一种生理参数传感系统及配备该传感系统的智能座椅技术方案

本发明专利技术涉及一种生理参数传感系统，至少包括按照非接触式的方式基于至少一个传感器采集由人体生理活动引起第一信号的数据采集单元以及对所述第一信号进行运算处理以获得人体的呼吸频率参数的中央处理单元，所述中央处理单元配置为：按照滤除特定频段的信号的方式对所述第一信号进行滤波处理以得到第二信号，在沿平行于人体就坐时腿部的延伸方向上，确定位于矩阵同一边部上的至少三个传感器彼此采集的第一信号的振幅呈增加趋势的第一频率域、第二频率域和第三频率域，在所述第一频率域、所述第二频率域和所述第三频率域均彼此存在交集时，以第一频率域、第二频率域和第三频率域的端点中的最大左端点和最小右端点确定所述特定频段。

【技术实现步骤摘要】
一种生理参数传感系统及配备该传感系统的智能座椅本专利技术是申请号为201810833110.4，申请日为2018年7月25日，申请类型为专利技术，申请名称为一种生理参数测量系统及配备该测量系统的智能座椅的分案申请。
本专利技术属于测量
，尤其涉及一种生理参数测量系统及配备该测量系统的智能座椅。
技术介绍
呼吸率作为重要人体体征参数，如何通过非接触式的测量方式实现该参数的准确测量一直是生物医学工程及仪器领域研究的热点之一。成像式光电容积描记技术是在PPG基础上发展起来的一种非接触生理参数检测技术，该技术利用成像设备对包含被测部位的信息进行视频采集，通过对视频图像的敏感区域进行处理，实现心率、呼吸率、血氧饱和度等生理参数提取的一种生物医学检测方法。IPPG技术具有成本低、非接触、安全、能够连续测量、操作简单等多种优势，为非接触式生理信号测量及远程医疗监控的研究提供了一种新的解决途径和方案。现有技术中，基于IPPG技术提取人体心率指标的研究方面，主要是心率和呼吸率的提取方法为研究思路的直接应用或改进优化。主要为从面部视频生成的观测信号的G通道中提取心率，或者通过基于JADE等经典ICA算法进行三通道盲源分离以提取心率，进一步从心率的频谱分析中提取出呼吸率。此外，部分方法中融入了面部视频跟踪算法以克服噪声干扰问题。在多数情况下，当干扰噪声较少时，使用G通道方法的效果的确很好，但较多干扰噪声时该方法存在缺陷，并且，较多的噪声源会影响三通道ICA算法的分离效果。上述基于面部视频跟踪算法虽然可以一定程度上解决受试者面部运动问题，但对于面部局部细微变化以及光线微弱变化等因素造成的噪声干扰无法做到很好地克服。同时，现有的方法对于ICA分离后源信号通道的判别基本依据FFT后的功率谱，同样也面临噪声源的干扰问题，在分离通道较多的情况下，源通道的判别准确性对于算法的稳健性来说同样显得十分重要。此外，现有的方法中没有能够实现心率和呼吸信号的同步提取，进而实现心率和呼吸的同步测量。公开号为CN105147293A的专利文献公开了一种实现呼吸频率测量的系统及方法，包括血流变化采集模块，用以使用白色LED灯照射皮肤表面并采集人体心脏跳动引起的血流变化信号；呼吸波信号获取模块，用以从所述的血流波变化信号处理获取呼吸波信号；呼吸频率计算模块，用以对所述的呼吸波信号进行处理得到呼吸频率。采用该种结构实现呼吸频率测量的系统及方法，可以将上述功能模块应用于人体多种适合测量的位置，通过白光光学照射和血流变化监测得到实时的呼吸频率。在上述测量呼吸频率的过程中，需要用户通过佩戴的方式固定数据采集模块于身体的指定位置，操作复杂且易受环境的影响。
技术实现思路
如本文所用的词语“模块”描述任一种硬件、软件或软硬件组合，其能够执行与“模块”相关联的功能。针对现有技术之不足，本专利技术提供一种生理参数测量系统，至少包括通信地耦合至中央处理单元的数据采集单元，所述数据采集单元按照非接触式的方式基于至少一个传感器采集由人体生理活动引起的第一信号，其中，所述中央处理单元至少按照如下步骤对所述第一信号进行运算处理以获得人体的呼吸频率参数：按照滤除特定频段的信号的方式对所述第一信号进行滤波处理以得到第二信号，并基于自相关函数对所述第二信号进行运算处理并对运算结果中的峰值点沿时间轴按照设定顺序进行确定；按照占峰值点总量百分比例为f的方式选取n个最靠近时间轴坐标原点的峰值点以计算呼吸频率的平均值其中，D是第一个峰值点和第n个峰值点之间的总间距。根据一种优选实施方式，所述中央处理单元还被配置为基于所述呼吸频率的平均值在所述运算结果中重新确定剩余的百分比例为1-f的峰值点的工作模式，其中，重新确定剩余的百分比例为1-f的峰值点至少包括以下步骤：在处于时间范围为[0，T]的运算结果中筛选运算结果值最大的点作为第一个峰值点，并用t1表示其发生时间。在已经确认第h个峰值点并且第h个峰值点对应的发生时间为th的情况下，在处于时间范围为的运算结果中筛选运算结果值最大的点作为第h+1个峰值点，并用th+1表示其发生时间，其中，h为大于等于2的整数。根据一种优选实施方式，针对一个时间序列x(t)，所述自相关函数通过如下公式进行定义：其中，n表示采样点的数量，h表示采样点之间的时间间隔，x’表示采样点的均值并通过如下公式进行定义：根据一种优选实施方式，所述第一信号是至少由肢体移动产生的振动波信号和呼吸产生的振动波信号组成的谐波信号，若干个所述传感器按照彼此间隔的方式布置形成至少三阶的矩阵形态以采集所述第一信号，其中，所述特定频段被设置为6Hz～10Hz以滤除所述由肢体移动产生的振动波信号；或者所述特定频段至少按照如下步骤进行确定：在沿平行于人体就坐时腿部的延伸方向上，确定位于矩阵同一边部上的至少三个传感彼此采集的第一信号的振幅呈增加趋势的第一频率域、第二频率域和第三频率范围，其中，在所述第一频率域、所述第二频率域和所述第三频率域均彼此存在交集时，以第一频率域、第二频率域和第三频率域的端点中的最大左端点和最小右端点确定所述特定频段。根据一种优选实施方式，对运算结果中的峰值点沿时间轴按照先后顺序依次进行确定至少包括以下步骤：对经过平滑滤波后的采样数据进行峰值初判，当符合预设峰值要求时，获取该峰值的上升沿起点和下降沿终点之间的所有采样数据，并记录峰值通道号以及峰值顺序。对获取的上升沿起点和下降沿终点之间的所有采样数据进行加权平均计算，获得峰值位置的精确值并存储。根据一种优选实施方式，所述生理参数测量系统还包括用于对信号进行放大的交流放大器、用于将模拟信号转换为数字信号的模数转换器和用于滤除特定频段的信号的滤波器，其中，所述第一信号按照依次经所述交流放大器、所述模数转换器和所述滤波器进行处理的方式传输至所述中央处理单元中；所述交流放大器被配置为具有第一级放大电路和第二级放大电路的工作模式，其中，第一级放大电路的增益为10，第二级放大电路的最大增益为20且被设置为其增益能够增大或减小的工作模式。根据一种优选实施方式，所述生理参数测量系统还被配置为按照以下步骤对就坐人员的前倾摔倒按照具有时间提前量的方式进行预警：分别确定第一传感器和第二传感器各自采集的数据信号首次在第一设定时间周期A内均持续等于零的时刻T1和时刻T2；在ω1＜0且T2-T1>α的情况下，在第三传感器采集的数据信号首次小于第二传感器采集的数据在时间周期T2-T1内的平均值的时刻T3生成前倾摔倒的预警信息。本专利技术还提供一种智能座椅，所述智能座椅配备前述权利要求所述的生理参数测量系统以至少采集就坐人员的呼吸频率数据，所述智能座椅至少包括坐垫和靠背，其中，若干个所述传感器设置于坐垫和靠背以采集所述第一信号。根据一种优选实施方式，所述智能座椅至少还包括均通信地耦合至所述中央处理单元的坐姿识别单元和用于识别就坐人员身份信息的身份识别单元，其中，所述身份识别单元被配置为至少能够基于指纹识别、体重识别和/或就坐行为识别以确定就坐人员身份的工作模式；其中，所述坐姿识别单元被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生理参数传感系统，至少包括按照非接触式的方式基于至少一个传感器(1)采集由人体生理活动引起第一信号的数据采集单元(13)以及对所述第一信号进行运算处理以获得人体的呼吸频率参数的中央处理单元(8)，/n其特征在于，所述中央处理单元(8)配置为：按照滤除特定频段的信号的方式对所述第一信号进行滤波处理以得到第二信号，其中，/n在沿平行于人体就坐时腿部的延伸方向上，确定位于矩阵同一边部上的至少三个所述传感器(1)彼此采集的所述第一信号的振幅呈增加趋势的第一频率域、第二频率域和第三频率域，其中，/n在所述第一频率域、所述第二频率域和所述第三频率域均彼此存在交集时，以第一频率域、第二频率域和第三频率域的端点中的最大左端点和最小右端点确定所述特定频段。/n

【技术特征摘要】
1.一种生理参数传感系统，至少包括按照非接触式的方式基于至少一个传感器(1)采集由人体生理活动引起第一信号的数据采集单元(13)以及对所述第一信号进行运算处理以获得人体的呼吸频率参数的中央处理单元(8)，
其特征在于，所述中央处理单元(8)配置为：按照滤除特定频段的信号的方式对所述第一信号进行滤波处理以得到第二信号，其中，
在沿平行于人体就坐时腿部的延伸方向上，确定位于矩阵同一边部上的至少三个所述传感器(1)彼此采集的所述第一信号的振幅呈增加趋势的第一频率域、第二频率域和第三频率域，其中，
在所述第一频率域、所述第二频率域和所述第三频率域均彼此存在交集时，以第一频率域、第二频率域和第三频率域的端点中的最大左端点和最小右端点确定所述特定频段。


2.如权利要求1所述的生理参数传感系统，其特征在于，所述第一信号是至少由肢体移动产生的振动波信号和呼吸产生的振动波信号组成的谐波信号，若干个所述传感器(1)按照彼此间隔的方式布置形成至少三阶的矩阵形态以采集所述第一信号。


3.如权利要求2所述的生理参数传感系统，其特征在于，所述中央处理单元(8)配置为：基于自相关函数对所述第二信号进行运算处理并对运算结果中的峰值点沿时间轴按照设定顺序进行确定，其中，
针对一个时间序列x(t)，所述自相关函数通过如下公式进行定义：



其中，n表示采样点的数量，h表示采样点之间的时间间隔，x’表示采样点的均值并通过如下公式进行定义：





4.如权利要求3所述的生理参数传感系统，其特征在于，对运算结果中的峰值点沿时间轴按照先后顺序依次进行确定至少包括以下步骤：
对经过平滑滤波后的采样数据进行峰值初判，当符合预设峰值要求时，获取该峰值的上升沿起点和下降沿终点之间的所有采样数据，并记录峰值通道号以及峰值顺序；
对获取的上升沿起点和下降沿终点之间的所有采样数据进行加权平均计算，获得峰值位置的精确值并存储。


5.如权利要求4所述的生理参数传感系统，其特征在于，所述中央处理单元(8)按照占峰值点总量百分比例为f的方式选取n个最靠近时间轴坐标原点的峰值点以计算呼吸频率的平均值其中，D是第一个峰值点和第n个峰值点之间的总间距。


6.如权利要求5所述的生理参数传感系统，其特征在于，所述中央处理单元(8)还被配置为基于所述呼吸频率的平均值在所述运算结果中重新确定剩余的百分比例为1-f的峰值点的工作模式，其中，重新确定剩余的百分比例为1-f的峰值点至少包括以下步骤：
在处于时间范围为[0，T]的运算结果中筛选运算结果值最大的点作为第一个峰...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾振华，安宁，张燕咏，
申请(专利权)人：佛山市丈量科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44