[发明专利]一种离床状态智能监测床垫及监测方法

权利要求书

1.一种离床状态智能监测床垫，其特征在于，包括床垫主体、数据处理器，床垫主体自上而下分别设置压力传感器层和光纤振动检测层，压力传感器层内部设置有压力传感器，压力传感器呈矩阵排列；光纤振动检测层内设置有平行排列的光纤振动传感器；数据处理器包括数据采集器、压力信号处理器、光纤振动信号处理器、数据通信模块，压力传感器、光纤振动传感器分别通过数据线依次连接数据采集器，数据采集器通过数据线分别与压力信号处理器、光纤振动信号处理器连接，压力信号处理器与光纤振动信号处理器分别通过数据线连接数据通信模块，数据通信模块通过无线网络连接云服务器。

2.根据权利要求1所述的一种离床状态智能监测床垫，其特征在于，所述离床状态智能监测床垫的床垫主体长为120cm，宽为70cm。

3.根据权利要求1所述的一种离床状态智能监测床垫，其特征在于，所述压力传感器层厚度为7mm，光纤振动检测层厚度为5mm。

4.根据权利要求1所述的一种离床状态智能监测床垫，其特征在于，所述压力传感器设置20行、11列共220个。

5.根据权利要求1所述的一种离床状态智能监测床垫，其特征在于，所述光纤振动传感器长为60cm、宽为20cm，平行设置至少3个。

6.采用权利要求1所述一种离床状态智能监测床垫的一种离床状态智能监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：通过数据采集器收集光纤振动传感器信号，以及压力传感器的压力信号，并缓存；

步骤2：光纤振动传感器信号处理：

1）将数据采集器中光纤振动传感器信号传送到光纤振动信号处理器，对光纤振动传感器信号进行预处理和特征提取；

对采集到的振动信号做傅里叶变换，计算功率谱密度，

其中，为光纤振动传感器信号，为时间窗函数，主要是用来控制提取信号的时间窗长度，为光纤振动传感器信号时间长度，为光纤振动传感器信号时间序列位置，k为第k个光纤振动传感器的信号；

2）将计算的功率谱密度做投影变换，令=R（k），则光纤振动传感器投影信号的计算公式为：，

其中，为和的夹角，表示在上的投影长度，T表示矩阵转置；

分离后的光纤振动传感器投影信号具有最大的类间距离和最小的类内距离，将光纤振动传感器投影信号随机分成2类，包括第一分类投影信号与第二分类投影信号，定义第一分类投影信号为呼吸信号，定义第二分类投影信号为心率信号；其中，与计算式为：

其中，为光纤振动传感器投影信号的均值向量，为第一分类投影信号集合，为第二分类投影信号集合，为投影信号中的第一分类投影信号的均值，为投影信号中的第二分类投影信号的均值，T表示矩阵转置；

两个投影信号集合的均值向量为：

其中，C为投影信号集合分类的量，由于投影信号集合分为和两个集合，则C=2；

3）为了使光纤振动传感器投影信号具有最大的类间距离和最小的类内距离，定义优化目标，的计算公式为：

随机将光纤振动传感器投影信号分成两类，并计算优化目标，比较得到最大，并输出第一分类投影信号的均值作为呼吸信号和第二分类投影信号的均值作为心率信号；

步骤3：床垫一共有220个压力传感器，按照压力传感器的布局，生成影响矩阵，其中，，计算这220个压力传感器的压力信号的均值为：，其中，N=220，P_μ为压力传感器的压力信号的均值，P_i为第i个压力传感器的压力值，当时，将矩阵中该点影响值置为1，即：；

对生成的影响矩阵，进行膨胀操作，消除孤值点；

记录矩阵中影响值为1的点的总数为m；

步骤4：在离床判断:

压力信号处理器与光纤振动信号处理器通过数据通信模块，将数据发送至云服务器；云服务器进行数据判断如下：

当光纤振动传感器信号有信号输出，同时，压力信号处理输出的m大于150时，判定为“在床”；

当光纤振动传感器信号有信号输出，同时，压力信号处理输出的m小于等于150时，判定为“坐在床上”；

当光纤振动传感器信号无信号输出，同时，压力信号处理输出的m大于150时，判定为“有重物在床上”；

当光纤振动传感器信号无信号输出，同时，压力信号处理输出的m小于等于150时，判定为“离床”。