本申請要求2014年3月26日提交的新加坡專利申請?zhí)?0201400990Q的優(yōu)先權(quán)，出于所有目的將其全部內(nèi)容以引用方式并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

各實(shí)施方案涉及傳感裝置和感測力的方法。

背景技術(shù)：

力傳感器廣泛用于許多應(yīng)用，如醫(yī)療、健康護(hù)理和工業(yè)領(lǐng)域。最近，光纖壓力傳感器由于其電磁免疫性、固有安全的操作模式和重量輕而吸引了大量關(guān)注。然而，當(dāng)施加于傳感器的壓力超過某個(gè)值時(shí)，動(dòng)態(tài)工作范圍不充足。

因此有需要提供具有增強(qiáng)或更大動(dòng)態(tài)工作范圍的傳感裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)實(shí)施方案，提供傳感裝置。所述傳感裝置可包括傳感器布局，所述傳感器布局包括光纖和鄰接所述光纖布置的至少一個(gè)間隔器元件，其中所述光纖和所述至少一個(gè)間隔器元件經(jīng)調(diào)適以配合接收施加于所述傳感器布局的力，從而調(diào)制在光纖中傳播的光學(xué)信號。

根據(jù)實(shí)施方案，提供感測力的方法。所述方法可包括：將光信號提供給光纖用于在光纖中傳播，將力施加于光纖和鄰接光纖布置的至少一個(gè)間隔器元件以調(diào)制在光纖中傳播的光信號，和檢測由力調(diào)制的光學(xué)信號。

附圖說明

在圖中，不同視圖中的類似參考符號一般指代類似零件。附圖不一定依比例繪制，而是基本上著重于說明本發(fā)明的原理。在以下描述中，參考以下附圖描述本發(fā)明的各實(shí)施方案，其中：

圖1示出傳感裝置的示意圖。

圖2A示出圖1傳感裝置的作為重量的函數(shù)的傳感器輸出線圖，而圖2B示出圖1傳感裝置的傳感器墊的靈敏度的線圖。

圖3示出具有含和不含間隔器的傳感器墊的傳感裝置的傳感器輸出的線圖。

圖4A示出根據(jù)各實(shí)施方案的傳感裝置的示意性立體視圖。

圖4B示出圖示根據(jù)各實(shí)施方案感測力的方法的流程圖。

圖5A示出根據(jù)各實(shí)施方案的傳感裝置的示意性立體視圖。

圖5B示出圖5A傳感裝置的傳感器布局的示意性俯視圖。

圖5C示出圖5A傳感裝置的傳感器布局的示意性立體視圖。

圖6示出各實(shí)施方案的傳感器墊的頂或底層中至少一者的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)區(qū)段的圖像。

圖7示出圖示各實(shí)施方案的傳感裝置的光學(xué)損耗與重量之間的關(guān)系的結(jié)果線圖。

圖8A和圖8B示出利用各實(shí)施方案的傳感器墊的坐靠應(yīng)用的測定結(jié)果。

圖9A和圖9B示出利用各實(shí)施方案的傳感器墊的站立應(yīng)用的測定結(jié)果。

圖10示出圖示根據(jù)各實(shí)施方案用于體重測定的方法的圖。

圖11示出利用各實(shí)施方案的傳感器墊測定的典型心沖擊描記圖(ballistocardiogram，BCG)波形。

具體實(shí)施方式

以下詳細(xì)描述參考了通過圖示方式示出可實(shí)踐本發(fā)明的特定細(xì)節(jié)和實(shí)施方案的附圖。這些實(shí)施方案經(jīng)過充分詳細(xì)描述，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明。在不脫離本發(fā)明范圍下可采用其它實(shí)施方案且可作出結(jié)構(gòu)、邏輯和電學(xué)變化。各實(shí)施方案不一定相互排斥，因?yàn)橐恍?shí)施方案可與一個(gè)或多個(gè)其它實(shí)施方案組合以形成新實(shí)施方案。

在方法或裝置其中之一的上下文中描述的實(shí)施方案類似地對于其它方法或裝置有效。類似地，在方法上下文中描述的實(shí)施方案類似地對于裝置有效，且反之亦然。

在實(shí)施方案上下文中描述的特征可相應(yīng)地適用于在其它實(shí)施方案中的相同或類似特征。在實(shí)施方案上下文中描述的特征可相應(yīng)地適用于其它實(shí)施方案，即使在這些其它實(shí)施方案中未明確描述。此外，關(guān)于實(shí)施方案中的特征而描述的增加和/或組合和/或替換可相應(yīng)地適用于其它實(shí)施方案中的相同或類似特征。

在各實(shí)施方案上下文中，關(guān)于特征或元件使用的冠詞“一”和“所述”包括對特征或元件中的一個(gè)或多個(gè)的引述。

在各實(shí)施方案上下文中，短語“至少大體上”可包括“精確地”和合理方差。

在各實(shí)施方案上下文中，應(yīng)用于數(shù)值的術(shù)語“約”或“大致”涵蓋確切值和合理方差。

如本文所使用，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)列出項(xiàng)目中的一個(gè)或多個(gè)的任何和所有組合。

如本文所使用，“A或B中的至少一個(gè)”形式的短語可包括A或B或A和B兩者。相應(yīng)地，“A或B或C中的至少一個(gè)”形式或包括其它列出項(xiàng)目的短語可包括相關(guān)列出項(xiàng)目中的一個(gè)或多個(gè)的任何和所有組合。

各實(shí)施方案可提供具有可調(diào)節(jié)或增強(qiáng)動(dòng)態(tài)工作范圍的生命征象監(jiān)測裝置(或傳感裝置)。

各實(shí)施方案可提供一種組成自或包括光纖傳感器墊(或光纖傳感器布局)和收發(fā)器的方法和醫(yī)療裝置(或傳感裝置)，以測定呼吸速率、心率、體力或身體運(yùn)動(dòng)中的至少一個(gè)。待測定的體力可包括體重和/或心力，例如心搏力等。傳感器墊可按某一方式構(gòu)造使得傳感器墊的頂層和底層可含有具有大面積網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚酯纖維，且在頂層與底層之間可以是一段多模纖維和一個(gè)或多個(gè)虛擬纖維(例如間隔器)或作為間隔器的塑料/金屬管/棒以調(diào)節(jié)(例如增強(qiáng))傳感器墊的動(dòng)態(tài)工作范圍。收發(fā)器可組成自或包括光源、檢測器和具有顯示和警報(bào)功能以報(bào)告結(jié)果并提示裝置用戶的信號處理單元。

圖1示出傳感裝置100的示意圖，其圖示傳感裝置100的各個(gè)組件或元件。傳感裝置(或傳感器)100可包括傳感器墊(指示為片材1)102，其可以是不含任何間隔器的微彎型光纖傳感器墊；光源(L1)110和檢測器(D1)112。傳感器墊102可包括頂層和底層，且可按某一方式構(gòu)造，使得頂層和底層各自可含有具有大面積網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)聚酯纖維，其中在頂層與底層之間是一段多模纖維。雖然傳感裝置100的傳感器墊102、光源110和檢測器112示出為相互分離，但應(yīng)明白傳感器墊102、光源110和檢測器112可相互耦接，包括例如相互機(jī)械耦接且/或光學(xué)耦接。

傳感裝置100可用作各種測定的測試機(jī)構(gòu)，其中可將待測定的力或重量施加于傳感器墊102。作為非限制性實(shí)例，傳感器墊102可具有大致25cm×20cm的承重用接觸面積，其中出于傳感器表征的目的選擇了0.05m²的面積。

圖2A示出傳感裝置100的作為重量的函數(shù)的傳感器輸出的線圖250，其圖示作為重量的函數(shù)的傳感器輸出的典型曲線。正如所觀察般，存在大體完美高斯擬合。圖2B示出傳感裝置100的傳感器墊102的靈敏度的線圖252，其圖示傳感器墊的靈敏度的典型曲線。

如圖2A中所示出般，例如利用檢測器112獲得的呈電壓振幅形式的傳感器輸出與重量之間的關(guān)系為非線性。從圖2B可觀察到傳感器墊102和傳感裝置100在大約100Pa下具有較高靈敏度。在約300Pa后靈敏度為低。這意味著傳感器墊112對大體重可具有比小體重低的靈敏度。此外，傳感裝置100的動(dòng)態(tài)工作范圍小于約13kg。

為了解決上述問題，各實(shí)施方案可提供一種方法和裝置，其中，可將一個(gè)或多個(gè)虛擬塑料棒/管或纖維用作間隔器或間隔器元件以增強(qiáng)傳感器墊的動(dòng)態(tài)工作范圍，如圖3中所圖示。

圖3示出在大致0.05m²傳感器墊面積內(nèi)，具有含和不含間隔器的傳感器墊的傳感裝置的傳感器輸出的線圖350。在其中傳感器墊包括間隔器的各實(shí)施方案中，所述間隔器可具有約0.9mm的直徑，和約450cm的總長度。線圖350示出不含任何間隔器的傳感器墊的結(jié)果352和含間隔器的傳感器墊的結(jié)果354。從圖3可見，具有間隔器的傳感器墊和傳感裝置的動(dòng)態(tài)操作范圍可延伸超過約50kg，而對于不含間隔器的傳感器墊，傳感器無法在超過約15kg下工作。

圖4A示出根據(jù)各實(shí)施方案的傳感裝置400的示意性立體視圖。傳感裝置400包括傳感器布局(由虛線框402表示)，傳感器布局包括光纖404和鄰接光纖404布置的至少一個(gè)間隔器元件406，其中光纖404和至少一個(gè)間隔器元件406經(jīng)調(diào)適以合作接收施加于(或施用在)傳感器布局402的力(由箭矢407表示)，從而調(diào)制在光纖404中傳播的光學(xué)信號(例如光)(由箭矢405表示)。

換句話說，傳感裝置400可包括傳感器布局402，其具有光纖404和鄰接光纖404布置的至少一個(gè)間隔器元件406。光纖404和至少一個(gè)間隔器元件406可按肩并肩構(gòu)造布置，從而界定接收施加于傳感器布局402的力407的有效區(qū)域或表面。如此一來，光纖404和至少一個(gè)間隔器元件406可一起支持力407，使得可將施加于傳感器布局402的力407分布在光纖404與至少一個(gè)間隔器元件406之間，并因此可減小施用在光纖404本身上的總的或有效的力。

在各實(shí)施方案中，由于可將施加于傳感器布局402的力407的一部分轉(zhuǎn)移至至少一個(gè)間隔器元件406，所以可減小施用在光纖404上的有效力，并因此可增強(qiáng)傳感器布局402的動(dòng)態(tài)范圍和因此傳感裝置400的動(dòng)態(tài)范圍。如此一來，至少一個(gè)間隔器元件406可輔助增強(qiáng)傳感器布局402和傳感裝置400的動(dòng)態(tài)工作范圍。

在各實(shí)施方案上下文中，施加于傳感器布局402的力407可為例如由用戶或個(gè)人施用的力，如由于例如呼吸和/或心臟跳動(dòng)而由人身體施用在傳感器布局402上的力或壓力。

在各實(shí)施方案上下文中，光纖404可包括玻璃光纖或塑料光纖中的至少一種。還可使用其它類型的光纖。

在各實(shí)施方案上下文中，光纖404可具有在介于約0.05米與約30米之間，例如介于約0.05m與約20m之間、介于約0.05m與約10m之間、介于約0.05m與約5m之間、介于約1m與約30m之間、介于約1m與約10m之間或介于約5m與約20m之間的范圍內(nèi)的長度。

在各實(shí)施方案上下文中，光纖404可具有在介于約125微米與約1200微米之間，例如介于約125μm與約1000μm之間、介于約125μm與約500μm之間、介于約125μm與約300μm之間、介于約200μm與約1200μm之間、介于約500μm與約1200μm之間或介于約200μm與約500μm之間的范圍內(nèi)的半徑。

在各實(shí)施方案上下文中，光纖404的核心的半徑可在介于約4微米與約1000微米之間，例如介于約4μm與約500μm之間、介于約4μm與約200μm之間、介于約50μm與約1000μm之間、介于約100μm與約1000μm之間、介于約500μm與約1000μm之間或介于約200μm與約500μm之間的范圍內(nèi)。

在各實(shí)施方案上下文中，至少一個(gè)間隔器元件406或每個(gè)間隔器元件406可具有在介于約125微米與約3000微米之間，例如介于約125μm與約2000μm之間、介于約125μm與約1000μm之間、介于約125μm與約500μm之間、介于約500μm與約2000μm之間、介于約1000μm與約2000μm之間或介于約500μm與約1000μm之間的范圍內(nèi)的橫截面尺寸(例如直徑)。

在各實(shí)施方案上下文中，至少一個(gè)間隔器元件406或每個(gè)間隔器元件406可具有在介于0.05米與約30米之間，例如介于約0.05m與約20m之間、介于約0.05m與約10m之間、介于約0.05m與約5m之間、介于約1m與約30m之間、介于約1m與約10m之間或介于約5m與約20m之間的范圍內(nèi)的長度。

在各實(shí)施方案上下文中，傳感器布局402可以是力傳感器。在各實(shí)施方案上下文中，傳感裝置400可以是力傳感裝置。

在各實(shí)施方案中，光纖404和至少一個(gè)間隔器元件406可相互分隔地布置。換句話說，可在光纖404與至少一個(gè)間隔器元件406之間提供間隙或間隔。

在各實(shí)施方案中，光纖404和至少一個(gè)間隔器元件406可布置在同一平面中。這可意味著光纖404和至少一個(gè)間隔器元件406可在平面內(nèi)同軸布置。如此一來，光纖404和至少一個(gè)間隔器元件406可界定接收施加于傳感器布局402的力407的有效區(qū)域或表面。

在各實(shí)施方案中，光纖404可按蜿蜒(或曲折)形狀布置，且具有相互面向的至少兩個(gè)區(qū)段。光纖404的所述至少兩個(gè)區(qū)段可以是鄰接或相鄰區(qū)段。

在各實(shí)施方案中，光纖404的所述至少兩個(gè)區(qū)段可至少相互大體平行地布置。

在各實(shí)施方案中，光纖404的所述至少兩個(gè)區(qū)段可相互分隔地布置。

在各實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)間隔器元件406可布置在光纖404的所述至少兩個(gè)區(qū)段之間。

在各實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)間隔器元件406可鄰接光纖404的所述至少兩個(gè)區(qū)段中的至少一個(gè)來布置。所述至少一個(gè)間隔器元件406可至少大體上平行于光纖404的所述至少兩個(gè)區(qū)段中的至少一個(gè)來布置。

在各實(shí)施方案中，光纖404可布置為具有至少一個(gè)彎曲(或曲折)區(qū)段。在各實(shí)施方案中，鄰接所述至少一個(gè)彎曲區(qū)段的光纖404區(qū)段可相互面向(例如相互平行布置)。

在各實(shí)施方案中，光纖404可布置為具有多個(gè)彎曲(或曲折)區(qū)段。在各實(shí)施方案中，所述多個(gè)彎曲區(qū)段的鄰接彎曲區(qū)段之間的間距或周期p可在介于約2厘米與約10厘米之間，例如介于約2cm與約5cm之間、介于約5cm與約10cm之間或介于約3cm與約8cm之間的范圍內(nèi)。

在各實(shí)施方案中，光纖404可包括多模光纖。

在各實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)間隔器元件406可包括虛擬光纖、管或棒中的至少一種。在各實(shí)施方案中，所述管或棒可以是塑料或金屬。

在各實(shí)施方案中，虛擬光纖可意指沒有傳播經(jīng)過虛擬光纖的光學(xué)信號的光纖。這可意味著傳播通過傳感器布局402的光纖404的光學(xué)信號405不傳播經(jīng)過界定間隔器元件的虛擬光纖。在各實(shí)施方案中，虛擬光纖可包括玻璃光纖或塑料光纖。

在各實(shí)施方案中，傳感器布局402可包括鄰接光纖404布置的多個(gè)間隔器元件。作為非限制性實(shí)例，所述多個(gè)間隔器元件的各個(gè)間隔器元件可鄰接光纖404的各個(gè)區(qū)段或部分區(qū)段布置，或布置在光纖404的(可相互面向的)鄰接區(qū)段之間。

在各實(shí)施方案中，傳感器布局402還可包括覆蓋層對，且其中光纖404和至少一個(gè)間隔器元件406可布置在所述覆蓋層對之間。覆蓋層對可界定頂(覆蓋)層和底(覆蓋)層。在各實(shí)施方案中，傳感器布局402可構(gòu)造為具有覆蓋層對、光纖404和至少一個(gè)間隔器元件406的傳感器墊(例如光纖傳感器墊)。

在各實(shí)施方案中，覆蓋層對的每個(gè)覆蓋層可包括布置為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多個(gè)纖維狀材料。所述多個(gè)纖維狀材料可包括聚合物(意指聚合物纖維材料)或金屬和/或塑料材料。纖維材料可包括但不限制于聚酯纖維。

在各實(shí)施方案上下文中，所述多個(gè)纖維材料的鄰接纖維材料之間的間距或周期可在幾百微米(μm)至幾毫米(mm)，例如介于約100μm與約100mm(1000μm)之間，例如介于約100μm與約5mm之間、介于約100μm與約1mm之間、介于約1mm與約10mm之間、介于約1mm與約5mm之間或介于約200μm與約500μm之間的范圍內(nèi)。

在各實(shí)施方案中，在布置為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多個(gè)纖維材料的鄰接纖維材料之間可界定間隙。所述間隙可具有正方形、矩形或任何其它合適形狀。

在各實(shí)施方案中，傳感裝置400還可包括光學(xué)耦接至傳感器布局402的光纖404的光學(xué)收發(fā)器。

在各實(shí)施方案中，所述光學(xué)收發(fā)器可包括被構(gòu)造以產(chǎn)生在光纖404中傳播的光學(xué)信號405的光學(xué)源(例如光源)。所述光學(xué)源可光學(xué)耦接至光纖404的一端。所述光學(xué)源可經(jīng)由另一光纖光學(xué)耦接至光纖404的一端。所述另一光纖可經(jīng)由拼接或經(jīng)由光纖連接器耦接至光纖404的一端。所述另一光纖可以是多模纖維或單模纖維。在各實(shí)施方案中，光學(xué)源可以是發(fā)光裝置或二極管(LED)、激光器或任何類型的寬帶或窄帶光源。

在各實(shí)施方案中，光學(xué)收發(fā)器可包括被構(gòu)造以檢測由施加于傳感器布局402的力407調(diào)制的光學(xué)信號405的光學(xué)檢測器(例如光檢測器)。所述光學(xué)檢測器可接收并將經(jīng)調(diào)制的光學(xué)信號轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號。光學(xué)檢測器可光學(xué)耦接至光纖404的另一(相反)端。所述光學(xué)檢測器可經(jīng)由又一光纖光學(xué)耦接至光纖404的另一端。所述又一光纖可經(jīng)由拼接或經(jīng)由纖維連接器耦接至光纖404的另一端。所述又一光纖可以是多模纖維或單模纖維。在各實(shí)施方案中，所述光學(xué)檢測器可以是光檢測器或光二極管。

在各實(shí)施方案中，傳感裝置400還可包括處理電路(例如信號處理單元)，所述處理電路被構(gòu)造以從由施加于傳感器布局402的力407調(diào)制的光學(xué)信號405檢索對應(yīng)于力407的信息。在各實(shí)施方案中，所述處理電路可以是光學(xué)收發(fā)器的一部分。

在各實(shí)施方案上下文中，“電路”可理解為任何種類的邏輯實(shí)現(xiàn)實(shí)體，其可以是專用電路系統(tǒng)或儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器、固件或其任何組合中的處理器執(zhí)行軟件。因此，在實(shí)施方案中，“電路”可以是硬線邏輯電路或可編程邏輯電路如可編程處理器，例如微處理器(例如復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)(CISC)處理器或精簡指令集計(jì)算機(jī)(RISC)處理器)。“電路”還可以是處理器執(zhí)行軟件，例如任何種類的計(jì)算機(jī)程序，例如使用虛擬機(jī)代碼如例如Java的計(jì)算機(jī)程序。下文將更詳細(xì)描述的各個(gè)功能的任何其它種類的實(shí)現(xiàn)方式根據(jù)替代實(shí)施方案也可以被理解為“電路”。

在各實(shí)施方案中，檢索的信息可與將力407施加于傳感器布局402的用戶的呼吸速率、心跳速率、體力或身體運(yùn)動(dòng)中的至少一個(gè)有關(guān)。

在各實(shí)施方案中，處理電路可電學(xué)耦接至光學(xué)收發(fā)器，例如電學(xué)耦接至光學(xué)檢測器。

在各實(shí)施方案中，處理電路可包括用于顯示感測或測定結(jié)果的顯示器。

在各實(shí)施方案中，處理電路可包括用于提示用戶的警報(bào)模塊，例如所述警報(bào)模塊可包括用于輸出圖像的視頻單元和/或用于輸出聲音的音頻單元。

在各實(shí)施方案上下文中，傳感裝置400可以是用于用戶呼吸速率、心率、體力或身體運(yùn)動(dòng)中的至少一個(gè)的測定的監(jiān)測裝置或醫(yī)療裝置。

圖4B示出圖示根據(jù)各實(shí)施方案用于感測力的方法的流程圖430。

在432，將光學(xué)信號提供給光纖用于在光纖中傳播。

在434，將力施加于光纖和鄰接光纖布置的至少一個(gè)間隔器元件以調(diào)制在光纖中傳播的光學(xué)信號。

在436，檢測由力調(diào)制的光學(xué)信號。

在所述方法的各實(shí)施方案中，可從檢測的光學(xué)信號檢索對應(yīng)于所述力的信息。所述信息可與用戶或個(gè)人的呼吸速率、心跳速率、體力或身體運(yùn)動(dòng)中的至少一個(gè)有關(guān)。

各實(shí)施方案可提供例如呈傳感器墊形式的傳感器布局。所述傳感器布局可包括頂層和底層，其可充當(dāng)?shù)谝缓偷诙采w層。頂層和底層各自可包括布置為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的纖維或纖維材料(例如聚酯纖維)，在鄰接纖維之間具有間隙或孔。所述傳感器布局可按某一方式構(gòu)造，使得頂層和底層含有具有大面積網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的纖維(例如聚酯纖維)，且在頂層與底層之間是含有光纖(例如多模纖維)的區(qū)段或區(qū)域或光纖(例如多模纖維)區(qū)段，和一個(gè)或多個(gè)間隔器如一個(gè)或多個(gè)虛擬纖維(例如虛擬光纖)和/或一個(gè)或多個(gè)管或棒(例如塑料和/或金屬管或塑料和/或金屬棒)，以調(diào)節(jié)各實(shí)施方案的傳感器布局(傳感器墊)的動(dòng)態(tài)工作范圍，和因此還有各實(shí)施方案的傳感裝置的動(dòng)態(tài)工作范圍。

圖5A示出根據(jù)各實(shí)施方案的傳感裝置500的示意性立體視圖，其中傳感裝置500的傳感器布局502以分解視圖示出。圖5B和圖5C分別示出傳感裝置500的傳感器布局502的示意性俯視圖和立體視圖。

參考示出傳感器布局502和傳感裝置(或傳感器)構(gòu)造的圖5A至圖5C，傳感裝置500可包括具有頂(覆蓋)層508a和底(覆蓋)層508b的傳感器布局502，層508a、層508b兩者具有具大面積網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚酯纖維(或聚酯纖維材料)。這可意味著頂層508a和底層508b各自可包括網(wǎng)狀聚酯纖維結(jié)構(gòu)。

多模纖維504區(qū)段或含有多模纖維504的區(qū)段布置在層508a、層508b之間。傳感器布局502還包括鄰接多模纖維504或鄰接多模纖維504區(qū)段并布置在層508a、層508b之間的至少一個(gè)間隔器或間隔器元件506。間隔器元件506可與多模纖維504分隔布置。間隔器元件506可與多模纖維504布置在同一平面中。作為非限制性實(shí)例，如圖5A至圖5C所圖示般，可提供四個(gè)間隔器元件506。每個(gè)間隔器元件506可以是虛擬纖維或虛擬光纖，或塑料/金屬管/棒。

多模纖維504可按蜿蜒(或曲折)形狀布置。多模纖維504可具有相互面向的至少兩個(gè)區(qū)段(例如在虛線框510a、虛線框510b內(nèi)示出的兩個(gè)這種區(qū)段)。兩個(gè)區(qū)段510a、區(qū)段510b可以是多模纖維504的相鄰區(qū)段。多模纖維504的兩個(gè)區(qū)段510a、510b可相互分隔布置。多模纖維504的兩個(gè)區(qū)段510a、區(qū)段510b可至少大體上相互平行布置。如圖5A至圖5C中所示出般，作為非限制實(shí)例，間隔器元件506可布置在兩個(gè)(相鄰)區(qū)段510a、區(qū)段510b之間。

多模纖維504可包括至少一個(gè)彎曲(或折曲)區(qū)段511。作為非限制性實(shí)例，如圖5A至圖5C中所圖示般，多模纖維504可包括三個(gè)彎曲(或折曲)區(qū)段511。如圖5B中所示出般，可在多模纖維504的鄰接彎曲區(qū)段511之間界定間距或周期p。

如圖5A至圖5C中所示出般，間隔器元件506可包括至少一個(gè)彎曲(或折曲)區(qū)段512，例如以順應(yīng)多模纖維504的形狀。

如上所述，例如呈傳感器墊形式的傳感器布局502可按某一方式構(gòu)造以包括具有布置為大面積網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚酯纖維的頂層508a和底層508b?？稍陧攲?08a與底層508b之間提供具有多模纖維504和作為間隔器元件506的虛擬纖維或塑料棒的區(qū)段。

傳感裝置500還可包括光學(xué)耦接至多模纖維504的光學(xué)收發(fā)器518。光學(xué)收發(fā)器518可包括光學(xué)源(例如光源)520和光學(xué)檢測器522。光學(xué)源520可經(jīng)由另一光纖(例如多模纖維或單模纖維)523a光學(xué)耦接至多模纖維504的一端。所述另一光纖523a可經(jīng)由纖維連接器524a或拼接接頭進(jìn)一步光學(xué)耦接至多模纖維504。光學(xué)檢測器522可經(jīng)由又一光纖(例如多模纖維或單模纖維)523b光學(xué)耦接至多模纖維504的另一端。所述又一光纖523b可經(jīng)由纖維連接器524b或拼接接頭進(jìn)一步光學(xué)耦接至多模纖維504。

來自光學(xué)源520的光可發(fā)射至傳感器布局502的多模纖維504的一端中，同時(shí)可將多模纖維504的另一端連接至光學(xué)檢測器522。

在各實(shí)施方案中，光學(xué)源520可以是激光器、LED和/或其它寬帶或窄帶光源。

在各實(shí)施方案中，光學(xué)檢測器522可用于將光學(xué)信號轉(zhuǎn)化為電子信號。

傳感裝置500還可包括處理電路(例如信號處理單元)526，其可具有報(bào)告例如生命征象參數(shù)的顯示器和警報(bào)功能?？捎商幚韱卧?26完成數(shù)據(jù)獲取和分析，用顯示器和警報(bào)報(bào)告生命征象參數(shù)并提示用戶。

在各實(shí)施方案中，傳感裝置500可包括收發(fā)器，其包括或組成自光源520、檢測器522和具有報(bào)告并提示用戶的顯示器和警報(bào)功能的處理單元526。

在各實(shí)施方案中，多模纖維504可以是玻璃光纖、塑料光纖或其它類型的光纖。在各實(shí)施方案中，呈虛擬纖維或虛擬管/棒形式的每個(gè)間隔器元件506可以是玻璃光纖、塑料光纖或其它類型的棒。

在各實(shí)施方案中，可將保護(hù)性覆蓋層(未示出)提供給或添加至傳感器布局502的層508a，且可將另一個(gè)保護(hù)性覆蓋層(未示出)提供給或添加至傳感器布局502的層508b。

在圖5C中，箭矢507指示施加于傳感器布局502的力或力的方向。對于不含間隔器的傳感器，大部分的力施用在多模纖維上。當(dāng)將一個(gè)或多個(gè)間隔器506用于各實(shí)施方案的傳感器布局(例如傳感器墊)502中時(shí)，力507的一部分被轉(zhuǎn)移至間隔器506且可減小作用于多模纖維504上的有效力，并因此可增強(qiáng)傳感器布局502和整個(gè)傳感裝置500的動(dòng)態(tài)范圍。

在各實(shí)施方案中，可將間隔器元件506如虛擬纖維或塑料/金屬管/棒放置在多模纖維504的兩個(gè)相鄰區(qū)段(例如510a、510b)之間。當(dāng)如圖5C中所示出將力507施加于傳感器布局(例如傳感器墊)502上時(shí)，元件506和多模纖維504可一起或共同支持力507；這可減小施用在多模纖維504上的總力。結(jié)果，可增強(qiáng)傳感器布局502和整個(gè)傳感裝置500的動(dòng)態(tài)工作范圍。

圖6示出各實(shí)施方案的傳感器墊的頂層或底層中的至少一個(gè)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)區(qū)段的圖像652。如圖6中所示出般，頂層和/或底層可具有布置或相互耦接為網(wǎng)狀或柵格狀結(jié)構(gòu)的纖維(例如聚酯纖維)654。纖維654區(qū)段或鄰接纖維654之間可存在間隙或孔656，其中每個(gè)孔656可以是例如正方形、矩形或任何其它形狀。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的間距s可在幾百微米(μm)至幾毫米(mm)范圍內(nèi)。作為非限制性實(shí)例，間距s可介于約100μm與約10mm之間。

由于傳感器墊的頂層和底層的大面積網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可將具有較長長度的光纖(例如多模纖維504)用于覆蓋安置在傳感器墊上的身體區(qū)域，同時(shí)還可通過將不同大小(例如直徑)的虛擬纖維或塑料/金屬棒/管用作間隔器來調(diào)節(jié)傳感器墊和因此整個(gè)傳感裝置的動(dòng)態(tài)工作范圍。

在各實(shí)施方案中，通過選擇或改變光纖或多模纖維微彎的合適間距s、光纖或多模纖維的半徑(例如光纖或多模纖維核心的半徑)、光纖或多模纖維的數(shù)值孔徑(NA)或間隔器(或間隔器元件)的直徑中的至少一個(gè)，各實(shí)施方案的傳感器墊的動(dòng)態(tài)工作范圍可定制為如圖7中示出的設(shè)計(jì)規(guī)范，其中線圖750中圖示的曲線752示出各實(shí)施方案的傳感裝置的光學(xué)損耗與施加于傳感裝置的傳感器墊的重量之間的關(guān)系。

在各實(shí)施方案中，如圖5A中示出的傳感器墊502可與彈性材料例如硅(Si)材料一起模制以形成例如用于體力測定的較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

在各實(shí)施方案中，出于測定目的，可將各實(shí)施方案的傳感器布局或傳感器墊(例如502)放置在床單與床墊之間或在床墊下。還可將傳感器墊包埋在床單、床墊、坐墊、枕頭等中的至少一個(gè)內(nèi)。對于坐靠應(yīng)用，可將傳感器墊放置在座位靠背中或在座位下。

人體例如由于呼吸和/或心臟跳動(dòng)而施用在各實(shí)施方案的傳感器布局或傳感器墊(例如502)上的周期性壓力或力差異可調(diào)制沿或經(jīng)過或在光纖或多模纖維(例如504)內(nèi)傳播的光。例如，當(dāng)傳感器墊用戶身體的背部在傳感器墊上搖動(dòng)或移動(dòng)時(shí)，可根據(jù)用戶的運(yùn)動(dòng)調(diào)制在多模纖維內(nèi)傳播的光。可在其振幅和頻率方面對光進(jìn)行調(diào)制。可通過由信號處理單元(例如526)提取并處理經(jīng)調(diào)制的光來獲得用戶呼吸速率、心跳速率、體力或身體運(yùn)動(dòng)中至少一個(gè)的信息。

對于肥胖患者應(yīng)用，體重一般大于約100kg。在這些應(yīng)用中，不含間隔器的傳感器墊可因如上所述傳感器墊在極低靈敏范圍內(nèi)工作或甚至不存在光輸出而無法工作。然而，在使用間隔器或間隔器元件的傳感器布局或傳感器墊的各實(shí)施方案中，傳感器墊可在合理靈敏范圍內(nèi)操作，使得傳感裝置或感測系統(tǒng)對于各種應(yīng)用包括肥胖患者應(yīng)用可正常工作。

圖8A和圖8B示出利用各實(shí)施方案的傳感器墊的坐靠應(yīng)用的測定結(jié)果。圖8A示出個(gè)人(用戶)852坐在在椅子854上具有間隔器的傳感器布局或傳感器墊802上的圖像850。圖8B示出利用具有間隔器的傳感器墊802測定的典型呼吸模式(呼吸模式)860和典型心跳模式(心沖擊描記圖(BGG)信號/波形)862。可觀察到可正確測定個(gè)人的呼吸和心跳信號。

為了證實(shí)各實(shí)施方案的傳感器布局或傳感器墊關(guān)于大動(dòng)態(tài)工作范圍的容量和能力，具有約55kg體重的用戶952可如圖9A的圖像950中所示出般站立在安置在地板956上的紙張堆疊954中的、具有間隔器的傳感器墊902上。圖9B示出利用各實(shí)施方案的傳感器墊的站立應(yīng)用的測定結(jié)果，圖示了利用具有間隔器的傳感器墊902測定的心沖擊描記圖(BCG)信號/波形960?？捎^察到，仍可測定心沖擊描記圖(BCG)信號960?？稍贐CG信號960中清楚見到用戶952的心臟跳動(dòng)?？苫趯CG信號960的呼吸誘發(fā)調(diào)制推導(dǎo)出呼吸速率。

在各實(shí)施方案中，為進(jìn)行體重測定，可如圖10中所示出般利用以下非限制性方法計(jì)算體重。

圖10示出圖示根據(jù)各實(shí)施方案用于體重測定的方法的圖1050。所述方法可包括：

(1)校正階段：在這個(gè)階段中，不將體重施加于傳感器布局或傳感器墊。獲取在預(yù)設(shè)或預(yù)定時(shí)間例如10s內(nèi)的數(shù)據(jù)。計(jì)算曲線的平均值Wc(由1052表示)。

(2)測定階段：在這個(gè)階段中，將體重施加于傳感器布局或傳感器墊。獲取在預(yù)設(shè)或預(yù)定時(shí)間例如10s內(nèi)的數(shù)據(jù)。計(jì)算曲線的平均值Wm(由1054表示)。

(3)報(bào)告結(jié)果：在這個(gè)階段中，可利用以下關(guān)系確定相對體重變化RW

RW＝k(Wc-Wm)(方程1)，

其中k是校正系數(shù)。

應(yīng)明白，為進(jìn)行上述測定，受試者或用戶可以是采用例如躺臥姿勢或站立姿勢。

類似于體重測定，還可測定心搏力。圖11示出利用各實(shí)施方案的傳感器布局或傳感器墊從受試者(用戶)測定的典型心沖擊描記圖(BCG)波形1150。將測得的BCG波形1150分為三個(gè)階段：

(1)由1152表示的射血前期(FGH)；

(2)由1154表示的射血期(IJK)；和

(3)由1156表示的心搏周期舒張部分(LMN)。

可利用諸如GH、HI、IJ和JK幅度的關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算心搏力。例如，一旦已知IJ幅度或HI、IJ和JK幅度的算數(shù)平均數(shù)，便可根據(jù)以下獲得心搏力CF

CFij＝k*(IJ幅度)(方程2)，

或

CFhiijjk＝k*(HI、IJ和JK幅度的平均數(shù))(方程3)，

其中k是校正系數(shù)。

利用上述方法和各實(shí)施方案的傳感裝置對受試者實(shí)施測定。在非限制性實(shí)例中，IJ和JK幅度的平均數(shù)經(jīng)確定為約24.5幅度單位且計(jì)得的k為約0.00733kg/幅度單位。因此，心搏力可確定為

CFijjk＝0.00733*24.5＝0.18kg.

如上所述，各實(shí)施方案可提供通過將虛擬纖維或塑料/金屬管/棒用作間隔器來調(diào)節(jié)微彎纖維傳感器墊的動(dòng)態(tài)工作范圍的方法和裝置?？啥ㄎ婚g隔器，使傳感器墊的傳感多模纖維區(qū)段位于具有大面積網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的含聚酯纖維的頂層與底層之間。

各實(shí)施方案可提供利用各實(shí)施方案的微彎纖維傳感器墊從躺臥或站立姿勢時(shí)的心沖擊描記圖(BCG)波形測定呼吸速率、心率、體重和體力中的至少一個(gè)例如心搏力的方法和裝置。

如上所述，各實(shí)施方案的傳感裝置能夠在大動(dòng)態(tài)工作范圍下工作。所述傳感裝置可應(yīng)用于肥胖患者和安保應(yīng)用，例如以在人員可能甚至不知曉其正接受監(jiān)測的情況下測定人員的呼吸速率、心率變化和體重，以了解所述人員在安保檢查期間是否說謊或隱藏某些事物。還可將各實(shí)施方案的傳感器布局或傳感器墊用于在醫(yī)院和家中監(jiān)測生命體征。另一應(yīng)用是可將傳感裝置和方法用于心力/心壓的非侵入性評估。

雖然已參考具體實(shí)施方案特定地示出并描述本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解在脫離隨附權(quán)利要求界定的本發(fā)明精神和范圍下可對其進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種變化。因此本發(fā)明的范圍是由隨附權(quán)利要求指定且因此希望涵蓋在權(quán)利要求的等效含義和范圍內(nèi)的所有變化。