一种基于光纤传感的可穿戴健康监测装置的制作方法

本发明涉及一种基于光纤传感的可穿戴健康监测装置，尤其涉及一种用于人体健康监测的可穿戴光纤传感设备，属于光纤传感、可穿戴、健康监测领域。

背景技术：

1、健康问题作为人们关注的焦点，人体各项参数的监测更是医学领域中不可缺少的环节。目前，医学临床阶段所使用的健康监测设备虽然在数据的准确性方面具有一定的优势，但其监测时间和监测场景同样具有局限性，需专业医务工作者操作，无法达到长时间连续监测的目的。可穿戴健康监测设备作为一种非侵入式的人体健康监测方式，能够实时、有效的监测人体健康信息，在医疗领域甚至临床领域中起着至关重要的作用。

2、目前市面上所使用的可穿戴设备，其监测方式多基于柔性电子传感器，并且在电子皮肤、智能人机交互等领域得到广泛应用，但是由于其内部结构和传感机制的限制，传统的电子式可穿戴设备的抗电磁干扰能力和抗腐蚀能力均有所不足，使其难以应用于极端领域。光纤传感器因其体积小、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强、成本低等优点，逐步成为可穿戴领域的优选方案。然而，现有的可穿戴光纤健康监测设备功能单一，且多为温度、运动状态姿态等参数测量，无法提供更加深入的分子水平信息，缺少对于人体体液的分析。

3、人体体液的ph值往往反映着与人体的健康信息，例如，当人的体液ph值从6.9降低至6.5时，体内活细胞会被破坏，将会促进肿瘤的形成。鉴于人体健康监测的重要性，迫切需要一种抗电磁干扰、工艺简单、可监测人体温度及体液的可穿戴健康监测设备。

技术实现思路

1、本发明的目的是：新型的可穿戴光纤健康监测设备。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于光纤传感的可穿戴健康监测装置，其特征在于，包括光纤传感器，所述光纤传感器通过光纤与健康参数分析装置相连，其中：

3、所述光纤传感器进一步包括光纤温度传感器以及光纤ph值传感器，光源模块发出的可调谐激光经光纤传输到光纤温度传感器以及光纤ph值传感器，用于感知人体温度以及人体ph值的变化，并通过光纤传输到健康参数分析装置；

4、所述健康参数分析装置包括arm微处理器控制单元，arm微处理器控制单元分别连接光源模块、信号解调模块、定位模块、显示模块、无线传输模块以及报警模块，由电源模块为光源模块以及arm微处理器控制单元供电，光源模块以及信号解调模块经由光纤连接光纤传感器；光信号自所述光纤传感器输入后，由信号解调模块对光信号进行解调，转换为电信号传输给arm微处理器单元；arm微处理器单元通过内部的adc模块采集转换后的电信号，将模拟量转换为数字量，计算出光纤传感器采集的人体温度值与汗液ph值；显示模块将光纤传感器采集到的温度值与ph值实时显示到显示屏上；无线传输模块通过无线方式将温度值与ph值发送到用户或监护人员手机，显示实时数值；用户可自行设定体温与汗液ph值阈值，当人体体温与汗液ph值过高或过低时，触发报警模块并上报位置信息以引起被测人员与监测人员重视；监测人员实时了解被测人员位置信息，以便第一时间采取治疗。

5、优选地，所述光纤传感器包括封装在封装保护壳体内的两根光纤光栅，两根光纤光栅分别通过各自的尾纤与所述光纤相连；两根光纤光栅中的一根光纤光栅一用于感知人体温度的变化，另外一根光纤光栅二用于感知人体ph值的变化。

6、优选地，所述光纤光栅一的温度灵敏度方程描述为下式：

7、

8、式中，λb为中心反射波长，δλb为中心反射波长偏移量，kt为温度灵敏度系数，δt为温度变化量。

9、优选地，所述光纤光栅二为将光纤光栅研磨成d型结构后，使其纤芯裸露，随后将对氢离子敏感的聚合物薄膜涂覆到研磨区域，纤芯发生全反射的光发生泄漏，照射到聚合物涂覆层中，当聚合物的折射率发生变化时，光纤光栅的中心反射波长和光功率会发生变化，建立波长与ph值或光功率与ph值的计算关系，即可实现对ph值的测量。

10、优选地，所述光纤光栅二为基于马赫曾德干涉原理、法布里-珀罗干涉原理或表面等离子体共振原理制备而成的光子器件。

11、优选地，将所述光纤传感器固定于人体易出汗部位；将所述健康参数分析装置固定于腰带或通过手表的方式佩戴于腕部。

12、优选地，将光纤光栅导入毛细管中，毛细管上加工微孔制备成所述光纤传感器，编织于衣物内部，衣物中预留光纤接口；将编织有光纤传感器的衣物穿在身上，使用跳线将光纤传感器与所述健康参数分析装置连接。

13、根据本发明的一种基于光纤传感的可穿戴健康监测系统，通过光纤传感器采集健康信息，并对光信号进行解调，分析，实现实时无创人体健康参数采集。其中光纤温度传感器可实现人体多点分布式温度监测，测量人体各部分体表温度；光纤ph值传感器用于测量人体汗液ph值，用于为糖尿病等疾病提供预防基础。

14、本发明通过健康分析装置，可供被监测人员日常生活或运动过程中长期佩戴，实时监测，可支持显示、远程监测、手动设定阈值、告警方式提供实时的人体健康参数变化信息及预警。适用于运动、医疗、康复等领域人体健康信息检测。

技术特征：

1.一种基于光纤传感的可穿戴健康监测装置，其特征在于，包括光纤传感器，所述光纤传感器通过光纤与健康参数分析装置相连，其中：

2.如权利要求1所述的一种基于光纤传感的可穿戴健康监测装置，其特征在于，所述光纤传感器包括封装在封装保护壳体内的两根光纤光栅，两根光纤光栅分别通过各自的尾纤与所述光纤相连；两根光纤光栅中的一根光纤光栅一用于感知人体温度的变化，另外一根光纤光栅二用于感知人体ph值的变化。

3.如权利要求2所述的一种基于光纤传感的可穿戴健康监测装置，其特征在于，所述光纤光栅一的温度灵敏度方程描述为下式：

4.如权利要求2所述的一种基于光纤传感的可穿戴健康监测装置，其特征在于，所述光纤光栅二为将光纤光栅研磨成d型结构后，使其纤芯裸露，随后将对氢离子敏感的聚合物薄膜涂覆到研磨区域，纤芯发生全反射的光发生泄漏，照射到聚合物涂覆层中，当聚合物的折射率发生变化时，光纤光栅的中心反射波长和光功率会发生变化，建立波长与ph值或光功率与ph值的计算关系，即可实现对ph值的测量。

5.如权利要求2所述的一种基于光纤传感的可穿戴健康监测装置，其特征在于，所述光纤光栅二为基于马赫曾德干涉原理、法布里-珀罗干涉原理或表面等离子体共振原理制备而成的光子器件。

6.如权利要求1所述的一种基于光纤传感的可穿戴健康监测装置，其特征在于，将所述光纤传感器固定于人体易出汗部位；将所述健康参数分析装置固定于腰带或通过手表的方式佩戴于腕部。

7.如权利要求1所述的一种基于光纤传感的可穿戴健康监测装置，其特征在于，将光纤光栅导入毛细管中，毛细管上加工微孔制备成所述光纤传感器，编织于衣物内部，衣物中预留光纤接口；将编织有光纤传感器的衣物穿在身上，使用跳线将光纤传感器与所述健康参数分析装置连接。

技术总结本发明公开了一种基于光纤传感的可穿戴健康监测装置，其特征在于，包括光纤传感器，所述光纤传感器通过光纤与健康参数分析装置相连。根据本发明的一种基于光纤传感的可穿戴健康监测系统，通过光纤传感器采集健康信息，并对光信号进行解调，分析，实现实时无创人体健康参数采集。其中光纤温度传感器可实现人体多点分布式温度监测，测量人体各部分体表温度；光纤pH值传感器用于测量人体汗液pH值，用于为糖尿病等疾病提供预防基础。本发明通过健康分析装置，可供被监测人员日常生活或运动过程中长期佩戴，实时监测，可支持显示、远程监测、手动设定阈值、告警方式提供实时的人体健康参数变化信息及预警。本发明适用于人体健康信息检测。技术研发人员：王恩博,王思淼,朱亚东,刘川,黄晶晶,王茜,王杰,刘世龙,李雪峰,姬叶华,邹志强,李贺,尹家伟受保护的技术使用者：华东计算技术研究所（中国电子科技集团公司第三十二研究所）技术研发日：技术公布日：2024/9/29