CN112741594A - 睡眠监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种睡眠监测装置，包括：陀螺仪，用于检测该装置的振动状态并输出运动信息；预处理单元，与所述陀螺仪连接，接收所述角度信息进行预处理并转换成数字信号；处理单元，与所述预处理单元连接，接收并对所述数字信号进行FFT变换，以及对变换结果进行特征提取，得到反映用户的睡眠状态的心率和呼吸率，记录和分析单元。本发明还涉及一种睡眠监测方法。本发明的监测装置以隔离人体的方式通过利用陀螺仪感应检测是否有待监测用户，并检测用户睡眠时由呼吸和心跳引起装置的振动，根据该振动的信息得到用户的睡眠状态有助于使用者更好的了解自己的睡眠状态。

Description

睡眠监测装置及方法

技术领域

本发明涉及睡眠监测领域，特别是涉及一种睡眠监测装置和方法。

背景技术

随着社会的发展，睡眠对于人体健康的作用日益增加。睡眠不好往往会影响人的正常工作和生活，尤其是对于一些处于高强度负荷的上班族，因压力劳累而出现不同程度的睡眠问题，进而削弱免疫系统和内分泌系统的功能，同时，还会影响人们的思维和判断力，导致恶性循环。因此，对于睡眠质量的监测和评价显得极为重要。

目前，现有睡眠监测装置主要有通过监测被监测者心率来判断被监测者睡眠质量的监测装置。心率是指人体心脏搏动的频率，其是通过检测人体心脏细胞产生的电信号来获得心率数据。现有方法需要在被监测者身体上粘贴电极片，对于皮肤干燥的人群，信号采集的效果非常不好，尤其在冬天电极片与人体接触部位需要多次涂抹导电膏，导电膏会刺激人体皮肤，一定程度上会影响被监测者的睡眠质量。

发明内容

本发明目的在于提供一种睡眠监测装置和方法，旨在解决当前的睡眠检测方式会影响用户睡眠质量的问题。

本发明提供了一种睡眠监测装置，包括：

陀螺仪，用于检测该装置的振动状态并输出运动信息；

预处理单元，与所述陀螺仪连接，接收所述角度信息进行预处理并转换成数字信号；

处理单元，与所述预处理单元连接，接收并对所述数字信号进行FFT变换，以及对变换结果进行特征提取，得到反映用户的睡眠状态的心率和呼吸率；

记录及分析单元，用于记录监测到的数据并进行分析。

本发明还提供了一种睡眠监测方法，所述方法应用于睡眠用品中，利用本发明的睡眠监测装置来实施，所述方法包括以下步骤：

通过陀螺仪检测所述睡眠用品的振动状态并输出运动信息；

对所述角度信息进行预处理并转换成数字信号；

对所述数字信号进行FFT变换，以及对变换结果进行特征提取，得到反映用户的睡眠状态的心率和呼吸率。

上述的睡眠监测装置和方法，以隔离人体的方式通过利用陀螺仪感应检测是否有待监测用户，并检测用户睡眠时由呼吸和心跳引起装置的振动，根据该振动的信息得到用户的睡眠状态。

附图说明

图1为本发明第一实施例中睡眠监测及改善装置的截面结构示意图；

图2为本发明另一实施例中睡眠监测及改善装置的模块示意图；

图3为本发明较佳实施例中睡眠监测方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1和图2，本发明中的睡眠监测装置1可内嵌于或置于枕头、床垫、坐垫、眼罩和耳机等用品中，或置于枕头、床垫和坐垫的底下。睡眠监测及改善装置1包括壳体2和PCB板3，壳体2内设有支撑部件4，支撑部件4可为具有弹性的悬臂梁结构或拱形结构。本实施例中，壳体2和支撑部件4之间设有一支撑柱100，壳体2受到外部压力时，支撑柱100可对支撑部件4进行挤压。

本发明较佳实施例中的睡眠监测装置1包括陀螺仪5、预处理单元6、处理单元7及阿尔法波发射单元8。优选地，该监测装置1还包括记录和分析单元。

陀螺仪5为高灵敏陀螺仪，用于检测该装置1的振动状态并输出运动信息。陀螺仪5设置在支撑部件4上，能跟随装置1受到用户呼吸和心跳引起的振动而振动。具体地，人躺在床垫上枕在枕头上正常睡觉，在稳定睡着之后，呼吸和心跳引起的振动可以传导到支撑部件4上，引起支撑部件4角度的变化，通过高灵敏陀螺仪5检测到这个变化。此外，陀螺仪5还可以检测该装置1是否需要进入监测状态。进入监测状态的条件是该装置1或包含该装置1的产品是否受到移动或振动。

预处理单元6与所述陀螺仪5连接，接收所述角度信息进行预处理并转换成数字信号。预处理单元6包含滤波放大电路和A/D转换电路。

处理单元7为一主控芯片，处理单元7与所述预处理单元6连接，接收并对所述数字信号进行FFT(Fast Fourier Transformation，即为快速傅氏变换)变换，以及对变换结果进行特征提取，得到反映用户的睡眠状态的心率和呼吸率。进一步地，采用低功耗算法，即处理单元7还用于接收所述运动信息，根据所述运动信息判断是否有待监测用户。当检测到没有人的时候，只保留改部分电路运行，关闭其他部分电路，在检测到有人之后在开启整体电路。

具体地，主控芯片把数字信号进行FFT变化，把时域信号f(t)转换为频域信号f(w)，然后在频域进行滤波和特征提取。提取出呼吸的特征频率f1，1/f1就是此时对应的一分钟的呼吸次数即呼吸率；提取出心跳对应的特征频率f2，1/f2就是此时对应的一分钟的心跳次数即心率。然后通过睡眠时的心率和呼吸率的变化可以反映出此时的睡眠状态。然后将得到心率、呼吸率等睡眠信息通过低功耗蓝牙等无线传输模块9传输到手机等智能终端10。

记录分析单元将检测到的数据进行记录存储，并进行实时分析。所述记录分析单元用于对用户的睡眠信息进行分析，获得睡眠质量报告。睡眠监测装置1还设置有USB接口或者microUSB接口，便于输出睡眠质量报告。

此外，请参阅图1和图3，本发明还提供了一种睡眠监测方法，所述方法应用于睡眠用品中，利用上述装置来完成，所述方法包括以下步骤：

步骤S110，通过陀螺仪5检测所述睡眠用品的振动状态并输出运动信息；陀螺仪5设置在支撑部件4上，能跟随装置1受到用户呼吸和心跳引起的振动而振动，从而输出振动数据。

步骤S120，对所述角度信息进行预处理并转换成数字信号。利用滤波放大电路和A/D转换电路对运动信息进行处理。

步骤S130，对所述数字信号进行FFT变换，以及对变换结果进行特征提取，得到反映用户的睡眠状态的心率和呼吸率。具体地，把数字信号进行FFT变化，把时域信号f(t)转换为频域信号f(w)，然后在频域进行滤波和特征提取。提取出呼吸的特征频率f1，1/f1就是此时对应的一分钟的呼吸次数即呼吸率；提取出心跳对应的特征频率f2，1/f2就是此时对应的一分钟的心跳次数即心率。然后通过睡眠时的心率和呼吸率的变化可以反映出此时的睡眠状态。然后将得到心率、呼吸率等睡眠信息通过蓝牙等无线传输模块9传输到手机等智能终端10。

在进一步的实施方式中，还包括接收所述运动信息，根据所述运动信息判断是否有待监测用户。当检测到没有待监测用户的时候，只保留改部分电路运行，关闭其他部分电路，在检测到有人之后在开启整体电路。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元7中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述装置中单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

综上所述，本发明实施例以隔离人体的方式通过利用陀螺仪5感应检测是否有待监测用户，并检测用户睡眠时由呼吸和心跳引起装置的振动，根据该振动的信息得到用户的睡眠状态。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元7中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明实施例各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种睡眠监测装置，其特征在于，包括：

陀螺仪，用于检测该装置的振动状态并输出运动信息；

预处理单元，与所述陀螺仪连接，接收所述角度信息进行预处理并转换成数字信号；

处理单元，与所述预处理单元连接，接收并对所述数字信号进行FFT变换，以及对变换结果进行特征提取，得到反映用户的睡眠状态的心率和呼吸率；

记录及分析单元。

2.如权利要求1所述的睡眠监测装置，其特征在于，所述处理单元还用于记录并分析用户的所述心率和呼吸率得到睡眠状态数据。

3.如权利要求1所述的睡眠监测装置，其特征在于，还包括无线传输模块，所述用于将反映用户的睡眠状态的心率和呼吸率发送至智能终端以记录和呈现用户的所述睡眠状态。

4.如权利要求1所述的睡眠监测装置，其特征在于，所述处理单元还用于接收运动信息，根据所述运动信息判断是否有待监测用户。

5.如权利要求1所述的睡眠监测装置，其特征在于，所述装置还包括弹性支撑部件，所述压电薄膜和所述陀螺仪设置于支撑部件上。

6.一种睡眠监测方法，其特征在于，所述方法利用如权利要求1-5中任一项所述的睡眠监测装置来执行，所述方法包括以下步骤：

通过陀螺仪检测所述睡眠用品的振动状态并输出运动信息；

对所述角度信息进行预处理并转换成数字信号；

对所述数字信号进行FFT变换，以及对变换结果进行特征提取，得到反映用户的睡眠状态的心率和呼吸率。

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