一种基于光纤干涉技术的睡眠健康监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光纤干涉技术的睡眠健康监测系统，涉及智能健康监测技术领域。本发明专利技术一种基于光纤干涉技术的睡眠健康监测系统，其特征在于，包括与人体接触的柔性结构，以及依次相连的窄线宽半导体激光器、光纤干涉系统、信号解调器，所述光纤干涉系统与柔性结构相连。光纤干涉系统包括2×2耦合器、3×3耦合器、两根光纤、两个反射镜和三个光电探测器，光纤干涉系统结构连接方式可以采用迈克尔逊式或马赫‑哲德式。本发明专利技术通过采集分析三路不同相位的光信号来获取外界扰动信息，三路光信号经信号解调器分析处理后可以获取人体睡眠过程的压力、呼吸和心跳等信息，具有灵敏度高、抗电磁干扰、采集数据多样、实用性强的特点。

A sleep health monitoring system based on optical fiber interference technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤干涉技术的睡眠健康监测系统
本专利技术涉及智能健康监测
，尤其涉及一种基于光纤传感技术的睡眠健康监测系统。
技术介绍
穿戴式智能健康监测装置的出现，为人类提供了各种随时实时监测健康状态的设备，这些穿戴式监测仪器的实现形式包括腕表，腰带，头盔，鞋垫，甚至脚链等。但实际使用过程中，在身体上穿戴一套装置总是让人不太方便。而人类有约三分之一的时间在睡眠状态，是在床垫上躺着，如果能在床垫上安装健康监测装置，就可以不穿戴监测仪器也可以实现对人体健康的监测。在床上进行健康监测还可以对人的睡眠情况进行监测，了解个人的睡眠情况，同时防止老年人或病人在睡眠中呼吸不畅或突然死亡，也可以防止老年人或病人从床上跌落。在床上进行睡眠状态的监测一般是把传感器直接安装在床垫上，做成所谓的智能床垫。人在睡眠时身体压住传感器，由此检测出身体和睡眠的情况。早期这类床垫所用的传感器以压电类的压力传感器为主，但压电传感器本身硬度高，在床垫与人体接触的部位放置硬质异物十分影响产品使用的舒适度。压电传感器尺寸小，监测范围很小，这样就需要铺设多个传感器才能在一个床垫的范围内实现监测。另外，压电传感器的灵敏度不高，不能很好的监测出呼吸甚至心跳的情况。随着光纤传感技术的进步，开始出现了将光纤传感器应用于床垫进行睡眠监测的智能床垫。光纤传感器与传统的压电传感器相比，有许多显著的优点，能够更好的应用于睡眠健康监测中。光纤本身纤细柔软，安装在床垫中人体完全感觉不到；光纤可以非常长，能够大范围的铺设在床垫中，用一根光纤就可以把大面积的床垫监测起来；光纤传感器的灵敏度还非常高，能够监测的物理参数更加丰富，不仅可以监测压力、翻身、呼吸等情况，甚至还可以监测心跳。专利申请号为CN201420404312.4的中国专利技术专利公开了一种铺设光纤和电传感器的床垫结构，结合强度调制型光纤传感器，可以实现人体对床垫压力的测量。该技术方案解决了压电压力传感器传感区域小、异物感强的问题，但强度调制型光纤传感器灵敏度低，可监测的物理量少。中国技术专利说明书CN201320165470.4公开了一种基于光纤光栅的人体平卧压力分布测量装置，该装置用七只长周期光纤光栅来监测人体平卧时的压力分布情况。该技术方案使用光纤光栅传感器进行监测。作为一种波长调制型光纤，光纤光栅传感器的灵敏度与强度调制型光纤传感器相比有所提高，但其信号解调系统并不完善，价格昂贵且动态范围受限。目前为止所有的光纤智能床垫都是基于波长调制型和强度调制型的光纤传感测量原理，本申请提出一种基于光纤干涉技术的睡眠健康监测系统，利用相位调制型传感技术高灵敏度的优点，除了可以获得人体压力外，还可以获得人体睡眠过程的呼吸和心跳信息，监测的物理参数更多。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术检测灵敏度偏低的问题，本专利技术提供一种基于光纤干涉技术的睡眠健康监测系统。本专利技术为了实现上述目的具体采用以下技术方案：一种基于光纤干涉技术的睡眠健康监测系统，包括与人体接触的柔性结构，以及依次相连的窄线宽半导体激光器、光纤干涉系统、信号解调器，光纤干涉系统与柔性结构相连。进一步地，光纤干涉系统包括2×2耦合器、3×3耦合器、光纤A、光纤B、反射镜A、反射镜B、光电探测器A、光电探测器B和光电探测器C；2×2耦合器设置有端口A、端口B、端口C、端口D四个端口，3×3耦合器设置有端口E、端口F、端口G、端口H、端口I、端口J六个端口；窄线宽半导体激光器作为光源与2×2耦合器的端口A连接，2×2耦合器的端口C与3×3耦合器的端口E连接，3×3耦合器的端口I和端口H分别通过光纤A、光纤B与反射镜A、反射镜B连接，2×2耦合器的端口B、3×3耦合器的端口F和3×3耦合器的端口G分别通过光电探测器A、光电探测器B和光电探测器C与信号解调器连接。光纤A和光纤B分别为光纤干涉系统的参考臂和测量臂，作为测量臂的光纤埋设在柔性结构中，作为测量臂的光纤可以埋设在柔性结构中，也可以设置在柔性结构外部。系统的光路为：窄线宽半导体激光器发射的光源由2×2耦合器的端口A进入2×2耦合器，2×2耦合器将这束光分光为光路C和光路D两路；上述两路光中的光路C由2×2耦合器的端口C输出并经由3×3耦合器的端口E进入3×3耦合器，3×3耦合器将光路C分光为光路C-H、光路C-I和光路C-J三路；上述三路光中的光路C-H由3×3耦合器的端口H输出并进入光纤B，光路C-H在光纤B末端由反射镜B反射回端口H，并经由端口H进入3×3耦合器，上述三路光中的光路C-I由3×3耦合器的端口I输出并进入光纤A，光路C-I在光纤A末端由反射镜A反射回端口I，并经由端口I进入3×3耦合器，经反射的光路C-H和光路C-I在3×3耦合器中发生干涉并分光为光路C-H-E、光路C-H-F和光路C-H-G；光路C-H-E经由3×3耦合器的端口E输出，通过2×2耦合器的端口C进入2×2耦合器，最后通过2×2耦合器的端口B输出为光路C-H-E-B，光路C-H-E-B由光电探测器A接收将光信号转换为电信号在输出至信号解调器；光路C-H-F经由3×3耦合器的端口F输出至光电探测器B，光电探测器B接收后将光信号转换为电信号再输出至信号解调器；光路C-H-F经由3×3耦合器的端口G输出至光电探测器C，光电探测器C接收后将光信号转换为电信号再输出至信号解调器。信号解调器将相位差为120度的三路光(光路C-H-E、光路C-H-F和光路C-H-F)解调出原始信号并分析出施加到光纤A或者光纤B上的扰动信号，进而处理得到人体睡眠过程的压力、呼吸和心跳等信息。进一步地，光纤干涉系统包括2×2耦合器、3×3耦合器、光纤A、光纤B、光电探测器A、光电探测器B和光电探测器C，2×2耦合器设置有端口A、端口B、端口C、端口D四个端口，3×3耦合器设置有端口E、端口F、端口G、端口H、端口I、端口J六个端口；窄线宽半导体激光器作为光源与2×2耦合器的端口A连接，2×2耦合器的端口D和端口C分别通过光纤A、光纤B与3×3耦合器的端口F、端口E连接，3×3耦合器的端口H、端口I和端口J分别通过光电探测器A、光电探测器B、光电探测器C与信号解调器连接。光纤A和光纤B分别为光纤干涉系统的参考臂和测量臂，作为测量臂的光纤埋设在柔性结构中，作为参考臂的光纤可以埋设在柔性结构中，也可以设置在柔性结构外部。系统光路为：窄线宽半导体激光器发射的光源由2×2耦合器的端口A进入2×2耦合器，2×2耦合器将这束光分光为光路C和光路D两路；上述两路光中的光路C由2×2耦合器的端口C输出并进入光纤B，光纤B中的光路C再经由3×3耦合器的端口E进入3×3耦合器，上述两路光中的光路D由2×2耦合器的端口D输出并进入光纤A，光纤A中的光路D再经由3×3耦合器的端口F进入3×3耦合器；光路C和光路D在3×3耦合器中发生干涉并由3×3耦合器分路为光路C-H、光路C-I和光路C-J；光路C-H经由3×3耦合器的端口H输出至光电探测器A，光电探测器A接收后将光信号转换为电信号再输出至信号解调器；光路C-I经由3×3耦合器的端口I输出至光电探测器B，光电探测器B接收后将光信号转换为电信号再输出至信号解调器；光路C-J经由3×3耦合器的端口J输出至光电探测器C，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤干涉技术的睡眠健康监测系统，其特征在于，包括与人体接触的柔性结构(10)，以及依次相连的窄线宽半导体激光器(1)、光纤干涉系统、信号解调器(2)，所述光纤干涉系统与柔性结构(10)相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤干涉技术的睡眠健康监测系统，其特征在于，包括与人体接触的柔性结构(10)，以及依次相连的窄线宽半导体激光器(1)、光纤干涉系统、信号解调器(2)，所述光纤干涉系统与柔性结构(10)相连。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤干涉技术的睡眠健康监测系统，其特征在于，所述光纤干涉系统包括2×2耦合器(3)、3×3耦合器(4)、光纤A(5)、光纤B(6)、反射镜A(7)、反射镜B(8)、光电探测器A(9.1)、光电探测器B(9.2)和光电探测器C(9.3)；所述2×2耦合器(3)设置有端口A(3.1)、端口B(3.2)、端口C(3.3)、端口D(3.4)四个端口，所述3×3耦合器(4)设置有端口E(4.1)、端口F(4.2)、端口G(4.3)、端口H(4.4)、端口I(4.5)、端口J(4.6)六个端口；所述窄线宽半导体激光器(1)作为光源与2×2耦合器(3)的端口A(3.1)连接，所述2×2耦合器(3)的端口C(3.3)与3×3耦合器(4)的端口E(4.1)连接，所述3×3耦合器(4)的端口I(4.5)和端口H(4.4)分别通过光纤A(5)、光纤B(6)与反射镜A(7)、反射镜B(8)连接，所述2×2耦合器(3)的端口B(3.2)、3×3耦合器(4)的端口F(4.2)和3×3耦合器(4)的端口G(4.3)分别通过光电探测器A(9.1)、光电探测器B(9.2)和光电探测器C(9.3)与信号解调器(2)连接，所述光纤A(5)和光纤B(6)中至少有一个埋设在柔性结构(10)中。3.根据权利要求1所述的一种基于光纤干涉技术的睡眠健康监测系统，其特征在于，所述光纤干涉系统包括2×2耦合器(3)、3×3耦合器(4)、光纤A(5)、光纤B(6)、光电探测器A(9.1)、光电探测器B(9.2)和光电探测器C(9.3)，所述2×2耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：江毅，姜澜，
申请(专利权)人：京工高科成都光电有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51