[发明专利]柔性可穿戴光纤传感器及人动态全形体分布式监测方法

说明书

本发明公开了一种柔性可穿戴光纤传感器及人动态全形体分布式监测方法，人动态全形体监测系统包括解调仪、上位机、若干柔性可穿戴光纤传感器；其中柔性可穿戴光纤传感器由柔性弯曲光纤模块、第一光纤光栅、第二光纤光栅以及光纤光栅保护结构构成。运用光纤光栅波分复用技术，将若干柔性可穿戴光纤传感器串联，通过魔术贴和松紧带固定于用户身体，对用户运动状态进行监测，包括关节弯曲角、肌肉拉伸量，呼吸率等生理参数。本发明通过检测光纤光栅光谱信号中心波长对应光强的变化实现对拉伸和弯曲程度的识别，实时监测人体活动时的关节弯曲角、肌肉拉伸量，呼吸率等生理参数，具有高精度和灵敏度，且结构简单、可自由穿戴而不影响用户的运动自由度。

技术领域

本发明属于传感器技术、可穿戴设备等相关领域，特别是涉及一种柔性可穿戴光纤传感器及人动态全形体分布式监测方法。

背景技术

近年来，随着社会生活节奏的加快和人们作息的不规则，使大量人群处于亚健康状态，导致人们免疫下降而使患病概率有所增加。对人体的运动监测可实时获得人活动时的关节弯曲角、肌肉拉伸量，呼吸率等多项生理参数，为疾病预防和制定合理的运动计划及其方式提供原始数据，也可以为医生对患者的治疗和后续康复训练计划的制定提供数据技术支撑。

目前，国内外工业界和学术界不少学者提出了诸如电磁式、机械式、光学式运动监测传感器，对人体活动参数进行监测，但这些监测系统存在体积大，对用户运动阻碍较大，尚无法对人体全身形态监测等缺点。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多场合适用、能够对人体全身形态监测的、运动自由度高且小型化的柔性可穿戴光纤传感器，可灵活穿戴于用户身上实时获得人体运动数据并进行反馈，具有较高的实际应用价值。

本发明提供了一种柔性可穿戴光纤传感器，其特征在于：包括第一柔性薄膜、第二柔性薄膜、第二固化模具、毛细钢管、第一光纤光栅、第二光纤光栅、单模石英光纤、魔术贴；

所述第一柔性薄膜中设置有若干半径为R₀的弯曲单模石英光纤安装槽；所述第二柔性薄膜为一片面积与所述第二固化模具表面契合的柔性薄膜；

所述第二固化模具为一“工”字型3D打印结构，其上表面有一“工字型”凹槽，凹槽底面中间部位有一长方形凸起结构用于设置所述第一柔性薄膜，凹槽底面左右两端各有两个圆柱体凸起结构用于套挂魔术贴，模具两边开有直径为d的圆形槽使套有所述毛细钢管的单模石英光纤能从中穿过。

所述单模石英光纤上有第一光纤光栅、第二光纤光栅，所述第一光纤光栅、第二光纤光栅上均套设有所述毛细钢管；

所述第一柔性薄膜固定设置在所述第二固化模具内，所述单模石英光纤设置在弯曲的单模石英光纤安装槽内，所述单模石英光纤一端与外界解调仪连接；

所述第一柔性薄膜固化于所述第二柔性薄膜内；所述魔术贴分别固定设置在所述第二柔性薄膜左右两端。

本发明还提供了第一柔性薄膜制作模具，其特征在于：所述第一柔性薄膜制作模具为初次固化模具，用于制作弯曲光纤单排布置的柔性薄膜，所述初次固化模具为一长方体形3D打印结构，上表面有一长方体形凹槽，在凹槽底面设置用于形成所述第一柔性薄膜中单排单模石英光纤安装槽的凸起结构。

本发明还提供了第一柔性薄膜制作模具，其特征在于：所述第一柔性薄膜制作模具为初次固化模具，用于制作弯曲光纤多排布置的柔性薄膜，所述初次固化模具为一长方体形3D打印结构，上表面有一长方体形凹槽，在凹槽内部设置用于形成所述第一柔性薄膜中多排单模石英光纤安装槽的凸起结构。

本发明还提供了一种柔性可穿戴光纤传感器制作方法，其特征在于，包括以下步骤：