用于檢測(cè)人體橈動(dòng)脈脈搏波，設(shè)計(jì)為腕帶式柔性傳感織物，嵌入服裝中。光纖光柵緊貼橈動(dòng)脈位置，將橈動(dòng)脈脈搏信號(hào)轉(zhuǎn)換為光纖光柵輸出波長(zhǎng)的變化。
[0030]光纖光柵心音/呼吸傳感器1-3位于服裝前胸部，設(shè)計(jì)為帶式柔性傳感織物，嵌入服裝中。人體心音和呼吸信號(hào)均可改變光纖光柵的輸出波長(zhǎng)，通過(guò)相關(guān)算法實(shí)現(xiàn)心音和呼吸信號(hào)的分離。
[0031]光學(xué)信號(hào)處理單元1-4位于服裝前擺處，以內(nèi)嵌口袋方式與服裝連接。光學(xué)信號(hào)處理單元1-4包括用于實(shí)現(xiàn)光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)的光學(xué)模塊和用于信號(hào)處理的電路及供電電池。
[0032]二、光纖光柵脈搏傳感器
[0033]目前檢測(cè)人體脈搏的傳感器主要有光電容積式脈搏傳感器和用壓敏電阻或壓電薄膜制成的脈搏傳感器。其中，光電容積式脈搏傳感器一般通過(guò)指夾固定在指尖處，不能植入服裝中。壓敏式和壓電薄膜式脈搏傳感器靈敏度較低，且具有一定厚度，嵌入服裝后影響穿著的舒適性。另外，壓敏式和壓電薄膜式脈搏傳感器易受電磁噪聲干擾。
[0034]所述檢測(cè)人體橈動(dòng)脈脈搏的傳感織物，將光纖光柵與織物相結(jié)合，通過(guò)特殊織物結(jié)構(gòu)增大光纖光柵處局部壓力，減小對(duì)腕部的整體壓力，從而提高穿著的舒適性。較電學(xué)脈搏傳感器提高了檢測(cè)靈敏度，能夠檢測(cè)出多個(gè)脈搏重波，如圖2所示。
[0035]所述光纖光柵脈搏傳感織物整體為腕帶狀，由兩層織物結(jié)構(gòu)。其剖面結(jié)構(gòu)如圖3所示。由光纖光柵4-1和片狀聚合物長(zhǎng)方體4-2構(gòu)成脈搏敏感元件。聚合物長(zhǎng)方體4-2沿中線開(kāi)V型槽，靠近長(zhǎng)邊處留有圓形縫紉孔。將光纖光柵4-1放置在聚合物長(zhǎng)方體4-2的V型槽內(nèi)，將光纖光柵4-1施加一定預(yù)應(yīng)力后，通過(guò)點(diǎn)膠方式將其與聚合物4-2粘貼為一體，由于聚合物材料的彈性大于光纖光柵材料，因此實(shí)現(xiàn)光纖光柵軸向應(yīng)變的增敏。通過(guò)縫紉孔將聚合物4-2與內(nèi)層織物4-3縫紉相連，聚合物4-2的開(kāi)槽面朝向內(nèi)層織物4-3。在聚合物4-2的上方為兩層織物，分別為內(nèi)層織物4-3和外層織物4-4，且內(nèi)層織物4-3彈性大于外層織物4-4，兩層織物間形成口袋4-5，在口袋4-5中裝有硬質(zhì)塑料材料構(gòu)成的外輪廓為弧面的填充物4-6，填充物4-6固定在聚合物4-2的正上方。腕帶織物兩端縫有粘扣4-7，用于將腕帶固定在手腕處，并通過(guò)粘扣4-7調(diào)節(jié)松緊度。該腕帶式傳感織物可通過(guò)粘扣、拉鎖等方式與服裝本體袖口處連接。
[0036]在使用時(shí)，將聚合物4-2放置在腕部橈動(dòng)脈處，通過(guò)織物兩邊的粘扣將傳感織物與手腕固定。脈搏產(chǎn)生的壓力使聚合物4-2發(fā)生形變，改變光纖光柵4-1的軸向應(yīng)變，從而將脈搏壓力的變化轉(zhuǎn)換為光纖光柵反射波長(zhǎng)的變化，實(shí)現(xiàn)脈搏波的檢測(cè)。由于采用不同彈性的兩層織物結(jié)合，并在兩織物間添加了弧形填充物4-6，可以在相同織物拉力的情況下，增大填充物4-6處對(duì)聚合物4-2的壓力，從而在能檢測(cè)到脈搏波的情況下，大大減小了袖帶對(duì)人體的壓力，增加穿著的舒適性。
[0037]三、光纖光柵心音/呼吸傳感器
[0038]傳統(tǒng)心音和呼吸傳感器多采用壓電式或壓阻式傳感器，其體積大，嵌入服裝后影響穿著的舒適性，而且單一傳感器只能采集一種信號(hào)。
[0039]發(fā)明專(zhuān)利201210331015.7文獻(xiàn)中公開(kāi)了一種膜盒式結(jié)構(gòu)的光纖光柵心音傳感器，該傳感器包括振動(dòng)膜、環(huán)形支架、振動(dòng)腔和反射壁構(gòu)成，由于盒體為硬質(zhì)材料制作，且體積較大，因此影響穿著的舒適性。
[0040]本實(shí)用新型公開(kāi)了一種光纖光柵心音/呼吸傳感織物及其信號(hào)處理方法。利用一根光纖光柵可同時(shí)對(duì)心音和呼吸信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。相比電學(xué)心音、呼吸傳感器，該傳感器具有體積小、靈敏度高，抗電磁干擾、同時(shí)檢測(cè)心音和呼吸信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)。該傳感織物可織入服裝，提尚穿著的舒適性。
[0041]本實(shí)用新型光纖光柵心音/呼吸傳感織物結(jié)構(gòu)如圖4和5所示，整體為帶狀，包括光纖光柵5-1，片狀聚合物5-2，光纖光柵尾纖5-3，內(nèi)層織物5-4，外層織物5_6，弧面填充物5-7，粘扣5-5組成。內(nèi)層織物5-4的彈性大于外層織物5-6。
[0042]片狀聚合物5-2中線部分開(kāi)槽。光纖光柵5-1在有一定預(yù)應(yīng)力的情況下，通過(guò)點(diǎn)膠方式固定在槽內(nèi)。片狀聚合物5-2邊緣具有縫紉孔，與內(nèi)層織物5-4縫紉連接。光纖光柵尾纖5-3通過(guò)紗線固定在內(nèi)層織物5-4上。在片狀聚合物5-2部位內(nèi)層織物5-4與外層織物5-6形成口袋，內(nèi)部填充硬質(zhì)弧面填充物5-7，用以增加光纖光柵處局部壓力。該帶式心音/呼吸傳感織物可通過(guò)粘扣、拉鎖等方式與服裝本體連接，使光纖光柵處于左前胸心音聽(tīng)診部位，通過(guò)粘扣5-5進(jìn)行固定并給帶狀織物施加一定拉力，使光纖光柵緊貼皮膚。
[0043]由于心音和呼吸均可使光纖光柵5-1軸向應(yīng)變發(fā)生變化，從而導(dǎo)致光纖光柵反射波長(zhǎng)發(fā)生變化，因此反射波長(zhǎng)變化中包含了心音和呼吸信號(hào)，可同時(shí)檢測(cè)心音和呼吸。由于心音和呼吸信號(hào)處于不同頻率范圍，利用小波變換可實(shí)現(xiàn)心音和呼吸信號(hào)的分離。
[0044]進(jìn)行小波分析時(shí)，小波基的選擇十分重要，但目前仍沒(méi)有較好的方法，主要是通過(guò)用小波分析方法處理的結(jié)果與理論結(jié)果的誤差來(lái)判定小波基的好壞，并由此選定小波基。目前常用的小波函數(shù)主要有haar小波、db小波、coif小波、sym小波、meyer小波和dmey小波。通過(guò)對(duì)波長(zhǎng)解調(diào)信號(hào)使用不同小波基進(jìn)行處理的結(jié)果進(jìn)行比較，本實(shí)用新型最終選用db4小波函數(shù)作為小波基函數(shù)。具體處理方法為:在采樣頻率為IKHz情況下，進(jìn)行10層小波分解，將d4和d5層數(shù)據(jù)(對(duì)應(yīng)頻率范圍為31.25Hz?62.5Hz)進(jìn)行疊加提取出心音信號(hào)，alO層信號(hào)(對(duì)應(yīng)頻率范圍為O?0.977Hz)作為提取的呼吸信號(hào)。圖6為光纖光柵解調(diào)信號(hào)，圖7是經(jīng)上述算法處理后的心音信號(hào)。可見(jiàn)，該方法能從混有呼吸信息的解調(diào)信號(hào)中，有效提取出心音信號(hào)。
[0045]四、光學(xué)信號(hào)處理單元
[0046]本實(shí)用新型光纖光柵智能服裝，利用光纖光柵檢測(cè)人體脈搏與心音信號(hào)，脈搏與心音信號(hào)的變化表現(xiàn)為光纖光柵反射波長(zhǎng)的變化，需要對(duì)波長(zhǎng)的變化進(jìn)行檢測(cè)，即實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)解調(diào)。
[0047]發(fā)明專(zhuān)利201210331015.7報(bào)道了一種基于可調(diào)諧F-P濾波器實(shí)現(xiàn)光纖光柵心音傳感器波長(zhǎng)解調(diào)的方法。該方法通過(guò)自動(dòng)校準(zhǔn)算法自動(dòng)尋找動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)解調(diào)工作點(diǎn)，控制F-P濾波器的輸出中心波長(zhǎng)到達(dá)指定的動(dòng)態(tài)解調(diào)工作點(diǎn)。當(dāng)F-P濾波器中心波長(zhǎng)到達(dá)動(dòng)態(tài)解調(diào)工作點(diǎn)后，通過(guò)在F-P濾波器控制端加入高頻擾動(dòng)信號(hào)的方法抑制動(dòng)態(tài)解調(diào)工作點(diǎn)的漂移。該解調(diào)方法使用器件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可調(diào)諧F-P濾波器成本高、體積大，而且由于進(jìn)行動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)解調(diào)時(shí)加入擾動(dòng)信號(hào)，因此解調(diào)信號(hào)中含有擾動(dòng)信號(hào)引起的噪聲，不適合小信號(hào)的檢測(cè)。
[0048]發(fā)明專(zhuān)利201310544420公開(kāi)了一種基于陣列波導(dǎo)光柵的光纖光柵心音信號(hào)解調(diào)方法，利用陣列波導(dǎo)光柵的透射譜對(duì)光纖光柵反射波長(zhǎng)進(jìn)行濾波，對(duì)指定陣列波導(dǎo)光柵通道輸出光強(qiáng)進(jìn)行檢測(cè)和計(jì)算得到光纖光柵的反射波長(zhǎng)。通過(guò)加入補(bǔ)償光柵的方法實(shí)現(xiàn)陣列波導(dǎo)光柵的溫度補(bǔ)償。該方法的缺點(diǎn)為陣列波導(dǎo)光柵模塊體積較大，與服裝集成后影響穿著舒適性，而且價(jià)格較高。
[0049]本實(shí)用新型提出一種基于光纖模式干涉濾波器的FBG波長(zhǎng)解調(diào)裝置及方法，利用該解調(diào)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖光柵心音/呼吸信號(hào)和脈搏信號(hào)的解調(diào)。通過(guò)特殊的熔接方式在單模光纖上形成微結(jié)構(gòu)，激發(fā)光纖內(nèi)部高階包層模式光的產(chǎn)生，并使包層模式光與纖芯基模光發(fā)生干涉，產(chǎn)生梳狀干涉譜，形成梳狀濾波器。利用該濾波器對(duì)FBG反射光進(jìn)行濾波，使輸出光強(qiáng)與FBG反射波長(zhǎng)呈線性關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)FBG波長(zhǎng)解調(diào)。所提出的光纖模式干涉濾波器在一段單模光纖上形成，大大減小了波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)的體積和重量，有利于與服裝的集成。另外，由于使用的是普通單模光纖，因此其成本非常低。
[0050]圖1中的光學(xué)信號(hào)處理單元，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8所示。寬帶光源采用ASE或SLED光源模塊，其輸出依次連接光隔離器、I X2光親合器輸入端，1X2光親合器兩路輸出端分別連接光環(huán)行器I和2的I腳，光環(huán)行器I和2的2腳分別與光纖光柵脈搏傳感器和心音/呼吸傳感器連接，光環(huán)行器I和2的3腳分別與光纖模式干涉濾波器I和2的輸入端連接，從而將光纖光柵