申请/专利权人：武汉理工大学

申请日：2021-04-13

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN113143212B

主分类号：A61B5/00

分类号：A61B5/00;A61B5/024;G01L1/24

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2021.08.10#实质审查的生效;2021.07.23#公开

摘要：本发明公开了一种光强式高敏压力传感器、睡眠状态监测系统及方法，系统包括感知子系统、控制子系统、网络子系统和应用子系统；感知子系统与控制子系统连接通信，控制子系统通过网络子系统与应用子系统连接通信；感知子系统由床垫、若干光强式高敏压力传感器、电压采集模块组成；传感探头的心率传感探头与压力传感探头分布式布置于床垫中；若干光强式高敏压力传感器均分别与电压采集模块电连接；电压采集模块与控制子系统电连接。本发明对于多个分布式置于床垫中的光强式高敏压力传感器，通过测得用户躺下时产生的压力分布以及心跳振动频率，得出睡姿种类与心率参数。本发明可实现心率在线监测并分析睡姿，提升老人病患的睡眠质量与突发救治率。

主权项：1.一种基于光强式高敏压力传感器的睡眠状态监测系统，其特征在于：包括感知子系统、控制子系统、网络子系统和应用子系统；所述感知子系统与所述控制子系统连接通信，所述控制子系统通过所述网络子系统与所述应用子系统连接通信；所述感知子系统由床垫、若干光强式高敏压力传感器、电压采集模块组成；所述光强式高敏压力传感器，包括光源1、第一塑料光纤2、耦合器3、棱柱尖端光纤4、传感探头5、第二塑料光纤6和光电探测器7；所述光源1通过所述第一塑料光纤2与所述耦合器3连接，所述传感探头5通过所述棱柱尖端光纤4与所述耦合器3连接，所述光电探测器7通过所述第二塑料光纤6与所述耦合器3连接；所述传感探头5包括心率传感探头与压力传感探头两种；所述光源1、第一塑料光纤2、耦合器3、第二塑料光纤6和光电探测器7均固定设置在光路器件收纳盒中；所述传感探头5包括正交平面弹簧5.1、反射镜5.2、底板5.3、热缩管5.4、第一粘接剂5.5、第二粘接剂5.6和第三粘接剂5.7；所述反射镜5.2及所述正交平面弹簧5.1在连接过程中与所述底板5.3保持水平；所述棱柱尖端光纤4通过加热的方式与所述热缩管5.4紧密配合，接着沿所述底板5.3凹槽插入直至光纤端面与所述底板5.3斜面重合，所述热缩管5.4通过所述第一粘接剂5.5与所述底板5.3进行连接；所述正交平面弹簧5.1由固定端5.1.1、柔性铰链5.1.2和运动平台5.1.3组成；所述运动平台5.1.3上端凸起，通过若干条结构相同且位置对称的柔性铰链5.1.2与固定端5.1.1进行连接；所述固定端5.1.1、柔性铰链5.1.2、运动平台5.1.3均在同一水平面上；所述正交平面弹簧5.1的运动平台5.1.3下端通过所述第二粘接剂5.6与所述反射镜5.2进行连接，所述正交平面弹簧5.1与所述底板5.3对齐，通过所述第三粘接剂5.7将所述固定端5.1.1与所述底板5.3进行连接；所述底板5.3侧壁顶部与所述正交平面弹簧5.1相接，所述反射镜5.2中心正对着所述棱柱尖端光纤4纤芯端面；所述传感探头5的心率传感探头与压力传感探头分布式布置于所述床垫中；所述若干光强式高敏压力传感器均分别与所述电压采集模块电连接；所述电压采集模块与所述控制子系统电连接；对于多个分布式置于床垫中的光强式高敏压力传感器，通过测得用户躺下时产生的压力分布以及心跳振动频率，得出睡姿种类与心率参数；其中，针对光强式高敏压力传感器，通过对柔性铰链进行受力分析以计算正交平面弹簧的灵敏度s，其中柔性铰链运动端H受载荷F产生的总位移Δ由柔性铰链弯曲变形导致的位移Δ1与扭转变形导致的位移Δ2组合而成；柔性铰链梁左右对称，由左侧梁、右测梁和中间梁组成，由于左右梁变形形况相同，取左侧梁AB、CD及中间梁EG进行具体受力分析，柔性铰链5.1.2运动端H受载荷F产生的总位移Δ由柔性铰链弯曲变形导致的位移Δ1与扭转变形导致的位移Δ2组合而成： 其中，E是材料杨氏模量，l1、l2与l3分别为杆EG、CD与AB的变形长度，I为杆惯性矩，a为力F的平移距离，b为杆宽，c为杆间距，Ip为杆极惯性矩；G为且切变模量，d为杆厚；所述运动平台5.1.3通过四条柔性铰链5.1.2与固定端5.1.1进行连接，当作用于运动平台的载荷F′垂直作用于运动平台5.1.3上时，其中一组柔性铰链5.1.2所受的力据此计算正交平面弹簧5.1的灵敏度s为： 其中，S为运动平台面积。

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