一种呼吸与心率的测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种呼吸与心率的测量方法及系统，本发明专利技术的柔性传感器的中间层设置有若干通孔，增强了传感器的柔性，在测量时能够产生更大的形变，还可更好的与待测量处贴合，以提高其灵敏度，确保测量结果的准确性；另外，基于频率差异对柔性传感器获得的呼吸心跳耦合电信号进行信号分离以获得呼吸信号和心率信号，基于精度高的柔性传感器的呼吸与心率的测量系统的测量结果更加精确，准确度更高，克服现有技术中存在呼吸与心率的测量系统的准确度和精度低下的技术问题。

A Method and System for Measuring Respiration and Heart Rate

【技术实现步骤摘要】
一种呼吸与心率的测量方法及系统
本专利技术涉及生物信号测量领域，尤其是一种呼吸与心率的测量方法及系统。
技术介绍
实时监测心率与呼吸信号对心血管疾病、呼吸系统疾病以及运动员训练过程中的身体状况与训练强度具有十分重要的意义。然而，已知的心率与呼吸测量系统的测量数据存在测量结果不准确、精度低下的缺陷，因此，亟需对该技术做出改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的是提供一种呼吸与心率的测量方法及系统，用于提高心率信号和呼吸信号的测量精度和测量结果准确度。本专利技术所采用的技术方案是：第一方面，本专利技术提供一种呼吸与心率的测量系统，包括柔性传感器和信号处理主控模块，所述柔性传感器包括第一驻极体层、第二驻极体层、中间层、第一电极层及第二电极层，所述中间层固定于所述第一驻极体层与所述第二驻极体层之间，所述第一电极层固定于所述第一驻极体层上，所述第二电极层固定于所述第二驻极体层上，所述中间层上设有若干通孔；所述柔性传感器用于接收由人体呼吸以及心跳引起的机械形变信号，并将所述机械形变信号转化为呼吸心跳耦合电信号，所述信号处理主控模块用于根据频率差异对所述呼吸心跳耦合电信号进行处理以获取呼吸信号和心率信号，所述第一电极层、所述第二电极层分别与所述信号处理主控模块的输入端连接。进一步地，所述信号处理主控模块用于根据信号频率差异对所述呼吸心跳耦合电信号进行波形处理以获取所述呼吸信号和所述心率信号。进一步地，所述信号处理主控模块包括低通滤波器和高通滤波器，所述第一电极层、所述第二电极层分别与所述低通滤波器的输入端连接，所述第一电极层、所述第二电极层分别与所述高通滤波器的输入端连接，所述呼吸心跳耦合电信号经过所述低通滤波器后得到所述呼吸信号，所述呼吸心跳耦合电信号经过所述高通滤波器后得到所述心率信号。进一步地，所述呼吸与心率的测量系统还包括用于显示所述呼吸信号和所述心率信号的显示模块，所述信号处理主控模块的输出端与所述显示模块的输入端连接。进一步地，所述呼吸与心率的测量系统还包括无线数据传输模块和智能终端，所述信号处理主控模块与所述无线数据传输模块连接，所述无线数据传输模块与所述智能终端连接。进一步地，所述智能终端包括手机或电脑。进一步地，所述无线数据传输模块包括Wifi模块、2G移动通信模块、3G移动通信模块、4G移动通信模块、5G移动通信模块中的一种或一种以上的通信模块。进一步地，所述信号处理主控模块还用于根据所述呼吸信号的频率和幅度对呼吸进行分类，呼吸的类别包括正常呼吸、急促呼吸和深呼吸。第二方面，本专利技术提供一种呼吸与心率的测量方法，应用于所述的呼吸与心率的测量系统，包括：接收由人体呼吸以及心跳引起的机械形变信号，并将所述机械形变信号转化为呼吸心跳耦合电信号；根据频率差异对所述呼吸心跳耦合电信号进行处理以获取呼吸信号和心率信号。进一步地，所述呼吸与心率的测量方法还包括：根据所述呼吸信号的频率和幅度对呼吸进行分类，呼吸的类别包括正常呼吸、急促呼吸和深呼吸。本专利技术的有益效果是：本专利技术的柔性传感器的中间层设置有若干通孔，增强了传感器的柔性，在测量时能够产生更大的形变，还可更好的与待测量处贴合，以提高其灵敏度，确保测量结果的准确性；另外，基于频率差异对柔性传感器获得的呼吸心跳耦合电信号进行信号分离以获得呼吸信号和心率信号，基于高精度的柔性传感器的呼吸与心率的测量系统的测量结果更加精确，准确度更高，克服现有技术中存在呼吸与心率的测量系统的准确度和精度低下的技术问题。附图说明图1是本专利技术中一种呼吸与心率的测量系统的柔性传感器的一具体实施例结构示意图；图2是本专利技术中一种呼吸与心率的测量系统的柔性传感器的一具体实施例俯视图；图3是图2中沿A-A方向的剖视图；图4是本专利技术中一种呼吸与心率的测量系统的柔性传感器的中间层的一具体实施例结构示意图；图5是本专利技术中一种呼吸与心率的测量系统的一具体实施例示意图；图6是本专利技术中一种呼吸与心率的测量系统的另一具体实施例示意图；图7是本专利技术中一种呼吸与心率的测量系统的测量结果的一具体实施例示意图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例1一种呼吸与心率的测量系统，包括柔性传感器和信号处理主控模块，柔性传感器用于接收由人体呼吸以及心跳引起的机械形变信号，并将机械形变信号转化为呼吸心跳耦合电信号，信号处理主控模块用于根据频率差异对呼吸心跳耦合电信号进行处理以获取呼吸信号和心率信号；其中，参照图1、图2和图3，图1是本专利技术中一种呼吸与心率的测量系统的柔性传感器的一具体实施例结构示意图；图2是本专利技术中一种呼吸与心率的测量系统的柔性传感器的一具体实施例俯视图；图3是图2中沿A-A方向的剖视图；柔性传感器包括中间层1、第一驻极体层2、第二驻极体层3、第一电极层4及第二电极层5。中间层1固定于第一驻极体层2与第二驻极体层3之间。第一电极层4固定于第一驻极体层2的外表面，第二电极层5固定于第二驻极体层3的外表面。中间层1上设有若干通孔11，在第一电极层4与第二电极层5上分别引出导线与信号处理主控模块的输入端连接。参照图3，中间层1的厚度范围为100-500μm，优选的，厚度为150μm。第一驻极体层2与第二驻极体层3的厚度范围为10-50μm。第一电极层4的厚度为50nm，第二电极层5的厚度为10μm。由此可见，整个柔性传感器的厚度极其小。制作该柔性传感器时，在中间层1上打孔，经表面改性后与第一驻极体层2、第二驻极体层3进行化学键合。通过磁控溅射方法在第一驻极体层2的外表面涂覆Au薄层，以形成第一电极层4。将Al带粘附到第二驻极体层3的外表面以形成第二电极层5，并起到对其顶部各层的机械支撑作用。通过使用高压电源(直流高压)、电晕针和接地电极的高压电晕充电方法形成大气电偶极子。键合完成后，中间层1上的通孔11内留有大量空气。将上述制得的半成品置于接地电极顶部，并位于电晕针尖下方3cm处。向电晕针施加15-30kV的高电压以电离通孔11内的空气。由于驻极体具有良好的保存静电荷的能力，可以长期稳定的存储电荷，故上述电离出的自由电荷将被第一驻极体2与第二驻极体3的内表面捕获。第一驻极体2与第二驻极体3之间类似于一个以通孔内空气为介质的电容。由于C＝Q/U＝εS/d。当对传感器施加压力时，中间层1被压缩而使其上的通孔11变小，相当于两极板间的距离d变小，从而使电容C变小。由于第一驻极体2与第二驻极体3上所带的电量Q不变，故外电路中的电压U会产生变化，以此实现机械变形与电信号之间的转换。参照图4，图4是本专利技术中一种呼吸与心率的测量系统的柔性传感器的中间层的一具体实施例结构示意图；在中间层1上均匀分布有若干通孔11。中间层1上的孔洞率为10-70％。通孔11的直径范围1-5mm，相邻的通孔11的中心间距范围为1.2-30mm。优选的，通孔11的直径为2mm，相邻通孔的中心间距为3mm。通孔11的形状优选为圆形，当然，也可以为正多边形或其他不规则形状。对于正多边形孔或其他不规则形状的孔来说，孔径以其内切圆的直径为准。另外，中间层1的材质可选用Ecoflex等超软性加成固化硅胶、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等硅橡胶、苯乙烯嵌段本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种呼吸与心率的测量系统，其特征在于，包括柔性传感器和信号处理主控模块，所述柔性传感器包括第一驻极体层、第二驻极体层、中间层、第一电极层及第二电极层，所述中间层固定于所述第一驻极体层与所述第二驻极体层之间，所述第一电极层固定于所述第一驻极体层上，所述第二电极层固定于所述第二驻极体层上，所述中间层上设有若干通孔；所述柔性传感器用于接收由人体呼吸以及心跳引起的机械形变信号，并将所述机械形变信号转化为呼吸心跳耦合电信号，所述信号处理主控模块用于根据频率差异对所述呼吸心跳耦合电信号进行处理以获取呼吸信号和心率信号，所述第一电极层、所述第二电极层分别与所述信号处理主控模块的输入端连接。

【技术特征摘要】
1.一种呼吸与心率的测量系统，其特征在于，包括柔性传感器和信号处理主控模块，所述柔性传感器包括第一驻极体层、第二驻极体层、中间层、第一电极层及第二电极层，所述中间层固定于所述第一驻极体层与所述第二驻极体层之间，所述第一电极层固定于所述第一驻极体层上，所述第二电极层固定于所述第二驻极体层上，所述中间层上设有若干通孔；所述柔性传感器用于接收由人体呼吸以及心跳引起的机械形变信号，并将所述机械形变信号转化为呼吸心跳耦合电信号，所述信号处理主控模块用于根据频率差异对所述呼吸心跳耦合电信号进行处理以获取呼吸信号和心率信号，所述第一电极层、所述第二电极层分别与所述信号处理主控模块的输入端连接。2.根据权利要求1所述的呼吸与心率的测量系统，其特征在于，所述信号处理主控模块用于根据信号频率差异对所述呼吸心跳耦合电信号进行波形处理以获取所述呼吸信号和所述心率信号。3.根据权利要求1所述的呼吸与心率的测量系统，其特征在于，所述信号处理主控模块包括低通滤波器和高通滤波器，所述第一电极层、所述第二电极层分别与所述低通滤波器的输入端连接，所述第一电极层、所述第二电极层分别与所述高通滤波器的输入端连接，所述呼吸心跳耦合电信号经过所述低通滤波器后得到所述呼吸信号，所述呼吸心跳耦合电信号经过所述高通滤波器后得到所述心率信号。4.根据权利要求1至3任一项所述的呼吸与心率的测量系统，其特征在于，所述呼吸与心率的测量系统还包括用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：董瑛，楚尧，刘慧梁，韩留洋，王晓浩，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44