本實(shí)用新型涉及電子通訊技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種睡眠監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代社會(huì)人們?nèi)找骊P(guān)注自身的健康狀況，尤其是疾病患者，對(duì)睡眠狀態(tài)下呼吸、心跳和體動(dòng)等睡眠相關(guān)數(shù)據(jù)信息日益關(guān)注，這就需要一種睡眠監(jiān)測(cè)裝置來監(jiān)測(cè)人體睡眠狀態(tài)下的呼吸、心跳和體動(dòng)等睡眠相關(guān)數(shù)據(jù)。

目前睡眠監(jiān)測(cè)裝置主要是智能手表和智能手環(huán)之類的穿戴式設(shè)備，通過加速度傳感器來判斷夜晚睡眠時(shí)的翻身情況，但是無法檢測(cè)呼吸頻率和心率，對(duì)睡眠質(zhì)量的監(jiān)測(cè)功能比較單一。而且在睡眠時(shí)佩戴手表手環(huán)等會(huì)對(duì)身體造成不適，且傳統(tǒng)睡眠監(jiān)測(cè)裝置需放在人體脖子往下20-30公分的位置時(shí)，數(shù)據(jù)采集才最為準(zhǔn)確，放在其它位置時(shí)數(shù)據(jù)測(cè)量不精準(zhǔn)；一是由于在人體脖子往下20-30公分的位置時(shí)人體生命體征震動(dòng)最為強(qiáng)烈，方便采集；二是在人體生命體征震動(dòng)微弱的位置，這種固定位置的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方式，需要穿戴式設(shè)備并保持特定的睡眠姿勢(shì)才能實(shí)現(xiàn)高靈敏度的數(shù)據(jù)采集，這些都是本領(lǐng)域技術(shù)人員所不愿見到的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述存在的問題，本實(shí)用新型公開了一種睡眠監(jiān)測(cè)裝置，包括：

壓電薄膜傳感器，獲取人體在睡眠狀態(tài)下呼吸、心跳和體動(dòng)產(chǎn)生的壓力信號(hào)，并將所述壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡姾尚盘?hào)進(jìn)行輸出；

電荷放大器，與所述壓電薄膜傳感器連接，以接收并將所述電荷信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)進(jìn)行輸出；

處理器，與所述電荷放大器連接，以接收并處理所述電壓信號(hào)生成睡眠數(shù)據(jù)。

上述的睡眠監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述電荷放大器包括電荷轉(zhuǎn)電壓模塊和與所述電荷轉(zhuǎn)電壓模塊連接的電壓調(diào)節(jié)模塊；

所述電荷轉(zhuǎn)電壓模塊將所述壓電薄膜傳感器輸出的電荷信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，所述電壓調(diào)節(jié)模塊接收并調(diào)節(jié)所述電壓信號(hào)，且所述處理器接收并根據(jù)調(diào)節(jié)后的所述電壓信號(hào)輸出所述睡眠數(shù)據(jù)。

上述的睡眠監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述電壓調(diào)節(jié)模塊為反向放大器。

上述的睡眠監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述睡眠監(jiān)測(cè)裝置還包括無線通信模塊和終端設(shè)備，所述處理器通過所述無線通信模塊將所述睡眠數(shù)據(jù)傳輸至所述終端設(shè)備。

上述的睡眠監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述無線通信模塊包括Wi-Fi設(shè)備。

上述的睡眠監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述終端設(shè)備包括手機(jī)或平板電腦。

上述的睡眠監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述睡眠監(jiān)測(cè)裝置還包括電源模塊，所述電源模塊與及所述處理器連接以為所述處理器供電。

上述的睡眠監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述電源模塊的輸出電源電壓為4～6V。

上述的睡眠監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述睡眠監(jiān)測(cè)裝置為一體化結(jié)構(gòu)。

上述的睡眠監(jiān)測(cè)裝置，其中，所述睡眠監(jiān)測(cè)裝置嵌入設(shè)置于一床墊中。

上述實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)或者有益效果：

本實(shí)用新型公開了一種睡眠監(jiān)測(cè)裝置，通過設(shè)置壓電薄膜傳感器采用檢測(cè)振動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)睡眠的監(jiān)測(cè)，從而不需要佩戴也不需要保持特定的睡眠姿勢(shì)，方便用戶使用，通過設(shè)置電荷放大器作為調(diào)節(jié)靈敏度設(shè)備可以提高監(jiān)測(cè)的靈敏度，達(dá)到準(zhǔn)確的呼吸速率檢測(cè)效果和翻身檢測(cè)效果以及較好的心率檢測(cè)效果。該裝置由于采用無線連接方式，可即插即用，簡(jiǎn)單方便；且工作電壓較低，對(duì)人體無任何傷害。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型及其特征、外形和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未可以按照比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本實(shí)用新型的主旨。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例中睡眠監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例中壓電薄膜傳感器及電荷放大器的原理示意圖；

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例中睡眠監(jiān)測(cè)裝置的電荷放大器和電壓調(diào)節(jié)模塊的示意圖；

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例中Wi-Fi設(shè)備的連接電路示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明，但是不作為本實(shí)用新型的限定。

如圖1所示，本實(shí)施例涉及一種睡眠監(jiān)測(cè)裝置，包括：壓電薄膜傳感器、電荷放大器、處理器、電源模塊和無線通信模塊；其中，壓電薄膜傳感器獲取人體在睡眠狀態(tài)下呼吸、心跳和體動(dòng)產(chǎn)生的壓力信號(hào)，并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡姾尚盘?hào)進(jìn)行輸出；電荷放大器與壓電薄膜傳感器連接，以接收并將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)進(jìn)行輸出；處理器與電荷放大器連接，以接收并處理電壓信號(hào)生成睡眠數(shù)據(jù)；無線通信模塊與處理器模塊連接，以通過無線通信模塊將睡眠數(shù)據(jù)傳輸至終端設(shè)備。

在本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，上述睡眠監(jiān)測(cè)裝置還包括人機(jī)接口。人機(jī)接口部分包括按鍵和指示燈，按鍵用于裝置在上電時(shí)控制設(shè)備進(jìn)入配置模式，指示燈用于指示當(dāng)前工作狀態(tài)。若上電時(shí)按鍵處于按下狀態(tài)，則裝置進(jìn)入配置模式，手機(jī)app接入裝置模擬的WIFI熱點(diǎn)進(jìn)行配置，完成后該裝置返回正常工作模式。

在本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，上述電荷放大器包括電荷轉(zhuǎn)電壓模塊和與電荷轉(zhuǎn)電壓模塊連接的電壓調(diào)節(jié)模塊；電荷轉(zhuǎn)電壓模塊將壓電薄膜傳感器輸出的電荷信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，電壓調(diào)節(jié)模塊接收并調(diào)節(jié)電壓信號(hào)，且處理器接收并根據(jù)調(diào)節(jié)后的電壓信號(hào)輸出睡眠數(shù)據(jù)。

在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的，上述電壓調(diào)節(jié)模塊為反向放大器。

在本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，無線通信模塊包括Wi-Fi設(shè)備，該Wi-Fi設(shè)備的連接電路如圖4所示。即本實(shí)用新型采用的是Wi-Fi傳輸方式，將睡眠監(jiān)測(cè)裝置上做一個(gè)Wi-Fi設(shè)備連接到無線路由器上，縮小了體積，大大簡(jiǎn)化了安裝要求，以解決現(xiàn)有技術(shù)中由于大多采用的是通過以太網(wǎng)接口有線連接到路由器上，再通過路由器連接到遠(yuǎn)程服務(wù)器或者手機(jī)終端，因而需要的設(shè)備多、布線受到限制，使用起來很不方便，功耗大的問題。

在本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，上述終端設(shè)備為手機(jī)或平板電腦等。

在本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，上述終端設(shè)備上設(shè)置有報(bào)警器，當(dāng)終端設(shè)備接收的睡眠數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)(例如心跳速率過快或過慢，呼吸頻率過快或過慢，翻身太多等)，報(bào)警器發(fā)出警報(bào)；從而實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)人體的生命體征反應(yīng)，當(dāng)用戶生命體征反應(yīng)不正常時(shí)，報(bào)警器立刻發(fā)出報(bào)警通知。

在本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，上述睡眠監(jiān)測(cè)裝置還包括電源模塊，電源模塊與處理器連接以為處理器供電。

在本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，電源模塊的輸出電源電壓為4～6V(例如4V、5V、5.5V或6V等)。

在本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，上述睡眠監(jiān)測(cè)裝置為一體化結(jié)構(gòu)，各部件無需用數(shù)據(jù)線連接，傳感器加主機(jī)一體式連接。

在本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，上述睡眠監(jiān)測(cè)裝置嵌入設(shè)置于一床墊中。

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型壓電薄膜傳感器及電荷放大器的原理進(jìn)行闡述：

如圖2所示，壓電薄膜傳感器1根據(jù)心跳、呼吸以及翻身的振動(dòng)特性的不同來獲取相關(guān)信息。壓電薄膜傳感器1的形變反應(yīng)在傳感器電荷變化上，壓電薄膜傳感器1主要為一種帶高輸出阻抗的器件，需要用電荷放大器2這樣的有著非常低的輸入阻抗的信號(hào)調(diào)節(jié)電路。需要將電荷量轉(zhuǎn)化為電壓量電荷放大器的增益為：

$Gain=\frac{1}{C_{FB}}(mV/C).$

電荷放大器對(duì)AC物理激勵(lì)的最終電路響應(yīng)(包括傳感器的寄生電容)為高通濾波器的響應(yīng)，其極頻為：

$f_{HPF}=\frac{1}{2{\mathrm{\πR}}_{FB}{C}_{FB}}.$

為了獲得較高的增益，需要降低電容增加增益的同時(shí)，也需要增加電阻來保持低極頻特性，但是增加電阻會(huì)影響噪聲特性和電路偏置。

壓電薄膜傳感器的輸出是一個(gè)由變形情況決定的電荷量，電荷量與形變成比例關(guān)系，將壓電傳感器一階建模為一個(gè)與傳感器寄生電容(此處稱作Cd)并聯(lián)的電流源，且電流與形狀變化的速率成比例關(guān)系。

信號(hào)調(diào)節(jié)電路必須具有非常低的輸入阻抗，以收集傳感器的大部分電荷輸出。因此，電荷放大器是理想的解決方案，因?yàn)橹灰糯笃髟谶@些信號(hào)頻率下保持高增益，其輸入便會(huì)讓傳感器信號(hào)出現(xiàn)虛擬接地。換句話說，如果傳感器的任何電荷想要在傳感器陽極(Cd)或者放大器輸入寄生電容(Ca)上增大，在放大器輸入端就會(huì)形成電壓。通過拉或吸取相同量的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)電荷電流，即R_FB和C_FB，這種電壓便立即得到了補(bǔ)償。

圖3是睡眠監(jiān)測(cè)裝置的電荷放大器和電壓調(diào)節(jié)模塊的示意圖。由于處理器的電壓采集電路只能采集處理正電壓信號(hào)，而圖2電荷放大器輸出信號(hào)為以0為均值的交流信號(hào)，需要對(duì)放大器輸入信號(hào)進(jìn)行直流偏置，本實(shí)用新型將采樣參考電壓的一半作為直流偏置值，使得處理器可以采集完整的信號(hào)波形。在實(shí)際應(yīng)用中，不同的應(yīng)用場(chǎng)合，電荷放大器的輸出信號(hào)幅度各不相同，處理時(shí)很難按統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分析信號(hào)，所以需要利用反向放大器進(jìn)行信號(hào)幅度調(diào)整。

綜上，本實(shí)用新型公開了一種睡眠監(jiān)測(cè)裝置，通過將壓電薄膜傳感器嵌入床墊的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)睡眠時(shí)心率、呼吸速率以及翻身情況的監(jiān)測(cè)以及數(shù)據(jù)輸出。由于采用檢測(cè)振動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)睡眠的監(jiān)測(cè)，不需要佩戴也不需要保持特定的睡眠姿勢(shì)，方便用戶使用；并通過設(shè)置電荷放大器作為調(diào)節(jié)靈敏度設(shè)備可以達(dá)到準(zhǔn)確的呼吸速率檢測(cè)效果和翻身檢測(cè)效果以及較好的心率檢測(cè)效果。該裝置只需要連接5V供電電源線即可開始工作，體積小、連接簡(jiǎn)單方便。相比以太網(wǎng)連接方式節(jié)省了很多成本，降低了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)以及上述實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)變化例，在此不做贅述。這樣的變化例并不影響本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，在此不予贅述。

以上對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本實(shí)用新型并不局限于上述特定實(shí)施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí)施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例，這并不影響本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。