专利名称：智能床单的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到光纤光栅传感领域，具体地说，是涉及到一种基于光纤光栅传感器的用于测量人体温度的智能床单。
背景技术：
光纤传感技术是在20世纪70年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，它是一种以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的一种新型传感技术。这些光纤传感器根据作用范围又可以分为三类点式传感器(如光纤微弯传感器、光纤 Fabry-Perot传感器、光纤Bragg光栅传感器等)，积分传感器(如光纤Michelson干涉仪和光纤Mach-Zehnder干涉仪)，分布式传感器(如利用布里渊散射效应制成的应力、温度分布式传感器)。作为点式传感器的一种，光纤光栅在传感领域的应用已经得到世界范围内的广泛重视，其具有其它传统电传感器无可比拟的优点，主要是抗电磁干扰、耐腐蚀、测量范围宽、便于复用成网、小型化和维护成本低等。目前，光纤光栅传感器主要用于建筑物和桥梁的健康监测和安全监控。用于结构监测的传统的应变电监测装置需要采用电缆来传递电源和输出信号，所需的电缆数目较大，且无法将其直埋入建筑结构内部，所以在实现长期实时监测方面具有很大的局限性，而光纤光栅传感器经过封装以后既可以贴在结构的表面，也可以直埋入结构中对结构进行实时监测。此外，其易构成高性能、低成本的传感阵列，在结构监测应用工程中具有巨大市场潜力。然而，光纤光栅传感器在人体温度检测方面的应用还很少见到。目前，人体温度的检测方法主要有两种接触式和非接触式。接触式测温方法主要包括玻璃水银体温计及电子体温计，其中水银体温计利用水银遇热膨胀的物理属性进行机体的温度检测；而电子体温计则采用热敏电阻原理测量温度。因为水银体温计廉价且性能稳定，所以目前在我国的医院及家庭的应用是最为广泛的。但它存在测温时间长、易破碎、有汞中毒危险等缺点。非接触式测温方法主要利用红外温度计，其通常用来测量额头的温度，一般为便携式，它具有一个激光扫描系统，激光束所指之处即为温度测量对象。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供智能床单。本实用新型的智能床单要能够实现对人体的健康状况进行非介入式的实时监测，并能自动地根据所监测到的数据决定是否发出体温
异常报警信号。为了达到上述实用新型目的，本实用新型提供的技术方案如下智能床单，其特征在于，该智能床单由面积相同的两块布料通过对应边缝合制成， 在床单内置有由多个光纤光栅温度传感器组成的阵列，所有光纤光栅温度传感器通过一根光纤串联连接，光纤的一端由床单边缘处引出，引出的光纤连接至一个光耦合器，光耦合器中一路连接宽带光源，另一路连接解调仪，解调仪连接计算机，计算机连接至结果显示及报
3警平台。在本实用新型的智能床单中，所述的床单内的光纤光栅温度传感器根据床单的长度和宽度按照行列分布，行列分布的光纤光栅温度传感器通过同一根光纤串联连接。在本实用新型的智能床单中，作为进一步的结构设计，所述光纤光栅温度传感器阵列中包括有12个光纤光栅温度传感器，它们根据床单的长度和宽度分为3列分布，每列放置4个光纤光栅温度传感器。在本实用新型的智能床单中，所述的光纤光栅温度传感器阵列及连接光纤光栅温度传感器的光纤用针线缝制在床单内。在本实用新型的智能床单中，所述的计算机内的用于依次处理数据的中心波长偏移量计算单元、去噪单元、温度计算单元和比较单元，比较单元得出的处理后数据最终输出至结果显示及报警平台。在本实用新型的智能床单中，所述的中心波长偏移量计算单元将受人体温度作用后光纤光栅温度传感器的反射光中心波长与标定的反射光中心波长比较作差，得到反射光中心波长偏移量；去噪单元去除上述处理后数据中的无关信号；温度计算单元计算出人体温度；比较单元中设置有不同性别的人体温度的正常范围阈值，计算出的人体温度结果与上述阈值比较后输出比较结果信号，若处于阈值内则输出正常信号至结果显示及报警平台，若超出阈值则输出报警信号至结果显示及报警平台。基于上述技术方案，本实用新型的可用于人体温度测量的智能床单在应用中带来了如下技术效果1.本实用新型的智能床单可对人体温度进行非介入式的实时监测、并能自动地根据所监测到的数据决定是否发出体温异常报警信号。2.人在一天内至少有8个小时的时间都是躺在床上，因而在床单内安装光纤光栅温度传感器阵列，用于实时监测人体温度，可以给出一个初步的健康状况评判，为疾病的预防提供有力的保证。3.采用光纤光栅温度传感器阵列，可实现对人体温度的分布式测量。4.本实用新型考虑到光纤易折断的特性，采用针线把光纤光栅温度传感器阵列及连接光纤光栅温度传感器的光纤缝制固定在床单内，避免了因蠕动而导致的光纤折断。5.由于光纤光栅温度传感器本身是电无源的，因而不会对躺在智能床单上的人体产生任何电危害，安全性能十分突出。还有抗电磁干扰、高稳定性、使用及维护方便等优点ο
图1是本实用新型智能床单的系统结构示意图。图2是本实用新型智能床单的数据处理流程示意图。
具体实施方式
下面我们结合附图和具体的实施例来对本实用新型的用于人体温度测量的智能床单做进一步的详细说明，以求更为清楚明白地理解其工作原理和具体应用，但不能以此来限制本实用新型的保护范围。[0022]本实用新型的智能床单与现有技术中的部分床单结构有所不同，其由面积相同的两块布料通过对对应边的缝合而成。而对床单布料的颜色和材质无硬性要求，可根据用户的需求而定。首先请看图1，图1是本实用新型用于人体温度测量的智能床单的系统结构示意图。由图可知，本实用新型为了实现能够利用该智能床单测量人体温度，利用光电技术和光纤光栅传感器技术在床单内部进行了改进，具体的改进之处在于在床单内部设置了光纤光栅温度传感器阵列，阵列内的所有光纤光栅温度传感器通过一根光纤串联连接起来，上述的光纤从床单边缘处引出，引出光纤连接有光耦合器、宽带光源和解调仪。上述的光纤光栅温度传感器可以探测到躺在床单上的人体温度。智能床单结构上包括有床单1，其由分别位于上、下表面的两块布料组成，采用针线对两块布料的对应边进行缝合而成。智能床单的内部设置有一个由多个光纤光栅温度传感器组成的传感器阵列。在本实施例中传感器阵列由12个光纤光栅温度传感器构成。即光纤光栅温度传感器2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12和13。所述的光纤光栅温度传感器阵列包括3列、4行，列与行分别依照床单1的宽度和长度均勻分布。光纤光栅温度传感器的上述布置可以对躺在床上的人体的躯干和下肢实现分布式的体温检测，同时还保证了人体处在仰卧、俯卧、侧卧等各种睡姿时也能实现人体温度的检测，真正做到全睡姿的体温实时监测。此外，为了防止光纤光栅温度传感器及光纤在床单1内蠕动而导致的断纤现象，我们使用针线沿着光纤光栅温度传感器阵列及光纤的边缘处缝制，把光纤光栅温度传感器阵列及光纤与床单1缝在一起，针线的走线路径见图1中的虚线19。上述设置在智能床单内的12个光纤光栅温度传感器通过同一根光纤串联连接起来。当然光纤可以是分段连接各个光纤光栅温度传感器的，但是串联起来是其要点。光纤的一个末端从床单1的边缘处引出，连到外部的光耦合器14，用于把来自光纤光栅温度传感器的传感光信号传输给解调仪16。宽带光源15发出的光经光耦合器14进入光纤光栅温度传感器阵列，满足Bragg 条件的光被反射后，再经光耦合器14进入解调仪16，解调仪16解调出各个光纤光栅温度传感器的中心波长，然后经由数字采集卡把数据读入计算机17中，由计算机17进行信号处理得到人体温度的实时变化数据。计算机17内置的数据处理流程如图2所示，它包括4大模块单元中心波长偏移量计算单元、去噪单元、温度计算单元和比较单元。上述数据处理流程先将来自解调仪16的各光纤光栅温度传感器的反射光中心波长数据送给中心波长偏移量计算单元，它将受人体温度作用后的光纤光栅温度传感器的反射光中心波长与标定的发射光中心波长做差，得到反射光中心波长的偏移量。然后，再把处理过的数据经由去噪单元去除无关信号，比如来自光路和外界的干扰信号等。然后，再经由温度计算单元计算出人体温度值，其基于如下原理光纤光栅温度传感器的中心波长的变化量与温度的变化量之间的关系是线性的，如下式所示，温度的升高会引起光纤光栅温度传感器为中心波长的偏移量增加，反之亦然。式中，为对应光纤光栅温度传感器的温度灵敏度，为温度变化量，为中心波长偏移量。最后，进入比较单元，其可以根据用户的性别自动设定不同的体温异常报警门槛，因为人体的正常体温有一个较稳定的范围，大约在36. 5 37°C之间，且女性的体温平均比男性要
5高0. 3°C。当监测到人体某个部位的温度超过报警门槛值时，就会给出体温异常报警信号及可能的病灶部位。最终需要显示的结果和报警信号都送给结果显示及报警平台18。结果显示及报警平台18配置了显示界面和蜂鸣器。用户可以直接在显示界面上浏览人体各部位的温度随时间的变化曲线。当某个部位的体温超过报警门槛值时，结果显示及报警平台18配备的蜂鸣器就会响起，以此提醒用户，以便用户能及时去医院就诊。本实用新型的产品可以采用这样的方法来制作第一、用光纤将光纤光栅温度传感器2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12和13串接起来， 采用光纤熔接的方法将各个传感器进行串接。第二、用光纤将光纤光栅温度传感器2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12和13按图1所
示的阵列形式铺设在床单1内。第三、按虚线19的走线路径，用针线把光纤光栅温度传感器2、3、4、5、6、7、8、9、 10、11、12和13和床单1缝在一起。第四、光纤光栅温度传感器13的末端从床单1的边缘处引出，再连到光耦合器14 上。第五、用针线将位于床单1上、下表面的两块布料沿着各自对应的边缝合在一起。第六、宽带光源15、光耦合器14和解调仪16之间用光纤连接。第七、解调仪16、计算机17和结果显示及报警平台18之间用电缆连接。第八、将数据处理流程以软件的形式安装在计算机17中。第九、最后，启动宽带光源15、解调仪16、计算机17和结果显示及报警平台18，即可实现智能床单的正常工作，实时地监测人体温度的变化情况。本实用新型含有光纤光栅传感器的智能床单主要用来监测人体温度，可对人体的健康状况进行非介入式的、分布式的实时监测、并能自动地根据所监测到的数据决定是否发出体温异常报警信号。人在一天的大部分时间里都是躺在床上，因而在床上安装光纤光栅温度传感器，用于实时监测人体温度，可以给出一个初步的健康状况评判，为疾病的预防提供有力的保证。此外，此智能床单不会影响人体睡眠的舒适性，一个主机设备可以同时复接多个此类智能床单，大大降低了成本，且维护简单。因而，本实用新型的智能床单很适合在医院和养老院中应用，同时也适合大型居住小区的家庭使用。
权利要求1.一种智能床单，其特征在于，该智能床单由面积相同的两块布料通过对应边缝合制成，在床单内置有由多个光纤光栅温度传感器组成的阵列，所有光纤光栅温度传感器通过一根光纤串联连接，光纤的一端由床单边缘处引出，引出的光纤连接至一个光耦合器，光耦合器中一路连接宽带光源，另一路连接解调仪，解调仪连接计算机，计算机连接至结果显示及报警平台。
2.根据权利要求1所述的智能床单，其特征在于，所述的床单内的光纤光栅温度传感器根据床单的长度和宽度按照行列分布，行列分布的光纤光栅温度传感器通过同一根光纤串联连接。
3.根据权利要求2所述的智能床单，其特征在于，所述光纤光栅温度传感器阵列中包括有12个光纤光栅温度传感器，它们根据床单的长度和宽度分为3列分布，每列放置4个光纤光栅温度传感器。
4.根据权利要求1所述的智能床单，其特征在于，所述的光纤光栅温度传感器阵列及连接光纤光栅温度传感器的光纤用针线缝制在床单内。
5.根据权利要求1所述的智能床单，其特征在于，所述的计算机内设有依次处理数据的中心波长偏移量计算单元、去噪单元、温度计算单元和比较单元。
专利摘要本实用新型涉及一种智能床单，该智能床单由面积相同的两块布料通过对应边缝合制成，在床单内置有由多个光纤光栅温度传感器组成的阵列，所有光纤光栅温度传感器通过一根光纤串联连接，光纤的一端由床单边缘处引出，引出的光纤连接至一个光耦合器，光耦合器中一路连接宽带光源，另一路连接解调仪，解调仪连接计算机，计算机连接至结果显示及报警平台。本实用新型的智能床单可对人体的健康状况进行非介入式的实时监测，并能自动地根据所监测到的数据决定是否发出体温异常报警信号。
文档编号A47G9/02GK202191081SQ20112025708
公开日2012年4月18日 申请日期2011年7月20日 优先权日2011年7月20日
发明者李健威, 李平, 赵浩 申请人:上海波汇通信科技有限公司