CN114674349B - 一种基于光纤微弯的监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及人体生命体征监测领域，尤其涉及一种基于光纤微弯的监测装置以监测人体生命体征；一种基于光纤微弯的监测装置，其特征在于，包括：基座、可形变体、光纤与扣盖；所述基座两端设有第一腔体单元和第二腔体单元；所述光纤设于所述第一腔体单元、出所述第一腔体单元后固定在可形变体上，所述光纤设于所述第二腔体单元，出所述第二腔体单元后固定在可形变体上，回到所述第一腔体单元内形成一条光纤闭合回路。本监测装置薄且小，方便保护。灵敏度极高并可调节，调节方式简单；可通过调节弹性空心圆柱体的外径，光纤匝数和光纤环的曲率半径来调节监测装置的灵敏度。

Description

一种基于光纤微弯的监测装置

技术领域

本发明涉及人体生命体征监测领域，尤其涉及一种基于光纤微弯的监测装置以监测人体生命体征。

背景技术

随着社会经济技术的发展、人们对生活质量要求的提高及我国人口老龄化程度加剧，很多老人无人看护，人们对健康进行监测的需求不断增大。呼吸率和心率是最基本的人体生命体征，人体的病态体征往往会从异常的呼吸率和心率上反映出来，因此，实现呼吸率和心率的日常实时监测对人体健康评估和疾病预防有着重要意义。

光纤传感器具有柔韧性好、体积小、重量轻、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点，因此在健康监测方面，光纤传感器具有电学传感器无法比拟的优势。目前已经出现了几种利用光纤传感器测量呼吸和心率的方法，例如光纤布拉格光栅，光纤干涉、基于光强度调制的方法。由于光纤布拉格光栅和光纤干涉都需要昂贵的生产机器和测试仪器，成本较高，并不适合家庭监护，而基于光强度调制的光纤传感器，考虑到低成本和大规模生产的特点，可以用于家庭睡眠检测设备当中。

现有的基于光纤的曲率变化或光纤的震动改变光强的专利(CN 110507295A、CN110051337 A、CN 112512412 A等)大多都存在光纤缠绕复杂、铺设面积相大的现实问题，而现有技术灵敏度的增强多是通过增加光纤的长度来实现的。但是长光纤增加了传感器制作的工作量与成本，压力通过某种介质直接作用于光纤，可能造成光纤损坏；也可能因为传递压力和震动的介质材料不可控而导致监测的不准确。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种基于光纤微弯的监测装置，用于解决现有技术中监测不准确的问题。

本发明提供一种基于光纤微弯的监测装置，其特征在于，包括：基座、可形变体、光纤与扣盖；所述基座设有第一腔体单元和第二腔体单元；

所述光纤包括设于所述第一腔体单元内的第一光纤匝圈、设于所述第二腔体单元内的第二光纤匝圈，自所述第一光纤匝圈引出所述第一腔体单元后固定在所述可形变体上并连接至所述第二光纤匝圈的第一光纤连接部，自所述第二光纤匝圈引出所述第二腔体单元后固定在所述可形变体上并连接至所述第一光纤匝圈的第二光纤连接部，所述第一光纤匝圈、所述第二光纤匝圈、所述第一光纤连接部和所述第二光纤连接部形成光纤闭合回路；

所述扣盖密封所述第一与第二腔体单元上部密封以将所述第一光纤匝圈和所述第二光纤匝圈分别保持在所述第一腔体单元和所述第二腔体单元内。

进一步地，所述第一光纤匝圈与和述第二光纤匝圈的数量至少为一圈。

进一步地，

所述第一腔体单元包括设有第一开口的第一腔体，所述第一开口两端设有顶部经平滑处理的第一开口壁与第二开口壁，设置于所述第一开口壁与所述第二开口壁中间的第一阻挡凸块；

所述第二腔体单元包括设有第二开口的第二腔体，所述第二开口两端设有顶部经平滑处理的第三开口壁与第四开口壁，设置于所述第三开口壁与所述第四开口壁中间的第二阻挡凸块。

进一步地，

所述第一开口壁与第一阻挡凸块形成第一长槽；

所述第二开口壁与第一阻挡凸块形成第二长槽；

所述第三开口壁与第二阻挡凸块形成第三长槽

所述第四开口壁与第二阻挡凸块形成第四长槽；

所述第一、第二、第三与第四长槽用以通过光纤。

进一步地，所述可形变体为可形变空心柱体；

所述基座设有矩形开口；

所述矩形开口两端设有第一矩形凸块与第二矩形凸块；

所述可形变空心柱体放置于所述矩形开口内，所述第一矩形凸块与第二矩形凸块插入可形变空心柱体以限制其脱离基座。

进一步地，所述可形变柱体两端设有经平滑处理的矩形卡扣槽；

所述矩形卡扣槽位于所述可形变空心柱体两端的端部直径上；

所述两端矩形卡扣槽对称。

进一步地，所述光纤闭合回路包括：所述光纤在所述第一腔体内设第一光纤匝圈，所述第一光纤匝圈为光纤弧大圆，经所述第一长槽后以胶水固定在所述可形变空心柱体上，经所述第三长槽后在所述第二腔体内设第二光纤匝圈，所述第二光纤匝圈为光纤弧小圆，经所述第四长槽后以胶水固定在所述可形变空心柱上，经所述第二长槽回到所述第一腔体内形成光纤闭合回路。

进一步地，所述光纤在所述可形变空心柱体上的固定位置为两端卡扣槽的中间沿所述可形变空心柱体外侧以胶水固定。

进一步地，所述基座在横向方向上两边部分的尺寸大于中间部分的尺寸以胶粘可形变体；

所述可形变体为在横向方向上的两边部分的尺寸小于中间部分的尺寸的可形变织物。

进一步地，所述光纤闭合回路包括：所述光纤在所述第一腔体内设第一光纤弧匝圈，所述第一光纤匝圈为光纤弧大圆，经所述第一长槽后以胶水或针缝在所述可形变织物的第一固定点，经所述第三长槽后在所述第二腔体内设第二光纤匝圈，所述第二光纤匝圈为光纤弧小圆，经所述第四长槽后以胶水或针缝在所述可形变织物的第二固定点，经所述第二长槽后回到所述第一腔体内形成光纤闭合回路。

进一步地，所述第一固定点与所述第二固定点可移动。

进一步地，所述第一腔体与所述第二腔体外的光纤设有软管并注入胶体。

本发明提供的监测装置，将光纤封装到某种特定的结构中，此结构简单，远小于同类监测产品，投入成本低，可适应更多的应用场景；可调节灵敏度并实现较高的灵敏度。可通过调节弹性空心圆柱体的外径，光纤匝数和光纤环的曲率半径来调节监测装置的灵敏度，可将呼吸和心率分开监测及提升光纤环灵敏度的功能。

附图说明：

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例一的监测装置结构示意图；

图2为本发明实施例一的床板基座结构示意图；

图3为本发明实施例一的可形变圆柱体结构示意图；

图4为本发明实施例二的监测装置结构示意图；

图5为本发明实施例二的床垫基座结构示意图；

图6为本发明实施例一与二的扣盖。

附图标记：

1-用于床板的基座；2-光纤；3-第一腔体；4-第二腔体；5-扣盖；6-第一阻挡凸块；7-第二阻挡凸块；8-第一长槽；9-第二长槽；10-第三长槽；11-第四长槽；12-第一矩形凸块；13-第二矩形凸块；14-可形变空心圆柱体；15-光纤弧大圆；16-光纤弧小圆；17-可形变织布；18-第一固定点；19-第二固定点；20-用于床垫的基座；21-卡扣槽；22-矩形开口；23-第一螺丝孔；24-第二螺丝孔；25-第一开口；26-第二开口；27-胶体；28-第一开口壁；29-第二开口壁；30-第三开口壁；31-第四开口壁；

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

一种基于光纤-微弯的监测装置，包括：基座、可形变体、光纤2与扣盖5；所述基座设有第一腔体3单元和第二腔体4单元；

所述光纤2包括设于所述第一腔体3单元内的第一光纤匝圈-、设于所述第二腔体4单元内的第二光纤匝圈-，自所述第一光纤匝圈-引出所述第一腔体3单元后固定在所述可形变体上并连接至所述第二光纤匝圈33的第一光纤连接部，自所述第二光纤匝圈-引出所述第二腔体4单元后固定在所述可形变体上并连接至所述第一光纤匝圈-的第二光纤连接部-，所述第一光纤匝圈-、所述第二光纤匝圈-、所述第一光纤连接部和所述第二光纤连接部形成光纤2闭合回路；

所述扣盖5密封所述第一与第二腔体4单元上部密封以将所述第一光纤匝圈-和所述第二光纤匝圈-分别保持在所述第一腔体3单元和所述第二腔体4单元内。

所述第一腔体3单元包括设有第一开口25的第一腔体3，所述第一开口25两端设有顶部经平滑处理的第一开口壁28与第二开口壁29，设置于第一开口壁28与所述第二开口壁29中间的第一阻挡凸块6；所述第二腔体4单元包括设有所述第二开口26的第二腔体4，所述第二开口26两端设有顶部经平滑处理的第三开口壁30与第四开口壁31，设置于所述第三开口壁30与所述第四开口壁31中间的第二阻挡凸块7。

所述第一开口壁28与第一阻挡凸块6形成第一长槽8；

所述第二开口壁29与第一阻挡凸块6形成第二长槽9；

所述第三开口壁30与第二阻挡凸块7形成第三长槽10

所述第四开口壁31与第二阻挡凸块7形成第四长槽11；

所述第一、第二、第三与第四长槽11用以通过光纤2。

所述第一光纤匝圈-和所述第二光纤匝圈-的数量至少为一圈。

如图1-3所示为本发明实施例一的产品示意图；

本发明实施例一为床板安装型结构，本实施例的第一光纤匝圈-与第二光纤匝圈-的数量为一圈；

如图1与2所示，床板安装结构，本发明监测装置实施例一的床板安装型基座如下：

所述用于床板的基座1的第一腔体3中间设有第一螺丝孔23；第二腔体4中间设有第二螺丝孔24，以平衡的固定所述监测装置。

本实施例中，所述可形变空心柱体为可形变空心圆柱体14。

本实施例的第一光纤匝圈-与第二光纤匝圈-的数量为一圈；

用于床板的基座1，所述基座1设有矩形开口22；所述矩形开口22两端设有第一矩形凸块12与第二矩形凸块13；所述可形变空心圆柱体14放置于所述矩形开口22内，所述第一矩形凸块12与第二矩形凸块13插入可形变空心圆柱体14以限制其脱离基座1。

所述可形变圆柱体14两端设有经过平滑处理的矩形卡扣槽21；所述矩形卡扣槽21位于所述可形变空心圆柱体14两端的端部直径上，所述两端矩形卡扣槽21对称；一端有两个矩形卡扣槽21，两端共计有四个矩形卡扣槽21。所述基座1插入所述卡扣槽21与所述第一矩形凸块12和第二矩形凸块13一起固定所述可形变空心圆柱体14，第一矩形凸块12与第二矩形凸块13限制可形变空心圆柱体14脱离基座1。

如图1所示，所述光纤2闭合回路包括：所述光纤2在所述第一腔体3内设第一光纤匝圈为光纤弧大圆15，经所述第一长槽8后以胶水固定在所述可形变空心圆柱体14上，经所述第三长槽10后在所述第二腔体4内设第二光纤匝圈为光纤弧小圆16，经所述第四长槽11后以胶水固定在所述可形变空心圆柱14上，经所述第二长槽9回到所述第一腔体3内形成光纤2闭合回路。

将光纤2盘成的一匝圆环用胶体固定于可形变空心圆柱体14的两侧，具体方式如下：

所述光纤2盘成一匝圆环存放于第一腔体3内，通过所述第一腔体3的第一长槽8，以胶体固定在所述可形变空心圆柱体14外侧，具体位置在平滑处理的矩形卡扣槽21的中间位置，通过所述第二腔体4的第三长槽10，将所述光纤2再次盘成一匝圆环存放于第二腔体4内，经第二腔体4的第四长槽11后以胶体固定在所述可形变空心圆柱体14的外侧，具体位置在平滑处理的第二矩形卡扣槽21的中间位置，通过所述第一腔体3的第二长槽9，与第一腔体3内的光纤2形成完整回路。

光纤2在所述可形变空心圆柱体14上的固定位置为两端卡扣槽21的中间沿所述可形变空心圆柱体14外侧以胶水固定。

扣盖5密封第一腔体3与第二腔体4的上部开口，防止光纤2脱离第一腔体3与第二腔体4。

本实施例中的可形变空心柱体为空心圆柱体14，当外界压力作用在可形变空心圆柱体14上时，空心圆柱体14产生形变，使圆柱体受压面的外周长变化，这种变化带动光纤2产生相应的拉伸运动或推动，最后使第一腔体3与第二腔体4中的光纤弧大圆15与光纤弧小圆16的曲率发生变化，导致光纤2所传输的光的强度发生变化，以光强度的变化来反映人体的心率和呼吸并以此来判断是否离床。

如图4与5所示为本发明实施例二的产品示意图，本发明实施例二为床垫内嵌安装型结构；

如图5所示，所述用于床垫的基座20在横向方向上两边部分的尺寸大于中间部分的尺寸以胶粘可形变体；

所述可形变体为在横向方向上的两边部分的尺寸小于中间部分的尺寸的可形变织物。

所述光纤2闭合回路包括：所述光纤2在所述第一腔体3内设第一光纤匝圈为光纤弧大圆15，经所述第一长槽8后以胶水或针缝在所述可形变织物的第一固定点18，经所述第二长槽9后在所述第二腔体4内设第二光纤匝圈为光纤弧小圆16，经所述第三长槽10后以胶水或针缝在所述可形变织物的第二固定点19，经所述第四长槽11后回到所述第一腔体3内形成光纤2闭合回路。

所述第一固定点18与所述第二固定点19可移动，以调节光纤的长度以增加检测装置测量的灵活性。

所述第一腔体3与所述第二腔体4外的光纤2设有软管并注入胶体，以保护光纤的损耗，保证检测装置的准确性。

如图4所示，所述光纤2在一侧腔体单元内设置为大圆15，在另一侧腔体单元内设置成小圆16，通过所述长槽后以胶水固定在所述弹性织布上，形成所述光纤2回路。

如图5所示，将用于床垫的基座20通过胶粘的方式固定在可形变织物17上，本实施例中是可形变织布17；将床垫基座20胶粘在图6处，为了避免可形变织布竖直方向的运动受限，不可以将床垫基座20完全粘在织布上。

将光纤2盘成一匝圆环，放置于第一腔体3中并形成光纤弧大圆15，通过所述第一腔体3的第一长槽8，将光纤2用胶或用织线缝；为了避免光纤2的损坏，本实施例中的光纤2需要用软管保护，将光纤2伸入软管后在管内注胶以防止光纤2与管之间发生相对滑动。具体的光纤2在所述可形变织布17上的固定位置可变，固定时需要使两侧的光纤2长度不同；光纤2在固定后经过所述第二腔体4的第一长槽8，将所述光纤2再次盘成一匝圆环存放于第二腔体4内，形成光纤弧小圆16。第二腔体4内的光纤2通过第二腔体4的第二长槽9引出并再次固定于可形变织布17上，通过所述第一腔体3的第二长槽9，与第一腔体3内的光纤2形成完整回路。

如图6所示是本发明实施例二的扣盖5，扣盖5密封第一腔体3与第二腔体4的上部开口，防止光纤2脱离第一腔体3与第二腔体4。

当外界压力作用于床垫时，床垫的变形将引起可形变织布17的拉伸和收缩并带动光纤做相应的拉伸活推的运动，使第一腔体3与第二腔体4中的光纤弧大圆15与光纤弧小圆16的曲率发生变化，光纤2的曲率变化最终引起在光纤2传输光的输出光强的变化，以光强度变化来反映人体的心率和呼吸并以此来判断是否离床。

本发明技术将光纤2封装到特定的结构中，包括空腔单元与可形变单元；此结构远小于同类的监测结构，节省成本的同时更能适用更多的应用场景。本监测装置薄且小，方便保护。灵敏度极高并可调节，调节方式简单；可通过调节弹性空心圆柱体14的外径，光纤匝数和光纤环的曲率半径来调节监测装置的灵敏度。本发明可通过大圆、小圆的设置，不同的光纤长度的设置，将呼吸和心率分开监测。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (12)

1.一种基于光纤微弯的监测装置，其特征在于，包括：基座、可形变体、光纤与扣盖；所述基座设有第一腔体单元和第二腔体单元；

所述光纤包括设于所述第一腔体单元内的第一光纤匝圈、设于所述第二腔体单元内的第二光纤匝圈，自所述第一光纤匝圈引出所述第一腔体单元后固定在所述可形变体上并连接至所述第二光纤匝圈的第一光纤连接部，自所述第二光纤匝圈引出所述第二腔体单元后固定在所述可形变体上并连接至所述第一光纤匝圈的第二光纤连接部，所述第一光纤匝圈、所述第二光纤匝圈、所述第一光纤连接部和所述第二光纤连接部形成光纤闭合回路；

所述扣盖密封所述第一与第二腔体单元上部密封以将所述第一光纤匝圈和所述第二光纤匝圈分别保持在所述第一腔体单元和所述第二腔体单元内；

当外界压力作用在可形变体上时，可形变体产生形变，这种变化带动第一光纤匝圈和第二光线匝圈产生相应的拉伸运动或推动，最后使第一光纤匝圈和第二光纤匝圈的曲率发生变化，导致第一光纤匝圈和第二光纤匝圈所传输的光的强度发生变化，以光强度的变化来反映人体特征参数的变化，并以此来判断是否离床。

2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述第一光纤匝圈和所述第二光纤匝圈的数量至少为一圈。

3.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，

所述第一腔体单元包括设有第一开口的第一腔体，所述第一开口两端设有顶部经平滑处理的第一开口壁与第二开口壁，设置于所述第一开口壁与所述第二开口壁中间的第一阻挡凸块；

所述第二腔体单元包括设有第二开口的第二腔体，所述第二开口两端设有顶部经平滑处理的第三开口壁与第四开口壁，设置于所述第三开口壁与所述第四开口壁中间的第二阻挡凸块。

4.根据权利要求3所述的监测装置，其特征在于，

所述第一开口壁与第一阻挡凸块形成第一长槽；

所述第二开口壁与第一阻挡凸块形成第二长槽；

所述第三开口壁与第二阻挡凸块形成第三长槽

所述第四开口壁与第二阻挡凸块形成第四长槽；

所述第一、第二、第三与第四长槽用以通过光纤。

5.根据权利要求4所述的监测装置，其特征在于，所述可形变体为可形变空心柱体；

所述基座设有矩形开口；

所述矩形开口两端设有第一矩形凸块与第二矩形凸块；

所述可形变空心柱体放置于所述矩形开口内，所述第一矩形凸块与第二矩形凸块插入可形变空心柱体以限制其脱离基座。

6.根据权利要求5所述的监测装置，其特征在于，所述可形变空心柱体两端设有经平滑处理的矩形卡扣槽；

所述矩形卡扣槽位于所述可形变空心柱体两端的端部直径上；

所述两端的矩形卡扣槽对称。

7.根据权利要求6所述的监测装置，其特征在于，所述光纤闭合回路包括：所述光纤在所述第一腔体内设第一光纤匝圈，所述第一光纤匝圈为光纤弧大圆，经所述第一长槽后以胶水固定在所述可形变空心柱体上，经所述第三长槽后在所述第二腔体内设第二光纤匝圈，所述第二光纤匝圈为光纤弧小圆，经所述第四长槽后以胶水固定在所述可形变空心柱体上，经所述第二长槽回到所述第一腔体内形成光纤闭合回路。

8.根据权利要求7所述的监测装置，其特征在于，所述光纤在所述可形变空心柱体上的固定位置为两端卡扣槽的中间沿所述可形变空心柱体外侧以胶水固定。

9.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述基座在横向方向上两边部分的尺寸大于中间部分的尺寸，所述基座的中间部分胶粘在可形变体上；

所述可形变体为在横向方向上的两边部分的尺寸小于中间部分的尺寸的可形变织物。

10.根据权利要求4至8中任意一项所述的监测装置，其特征在于，所述光纤闭合回路包括：所述光纤在所述第一腔体内设第一光纤匝圈，所述第一光纤匝圈为光纤弧大圆，经所述第一长槽后以胶水固定在所述可形变体的第一固定点，经所述第三长槽后在所述第二腔体内设第二光纤匝圈，所述第二光纤匝圈为光纤弧小圆，经所述第四长槽后以胶水固定在所述可形变体的第二固定点，经所述第二长槽后回到所述第一腔体内形成光纤闭合回路。

11.根据权利要求10所述的监测装置，其特征在于，所述第一固定点与所述第二固定点可移动。

12.根据权利要求11所述的监测装置，其特征在于，所述第一腔体与所述第二腔体外的光纤设有软管并注入胶体。