本发明专利技术属于传感器技术、可穿戴设备等相关领域，公开了一种基于光纤传感的生理参数监测助睡方法，包括如下步骤：将生理信号采集前端布置在用户的休息处；所述生理信号采集前端进行采集用户的BCG信号；对所述BCG信号进行预处理；通过算法模型对预处理后的BCG信号进行监测判别。本发通过基于生理的微弱运动可致光纤微弯曲变形进而致光强度发生变化的原理，基于光纤传感的生理参数监测系统，并通过监测数据，该系统通过光探测器自适应地检测细小的光强变化获得心冲击图信号，利用信号处理算法获取心率、呼吸率和体动等信息。实验表明，研制的系统可在零负荷的状态下无感进行生理参数测量，在健康医疗领域具有广泛的应用前景。在健康医疗领域具有广泛的应用前景。在健康医疗领域具有广泛的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤传感的生理参数监测助睡方法
[0001]本专利技术属于传感器技术、可穿戴设备等相关领域，具体涉及一种基于光纤传感的生理参数监测助睡方法。
技术介绍
[0002]人的一生中有三分之一的时间是在睡眠中度过，睡眠是生命的需要，人不能没有睡眠，睡眠质量对于人体健康起着至关重要的作用。而在当下快节奏的时代，失眠、嗜睡、夜惊、梦魇等睡眠疾病越发严重。市面上常有睡眠监测的手环、手表等因需佩戴，测量时接触皮肤，因此舒适感差、个体依从性差，让较多用户不能适应。
[0003]心肺功能的监测是健康监护的重要组成部分，其中心率和呼吸率的实时测量是心肺功能检测的前提。而目前心率和呼吸率获取有以下几种方法：如心电图信号法、光电容积脉搏波法和心冲击图信号法等。基于ECG信号和PPG的生理参数监测方法，监测设备通过导线与使用者连接带来移动不便的弊端；同时检测电极需要与皮肤接触，粘贴过久会导致皮肤极不舒适，而且电极与皮肤接触会引入外界干扰降低信号获取的可信度；在一些特殊环境下，如强磁场，一般的设备会受到严重的干扰，不利于广泛推广。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于光纤传感的生理参数监测助睡方法，以解决上述
技术介绍
中提出现有技术中舒适度较差，进而依从性差，不利于广泛推广的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种基于光纤传感的生理参数监测助睡方法，包括如下步骤：
[0007]将生理信号采集前端布置在用户的休息处；
[0008]所述生理信号采集前端进行采集用户的BCG信号；
[0009]对所述BCG信号进行预处理；
[0010]通过算法模型对预处理后的BCG信号进行监测判别。
[0011]进一步的，所述生理信号采集前端包括：内镶光纤传感器的睡垫、探测器、光发射器、光接收器、发射器驱动电路、信号放大电路、高精度AD采样模块、蓝牙和WIFI通信电路、外设控制和指示电路；
[0012]其中，所述探测器和发射器构成前端信号提取部分，将所述BCG信号转换成光信号，再将光信号转换成电信号；
[0013]所述发射器驱动电路用于光发射器；
[0014]所述信号放大电路用于微弱电流转换成电压；
[0015]所述高精度AD采集模块用于采集经信号放大电路后的电压信号并发送给MCU,所述MCU将采集到的电压信号进行算法分析；
[0016]所述蓝牙和WIFI通信电路用于MCU和外设进行通信，将计算好的生理信号通过串口透传发送；
[0017]所述外设控制与指示包括按键、蜂鸣器、LED指示灯，用于设备和外界的交互。
[0018]进一步的，所述内镶光纤传感器的睡垫包括：多模光纤、微弯曲器、上下两层覆盖材料；其中，所述多模光纤位于整个结构的中心位置，且紧贴所述微弯曲器，所述上下两层柔软的覆盖材料将多模光纤和微弯曲器夹在中间。
[0019]进一步的，所述BCG信号进行预处理包括：对于低噪声微弱信号放大和对于个体差异消除。
[0020]进一步的，对于低噪声微弱信号放大时，通过在所述光发射器和所述光接收器外部覆盖金属屏蔽罩，所述发射器驱动电路和信号放大电路处设置屏蔽环；
[0021]对于个体差异消除时，根据用户对光纤垫子的压力大小自动调整发射器驱动电路的驱动电压和跨阻放大器电路的放大倍数，形成光纤采集控制反馈环，动态地消除个体差异性。
[0022]进一步的，所述算法模型中包括：呼吸率算法、心率算法及体动算法。
[0023]进一步的，所述呼吸率算法，包括如下步骤：
[0024](1)BCG信号通过梳状滤波器预处理；
[0025](2)放入256点动态FIFO，进行256点FFT处理；
[0026](3)查找0.16～0.50Hz范围内的频谱最大值点；
[0027](4)用公式Rr＝60fmax即求对应的频率点的呼吸率，每隔128个点对数据进行一次刷新，返回步骤(1)进行下一次计算。
[0028]进一步的，所述心率算法，包括如下步骤：
[0029](1)提取32点DMA缓冲区中的采集数据并刷新动态256点FIFO缓冲区，采用0.50～20.00Hz的带通滤波器进行预处理；
[0030](2)进行8点降采样，提高频率分辨率；
[0031](3)对降采样后的数据进行快速傅氏变换，将时域信号转换成频域信号；
[0032](4)根据信号的频率幅度求出频率最大幅值的频率点fmax，为下一步心率计算做准备；
[0033](5)根据步骤(4)求得的最大频率点，运用公式Hr＝60fmax即求得心率值，每隔32个点对数据进行一次刷新，返回步骤(1)进行下一次计算。
[0034]进一步的，所述体动算法中体动检测分为3种状态：离床、波动、平静；
[0035]当信号在一定时间范围内稳定输出最大的直流信号时，将其判断为离床状态；
[0036]当BCG信号的3次谐波频谱功率大于阈值时，将其判断为波动状态，反之，将其判断为平静状态；
[0037]身体翻动时信号剧烈波动，在频域上观察可得出3次谐波的功率上升。
[0038]进一步的，还包括：通过监测判别生理参数值播放不同场景音频助眠。
[0039]本专利技术的技术效果和优点：本专利技术提出的一种基于光纤传感的生理参数监测助睡方法，与现有技术相比，具有以下优点：
[0040]本专利技术利用嵌入光纤的床垫或坐垫，采集BCG信号，通过对信号的实时分析获取心率、呼吸率、体动等信息，生理参数监测完全是无感式测量，对测试者是零负荷的，在健康监护和慢病管理领域具有很好的应用前景；通过基于生理的微弱运动可致光纤微弯曲变形进而致光强度发生变化的原理，研制了新型的基于光纤传感的生理参数监测系统，并通过监
测数据，启动不动的场景音乐，提高睡眠质量。
附图说明
[0041]图1为本专利技术的微弯曲光纤式传感器结构图；
[0042]图2为本专利技术的微弯曲光纤传导损耗图；
[0043]图3为本专利技术的系统结构框图；
[0044]图4为本专利技术的光纤垫子的结构框图；
[0045]图5为本专利技术的光纤采集系统的电路图；
[0046]图6为本专利技术的光纤采集控制反馈环示意图；
[0047]图7为本专利技术的智能光纤睡垫AD采集的原始BCG信号示意图；
[0048]图8为本专利技术经过滤波后的BCG信号示意图；
[0049]图9为本专利技术的呼吸率算法流程图；
[0050]图10为本专利技术的心率算法流程图；
[0051]图11为本专利技术的音频播放流程图。
具体实施方式
[0052]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。基于本专利技术中本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于光纤传感的生理参数监测助睡方法，其特征在于，包括如下步骤：将生理信号采集前端布置在用户的休息处；所述生理信号采集前端进行采集用户的BCG信号；对所述BCG信号进行预处理；通过算法模型对预处理后的BCG信号进行监测判别。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的生理参数监测助睡方法，其特征在于：所述生理信号采集前端包括：内镶光纤传感器的睡垫、探测器、光发射器、光接收器、发射器驱动电路、信号放大电路、高精度AD采样模块、蓝牙和WIFI通信电路、外设控制和指示电路；其中，所述探测器和发射器构成前端信号提取部分，将所述BCG信号转换成光信号，再将光信号转换成电信号；所述发射器驱动电路用于光发射器；所述信号放大电路用于微弱电流转换成电压；所述高精度AD采集模块用于采集经信号放大电路后的电压信号并发送给MCU,所述MCU将采集到的电压信号进行算法分析；所述蓝牙和WIFI通信电路用于MCU和外设进行通信，将计算好的生理信号通过串口透传发送；所述外设控制与指示包括按键、蜂鸣器、LED指示灯，用于设备和外界的交互。3.根据权利要求2所述的一种基于光纤传感的生理参数监测助睡方法，其特征在于：所述内镶光纤传感器的睡垫包括：多模光纤、微弯曲器、上下两层覆盖材料；其中，所述多模光纤位于整个结构的中心位置，且紧贴所述微弯曲器，所述上下两层柔软的覆盖材料将多模光纤和微弯曲器夹在中间。4.根据权利要求2所述的一种基于光纤传感的生理参数监测助睡方法，其特征在于：所述BCG信号进行预处理包括：对于低噪声微弱信号放大和对于个体差异消除。5.根据权利要求4所述的一种基于光纤传感的生理参数监测助睡方法，其特征在于：对于低噪声微弱信号放大时，通过在所述光发射器和所述光接收器外部覆盖金属屏蔽罩，所述发射器驱动电路和信号放大电路处设置屏蔽环；对于个体差异消除时，根据用户对光纤垫子的压力大小自动调整发射器驱动电路的驱动电压和跨阻放大器...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨兴旺，邬梦，胡中骥，
申请(专利权)人：佳禾智能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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