振动。该采集终端110通过与用户身体相关部位接触来采集上述振动产生的压力信号。
压电传感单元为内设有压电材料的压电传感器，压电材料受力后会产生对应于所受压力信号的电压信号输出。
服务器130用于通过与采集终端的通讯接收电压信号，处理电压信号得到体征数据，并根据体征数据得到睡眠监测结果。
服务器根据接收到的电压信号计算采集终端采集到的压力信号，由于压力信号是由用户体征变化引起的，因而，根据该压力信号即可得到体征数据。
进一步地，根据体征数据再结合医学知识即可得到用户的睡眠监测结果，如用户的入睡时间、睡眠时间、睡眠质量等。
具体地，该服务器130为一云服务器。
由上述方案可知，该睡眠监测系统通过采集终端中压电传感单元作为体征数据收集的传感器件，并由服务器根据采集终端输出的电压信号计算用户的体征数据，进而得到用户的睡眠状况。其中，采集终端可以佩戴的形式与用户身体相关部位接触，并不会对用户的睡眠造成不便，且该采集终端无电
磁干扰，适用于各种用户群体。
如图2所示，在另一个实施例中，该采集终端110还包括信号放大单元111、信号滤波单元113和模数转换单元115。其中，
信号滤波单元113分别与信号放大单元111和模数转换单元115电信号连接，并且信号放大单元111电信号连接于压电传感单元上。
在另一个实施例中，该压电传感单元的数量有两个，分别用于采集用户睡眠中呼吸体征变化产生的压力信号和脉搏体征变化产生的压力信号。为方便描述，分别称为呼吸压电传感单元和脉搏压电传感单元。
呼吸压电传感单元用于采集用户呼吸时皮肤表面振动产生的压力信号，并将该压力信号转换为电压信号输出。呼吸引起的皮肤表面振动为周期性地增强和减弱过程，因而，根据该呼吸压电传感单元输出的电压信号与时间的关系绘制的电压曲线为近似于正弦的曲线形状。使用时，可将包含呼吸压电传感单元的采集终端紧贴用户腹部处的皮肤。
脉搏压电传感单元用于采集用户脉搏跳动时皮肤表面振动产生的压力信号，并将该压力信号转换为电压信号输出。脉搏跳动引起的皮肤表面振动为短时间地强烈振动，因而，根据该脉搏压电传感单元输出的电压信号与时间的关系绘制的电压曲线为尖端脉冲。使用时，可将包含脉搏压电传感单元的采集终端紧贴用户桡动脉处的皮肤。
与之对应地，信号放大单元111和信号滤波单元113的数量也分别有两个，压电传感单元、信号放大单元111和信号滤波单元113顺次电信号连接，形成呼吸体征变化对应的输出路径和脉搏体征变化对应的输出路径，以分别输出呼吸体征相关的平缓信号和脉搏体征相关的尖端脉冲信号。同样地，为方便描述，分别称为呼吸信号放大单元、脉搏信号放大单元，以及呼吸信号滤波单元、脉搏信号滤波单元。
一般来说，正常呼吸次数范围为每分钟15～50次，正常脉搏跳动范围为每分钟50～170次。呼吸信号滤波单元用于将经呼吸信号放大单元放大处理后的电压信号进行滤波，只留下每分钟15～50个周期的近似正弦波信号；类似地，脉搏信号滤波单元用于将经脉搏信号放大单元放大处理后的电压信号
进行滤波，只留下每分钟50～170次的尖端脉冲信号。
如图3所示，在另一个实施例中，该采集终端110还包括微处理单元117和与该微处理单元117电信号连接的无线通信单元119。
微处理单元117与模数转换单元115电信号连接，用于接收该模数转换单元115输出的经模数转换处理后的电压信号，并控制该无线通信单元119将该经模数转换后的电压信号通过无线传输的方式传送给服务器130。
在另一个实施例中，压电传感单元包括以PVDF(聚偏二氟乙烯)新型高分子复合压电材料为主体的监测膜，监测膜的四周被一层绝缘膜包围，绝缘膜的上面和下面分别粘贴有一层镀有康铜箔电极的聚酯薄膜。康铜箔电极用于保护和定性监测膜的形状、避免短路，以及传输信号，该康铜箔电极由两导线引出。
另外，采集终端110还包括一控制电路板，在该控制电路板上布置有电容、信号放大单元111、信号滤波单元113、模数转换单元115以及无线通信单元119。其中，
压电传感单元通过两导线与该电容两端电信号连接，以接入该控制电路板；
该电容两端通过与信号放大单元111、信号滤波单元113以及模数转换单元115电信号连接后再接入微处理单元117；
该微处理单元117与无线通信单元119电信号连接，以控制该无线通信单元119与服务器130之间的通信。
如图4所示，在另一个实施例中，该服务器130包括压力信号计算单元131、体征数据计算单元133和监测结果获取135。其中，
压力信号计算单元131，用于根据压电传感单元中压电材料受到的压力与产生的电压之间的关系，由电压信号计算压力信号。
用户体征变化引起的振动使得压电传感单元中压电材料产生电荷，电荷通过电极聚集在控制电路板上电容的两端，从而使电容两端产生电压。电容与电压的关系式如下：
其中，U为电压，Q为电荷量，C为电容。
压电材料在没有电场的情况下受到压力时的公式如下：
D＝d·σ
其中，D为应力大小及方向，d为压电应力常数矩阵，σ为单位压电材料面积方向上的电荷大小。
又压电材料产生的总电荷公式如下：
Q＝A·K·σ
其中，A为压电材料的面积，K为压电材料的灵敏系数。
根据以上公式，即可得到压电材料受到的压力与产生的电压之间的关系，公式如下：
D＝d·U/(A·K·C)
可见，压电材料受到的压力与产生的电压之间成正比关系。
体征数据计算单元133，用于根据电压信号计算体征数据。
通过对电压信号处理得到电压信号与时间的关系，根据压电材料受到的压力信号与产生的电压信号之间的对应关系，得到对应的压力信号与时间的关系，再根据该压力信号与时间的关系即可获取到体征数据。
监测结果获取单元135，用于根据体征数据得到睡眠监测结果。
如图5所示，在另一个实施例中，该体征数据计算单元133包括频率计算子单元1331和强度计算子单元1333。其中，
频率计算子单元1331和强度计算子单元1335分别用于计算体征数据的频率和强度分量。
相应地，监测结果获取单元135根据体征数据的频率和强度分量得到睡眠监测结果。例如，获取到的呼吸频率、强度或脉搏频率、强度等参数不稳定，可能是由于用户肢体动作较多导致，则认为用户未进入睡眠状态；获取
到的呼吸频率、强度和脉搏频率、强度等参数较稳定，则认为用户进入睡眠状态。
在另一个实施例中，该睡眠监测系统还包括：
移动终端150，用于接收并显示服务器输出的体征数据和/或睡眠监测结果。
移动终端150包括各种具有显示屏功能的移动终端，如笔记本、PAD、手机等。
服务器判断出睡眠监测结果后，将根据体征数据绘制的曲线图以及睡眠监测结果通过有线或无线的通信方式发送到用户的移动终端150上，方便用户在移动终端150上查阅自己睡眠时的体征数据以及睡眠情况。
虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (9)
- 一种睡眠监测系统，其特征在于，包括采集终端、服务器以及移动终端；其中，所述采集终端包括压电传感单元，所述压电传感单元用于采集用户睡眠中体征变化产生的压力信号，并将所述压力信号转换成电压信号输出；所述服务器通过与所述采集终端的通讯接收电压信号，处理所述电压信号得到体征数据，并根据所述体征数据得到睡眠监测结果；所述移动终端，用于接收并显示所述服务器输出的所述体征数据和/或所述睡眠监测结果。
- 如权利要求1所述的睡眠监测系统，其特征在于，所述采集终端还包括信号放大单元、信号滤波单元和模数转换单元；其中，所述信号滤波单元分别与所述信号放大单元和模数转换单元电信号连接，并且所述信号放大单元电信号连接于所述压电传感单元上。
- 如权利要求2所述的睡眠监测系统，其特征在于，所述压电传感单元的数量有两个，分别用于采集用户睡眠中呼吸体征变化产生的压力信号和脉搏体征变化产生的压力信号。
- 如权利要求3所述的睡眠监测系统，其特征在于，所述信号放大单元与所述信号滤波单元的数量分别有两个；其中，所述压电传感单元、信号放大单元和信号滤波单元顺次电信号连接，形成呼吸体征变化对应的输出路径和脉搏体征变化对应的输出路径，以分别输出呼吸体征相关的平缓信号和脉搏体征相关的尖端脉冲信号。
- 如权利要求3所述的睡眠监测系统，其特征在于，所述采集终端还包括微处理单元和与所述微处理单元电信号连接的无线通信单元；其中，所述微处理单元与所述模块数据转换单元连接，用于控制所述无线通信单元将所述数字电压信号传送给所述服务器。
- 如权利要求5所述的睡眠监测系统，其特征在于，所述采集终端还包括控制电路板，在所述控制电路板上布置有电容、所述信号放大单元、所述 信号滤波单元、所述模数转换单元以及所述无线通信单元；其中，所述压电传感单元通过引出的两导线与所述电容两端电信号连接；所述电容两端通过与所述信号放大单元、所述信号滤波单元以及所述模数转换单元电信号连接后接入所述微处理单元。
- 如权利要求6所述的睡眠监测系统，其特征在于，所述压电传感单元是以压电材料为主体的监测膜，所述监测膜的四周被绝缘膜包围，所述绝缘膜的上面和下面分别粘贴有镀有康铜箔电极的聚酯薄膜，所述康铜箔电极由两导线引出。
- 如权利要求1所述的睡眠监测系统，其特征在于，所述服务器包括压力信号计算单元、体征数据计算单元和监测结果获取单元；其中，所述压力信号计算单元用于根据所述压电传感单元中压电材料受到的压力与产生的电压之间的关系，由所述电压信号计算所述压力信号；所述体征数据计算单元用于根据所述压力信号计算所述体征数据；所述监测结果获取单元用于根据所述体征数据得到所述睡眠监测结果。
- 如权利要求8所述的睡眠监测系统，其特征在于，所述体征数据计算单元包括频率计算子单元和强度计算子单元；所述频率计算子单元和所述强度计算子单元分别用于计算所述体征数据的频率和强度分量。
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