專利名稱：一種波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)和心音檢測(cè)裝置及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種波長(zhǎng)調(diào)解系統(tǒng)和心音檢測(cè)裝置及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
智能服裝是電子信息學(xué)科、材料學(xué)科、紡織學(xué)科及其它相關(guān)學(xué)科結(jié)合與交叉的產(chǎn)物，它不僅能夠?qū)θ梭w外部環(huán)境或內(nèi)部狀態(tài)變化進(jìn)行感知，而且通過(guò)反饋機(jī)制，能實(shí)時(shí)地對(duì)這種變化做出反應(yīng)，具有攜帶方便、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)。感知、反饋和反應(yīng)是智能服裝的三大要素。智能服裝的理念起源與上世紀(jì)70年代末80年代初流行的“可穿戴計(jì)算機(jī)”技術(shù)， 由于集成電路技術(shù)的進(jìn)步，原來(lái)安裝在背包中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以植入衣服中，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從系統(tǒng)中獲取信息。最早的智能服裝在1993年誕生于美國(guó)麻省理工學(xué)院的媒體實(shí)驗(yàn)室。目前國(guó)外對(duì)檢測(cè)人體生理參數(shù)智能服裝的研究主要集中在歐洲和美國(guó)，研究的主要方向集中在各生理參數(shù)的檢測(cè)方法和傳感器織入服裝的方法方面，具有代表性的智能服裝原型主要有歐洲的VTAMN、WEALTHY、MagIC, MyHeart原型和美國(guó)的SmartShirt、LifeShirt 原型。其中，VTAMN原型是一件T恤，內(nèi)部植入4個(gè)干心電(ECG)電極、I個(gè)呼吸速率傳感器、一個(gè)撞擊/摔倒探測(cè)器和2個(gè)溫度傳感器，這些傳感器通過(guò)織入服裝的導(dǎo)電纖維將感測(cè)信號(hào)傳輸給接收設(shè)備?？蓪?shí)現(xiàn)人體心率、溫度、呼吸運(yùn)動(dòng)的監(jiān)測(cè)，以及是否發(fā)生摔倒、撞擊等突發(fā)事件的探測(cè)。WEALTHY原型是一件具有無(wú)線傳輸功能的服裝，內(nèi)部嵌入織物傳感器，用于對(duì)人體生理信號(hào)進(jìn)行同步、連續(xù)地采集，所采集的生理信息包括心電圖、呼吸、肌電圖(EMG)和身體運(yùn)動(dòng)情況。這種智能服裝嵌入了由具有壓阻特性的紗線制作的壓力織物傳感器和由金屬紗線制作的織物電極。MagIC原型是一件嵌入傳感器的汗衫，內(nèi)部集成了織物傳感器用于心電和呼吸頻率的探測(cè)，以及一個(gè)便攜式電路板用于人體運(yùn)動(dòng)的評(píng)估和信號(hào)的處理。可通過(guò)藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能服裝與外部監(jiān)視器的數(shù)據(jù)傳輸。MyHeart智能服裝原型用于心血管疾病的早期檢測(cè)和預(yù)防，它可以連續(xù)或周期檢測(cè)與心臟相關(guān)的重要數(shù)據(jù)，從而獲取人體健康狀況的信息。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，MyHeart原型中集成了各種體表傳感器和電子系統(tǒng)，利用這些裝置可實(shí)現(xiàn)生理數(shù)據(jù)的采集、處理和評(píng)估。國(guó)內(nèi)的智能服裝研究，在檢測(cè)方法、電路設(shè)計(jì)、傳感器與織物的結(jié)合，信號(hào)處理等方面均處于起步階段，與歐洲和美國(guó)的研究水平相比，存在著明顯的差距。目前，東華大學(xué)、華中科技大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)等在智能纖維、織物傳感器、功能織物部件、智能服裝健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)等方面已經(jīng)開展了一些研究工作。光纖光柵(FBG)具有體積小、重量輕、靈敏度高、抗電磁干擾、易于實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量和與紗線兼容等優(yōu)點(diǎn)，因此，光纖光柵是應(yīng)用于智能服裝中最具優(yōu)勢(shì)和潛力的傳感元件之一。由于光纖光柵屬于一種波長(zhǎng)調(diào)制型的光纖傳感器，為實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物理量的檢測(cè)，需要進(jìn)行波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)的研究。本發(fā)明涉及的波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)分布式光纖光柵的動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)解調(diào)，與光纖光柵心音傳感器組合構(gòu)成心音檢測(cè)裝置，該裝置可應(yīng)用于檢測(cè)人體生理參數(shù)的智能服裝中，實(shí)現(xiàn)人體心音的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種波長(zhǎng)調(diào)解系統(tǒng)和心音檢測(cè)裝置及應(yīng)用。本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問(wèn)題在于提供一種應(yīng)用上述波長(zhǎng)調(diào)解系統(tǒng)的心音檢測(cè)裝置。本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問(wèn)題在于提供上述心音檢測(cè)裝置的應(yīng)用。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是如附圖I所示，一種波長(zhǎng)調(diào)解系統(tǒng)，由ASE寬帶光源、光隔離器、F-P可調(diào)諧濾波器、光環(huán)行器、光探測(cè)器和用于實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)解調(diào)和心音信號(hào)處理的信號(hào)處理單元組成，其中ASE寬帶光源依次與光隔離器、F-P可調(diào)諧濾波器和光環(huán)行器第一輸入端口線路連接，所述光環(huán)行器第三端口依次與光探測(cè)器和信號(hào)處理單元輸入端口線路連接，所述信號(hào)處理單元輸出端口與F-P可調(diào)諧濾波器控制端口線路連接。優(yōu)選的，上述波長(zhǎng)調(diào)解系統(tǒng)，所述信號(hào)處理單元由I/V變換電路、低通濾波器電路、DSP芯片、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路、電壓放大電路組成，其中I/V變換電路依次與低通濾波器和DSP芯片的模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸入端口線路連接，所述DSP芯片依次與數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路和電壓放大電路線路連接。優(yōu)選的，上述波長(zhǎng)調(diào)解系統(tǒng)，所述DSP芯片型號(hào)為TMS320F28335，DAC芯片型號(hào)為AD5725。優(yōu)選的，上述波長(zhǎng)調(diào)解系統(tǒng)，所述信號(hào)處理單元是通過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)解調(diào)的信號(hào)處理單元輸出掃描電壓控制F-P濾波器透射波長(zhǎng)移動(dòng)到工作點(diǎn)位置，并加入擾動(dòng)信號(hào)使F-P濾波器透射波長(zhǎng)在工作點(diǎn)處穩(wěn)定，此時(shí)光探測(cè)器輸出信號(hào)經(jīng)I/V變換和低通濾波后得到解調(diào)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖光柵的動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)解調(diào)。優(yōu)選的，上述波長(zhǎng)調(diào)解系統(tǒng)，所述信號(hào)處理單元是通過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)解調(diào)工作點(diǎn)自動(dòng)校準(zhǔn)的信號(hào)處理單元首先對(duì)F-P濾波器調(diào)諧范圍進(jìn)行一次全掃描，同步對(duì)光探測(cè)器輸出信號(hào)進(jìn)行采集，根據(jù)采集數(shù)據(jù)計(jì)算出波長(zhǎng)解調(diào)工作點(diǎn)的閾值電壓，然后信號(hào)處理單元再次輸出掃描電壓，控制F-P濾波器透射波長(zhǎng)從高到低移動(dòng)，同時(shí)采集光探測(cè)器輸出信號(hào)，當(dāng)光探測(cè)器輸出信號(hào)大于工作點(diǎn)閾值電壓時(shí)，停止掃描，此時(shí)F-P透射波長(zhǎng)到達(dá)工作點(diǎn)位置，從而實(shí)現(xiàn)工作點(diǎn)自動(dòng)校準(zhǔn)。一種應(yīng)用上述波長(zhǎng)調(diào)解系統(tǒng)的心音檢測(cè)裝置，還包括光纖光柵心音傳感器，所述光纖光柵心音傳感器采用膜盒式結(jié)構(gòu)，光纖光柵粘貼在圓形振動(dòng)膜片中心，粘帖位置為沿圓形振動(dòng)膜片直徑中心對(duì)稱，粘合劑使用環(huán)氧樹脂，所述光纖光柵心音傳感器與波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)的光環(huán)行器第二端口線路連接。優(yōu)選的，上述心音檢測(cè)裝置，所述信號(hào)處理單元是通過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)心音信號(hào)處理的信號(hào)處理單元采用小波消噪的方法從光纖光柵心音傳感器輸出信號(hào)中提取信噪比較好的心音信號(hào)，去除人體呼吸運(yùn)動(dòng)等對(duì)光纖光柵心音傳感器輸出信號(hào)的影響。優(yōu)選的，上述心音檢測(cè)裝置，所述信號(hào)處理單元實(shí)現(xiàn)心音信號(hào)處理的具體步驟為在采樣率為IKHz的情況下，首先選用db4小波基函數(shù)對(duì)光纖光柵心音傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行5層小波分解，然后對(duì)各層分解信號(hào)進(jìn)行硬閾值處理，僅保留d5和d4層信號(hào)，其余各層分解信號(hào)被舍棄，最后利用d5和d4層信號(hào)進(jìn)行小波重構(gòu)，從而得到信噪比較好的心音信號(hào)。上述心音檢測(cè)裝置在智能服裝中的應(yīng)用。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)光纖光柵動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)解調(diào)，具有波長(zhǎng)解調(diào)工作點(diǎn)自動(dòng)校準(zhǔn)和抑制工作點(diǎn)漂移的功能。應(yīng)用上述波長(zhǎng)調(diào)解系統(tǒng)的心音檢測(cè)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)人體心音的檢測(cè)，具有檢測(cè)靈敏度高、抗電磁干擾的特點(diǎn)。應(yīng)用上 述心音檢測(cè)裝置的智能服裝能夠?qū)θ梭w心音信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)心血管疾病的早期發(fā)現(xiàn)，從而使患者得到及時(shí)救治，避免死亡，在臨床治療和居家健康監(jiān)護(hù)等方面具有特別重要的意義。另外，上述智能服裝還可以應(yīng)用于軍事與航天、娛樂與通訊、安全與保衛(wèi)等領(lǐng)域，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。


圖I是波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)原理框圖；圖2是信號(hào)處理單元的組成框圖；圖3是將所述的心音檢測(cè)裝置應(yīng)用于智能服裝的設(shè)計(jì)原理圖；圖中I-彈性衣料2-光纖光柵心音傳感器3-粘鎖4-拉鏈5-傳輸光纖6-光纖連接器圖4是心音檢測(cè)裝置實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比圖(其中(a)為心音檢測(cè)裝置檢測(cè)到的心音信號(hào)；(b)為HKY06心音傳感器同步檢測(cè)的心音信號(hào))。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例I如附圖I所示，一種波長(zhǎng)調(diào)解系統(tǒng)，由ASE寬帶光源、光隔離器、F-P可調(diào)諧濾波器、光環(huán)行器、光探測(cè)器和用于實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)解調(diào)和心音信號(hào)處理的信號(hào)處理單元組成，其中ASE寬帶光源依次與光隔離器、F-P可調(diào)諧濾波器和光環(huán)行器第一輸入端口線路連接，所述光環(huán)行器第三端口依次與光探測(cè)器和信號(hào)處理單元輸入端口線路連接，所述信號(hào)處理單元輸出端口與F-P可調(diào)諧濾波器控制端口線路連接，所述信號(hào)處理單元，如附圖2所示，光電探測(cè)器輸出信號(hào)進(jìn)入I/V變換電路，I/V變換電路依次與低通濾波電路、DSP芯片內(nèi)部ADC模塊線路連接，所述DSP芯片依次與數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路、電壓放大電路連接，電壓放大電路輸出F-P濾波器控制信號(hào)。所述波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)的工作原理如下光纖光柵的反射譜函數(shù)RU)和F-P濾波器透射譜函數(shù)TU)如下及(又)=R,Cxpf^(A-A1)2]
bX
權(quán)利要求
1.一種波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于由ASE寬帶光源、光隔離器、F-P可調(diào)諧濾波器、光環(huán)行器、光探測(cè)器和用于實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)解調(diào)和心音信號(hào)處理的信號(hào)處理單元組成，其中ASE寬帶光源依次與光隔離器、F-P可調(diào)諧濾波器和光環(huán)行器第一輸入端口線路連接，所述光環(huán)行器第三端口依次與光探測(cè)器和信號(hào)處理單元輸入端口線路連接，所述信號(hào)處理單元輸出端口與F-P可調(diào)諧濾波器控制端口線路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)處理單元由I/V變換電路、低通濾波器電路、DSP芯片、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路、電壓放大電路組成，其中I/V變換電路依次與低通濾波器和DSP芯片的模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸入端口線路連接，所述DSP芯片依次與數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路和電壓放大電路線路連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述DSP芯片型號(hào)為TMS320F28335, DAC 芯片型號(hào)為 AD5725。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)處理單元是通過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)解調(diào)的信號(hào)處理單元輸出掃描電壓控制F-P濾波器透射波長(zhǎng)移動(dòng)到工作點(diǎn)位置，并加入擾動(dòng)信號(hào)使F-P濾波器透射波長(zhǎng)在工作點(diǎn)處穩(wěn)定，此時(shí)光探測(cè)器輸出信號(hào)經(jīng)低通濾波后得到解調(diào)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖光柵的動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)解調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)處理單元是通過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)解調(diào)工作點(diǎn)自動(dòng)校準(zhǔn)的信號(hào)處理單元首先對(duì)F-P濾波器調(diào)諧范圍進(jìn)行一次全掃描，同步對(duì)光探測(cè)器輸出信號(hào)進(jìn)行采集，根據(jù)采集數(shù)據(jù)計(jì)算出波長(zhǎng)解調(diào)工作點(diǎn)的閾值電壓，然后信號(hào)處理單元再次輸出掃描電壓，控制F-P濾波器透射波長(zhǎng)從高到低移動(dòng)，同時(shí)米集光探測(cè)器輸出信號(hào)，當(dāng)光探測(cè)器輸出信號(hào)大于工作點(diǎn)閾值電壓時(shí)，停止掃描，此時(shí)F-P透射波長(zhǎng)到達(dá)工作點(diǎn)位置，從而實(shí)現(xiàn)工作點(diǎn)位置自動(dòng)校準(zhǔn)。
6.一種應(yīng)用權(quán)利要求1-5之一所述波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)的心音檢測(cè)裝置，其特征在于還包括光纖光柵心音傳感器，所述光纖光柵心音傳感器米用膜盒式結(jié)構(gòu)，光纖布拉格光柵粘貼在圓形振動(dòng)膜片中心，粘帖位置為沿圓形振動(dòng)膜片直徑中心對(duì)稱，粘合劑使用環(huán)氧樹脂，所述光纖光柵心音傳感器與波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)的光環(huán)行器第二端口線路連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的心音檢測(cè)裝置，其特征在于所述信號(hào)處理單元是通過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)心音信號(hào)處理的信號(hào)處理單元采用小波消噪的方法從光纖光柵心音傳感器輸出信號(hào)中提取信噪比較好的心音信號(hào)，去除人體呼吸運(yùn)動(dòng)、溫度變化對(duì)傳感器輸出信號(hào)的影響。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的心音檢測(cè)裝置，其特征在于所述信號(hào)處理單元實(shí)現(xiàn)心音信號(hào)處理的具體步驟為在采樣率為IKHz的情況下，首先選用db4小波基函數(shù)對(duì)光纖光柵心音傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行5層分解，然后對(duì)各層分解信號(hào)進(jìn)行硬閾值處理，僅保留d5和d4層信號(hào)，其余各層分解信號(hào)被舍棄，最后利用d5和d4層信號(hào)進(jìn)行小波重構(gòu)，從而得到信噪比較好的心音信號(hào)。
9.權(quán)利要求6-8之一所述的心音檢測(cè)裝置在智能服裝中的應(yīng)用。
全文摘要
一種波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)和心音檢測(cè)裝置及應(yīng)用，屬于光電技術(shù)領(lǐng)域。所述波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)由ASE寬帶光源、光隔離器、F-P可調(diào)諧濾波器、光環(huán)行器、光探測(cè)器和用于實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)解調(diào)和心音信號(hào)處理的信號(hào)處理單元組成，可實(shí)現(xiàn)光纖光柵反射波長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)解調(diào)，具有動(dòng)態(tài)解調(diào)工作點(diǎn)自動(dòng)校準(zhǔn)和抑制工作點(diǎn)漂移的功能。所述波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)與光纖光柵心音傳感器組成心音檢測(cè)裝置，采用小波消噪方法去除波長(zhǎng)解調(diào)信號(hào)中混有的呼吸運(yùn)動(dòng)信號(hào)成分和其它噪聲，提取出信噪比較好的心音信號(hào)。將所述的心音檢測(cè)裝置應(yīng)用于智能服裝，對(duì)人體心音信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)心血管疾病的早期發(fā)現(xiàn)，從而使患者得到及時(shí)救治，避免死亡，在臨床治療和居家健康監(jiān)護(hù)等方面具有特別重要的意義。
文檔編號(hào)A61B7/04GK102813528SQ20121033101
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月10日
發(fā)明者苗長(zhǎng)云, 張 誠(chéng), 高華, 李鴻強(qiáng) 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)