人体生理信号采集装置及其系统的制作方法[0002]现有的人体生理信号采集装置一般是需要与人体表皮接触的，使用者的使用体验感觉不佳，而为了解决需要与人体表皮接触才可以采集人体生理信号的问题，人们利用拉伸传感器发明了一种检测人体生理信号的装置。但是这种装置需要特殊形状的垫体、进行压力的转换、植入杠杆等，结构和生产加工均比较复杂，还有一种使用表面光滑的塑料包裹压电薄膜传感器的装置，但是这种装置在使用的过程中，需要通过双面胶与床垫粘结，重复使用不方便。
[0003]本发明的主要目的为提供一种方便重复使用的人体生理信号采集装置及其系统。[0004]为了实现上述发明目的，本发明一实施例提出的解决技术方案为:一种人体生理信号采集装置，包括可与粗糙表面产生自锁效应的表面粗糙的柔性垫体、压电薄膜传感器、信号采集处理器和信号输出接口； 所述柔性垫体设置有夹层，所述压电薄膜传感器设置于夹层内，压电薄膜传感器连接所述信号采集处理器，信号采集处理器与所述信号输出接口连接； 在柔软的床铺或沙发上部署本传感器，需要将传感器置于床单或沙发垫之下，使其上下均是表面粗糙的织物，当有人使用时，压电薄膜传感器受压力向下变形，由于自锁效应，受压点与其它位置产生拉扯，从而产生电信号，该电信号被信号采集处理器采集处理为人体生理信号，人体生理信号由信号输出接口输出。[0005]进一步地，所述压电薄膜传感器通过热熔胶粘接于所述夹层的内壁上。
进一步地，所述夹层内设置有充电电池，所述柔性垫体包括温差发电装置，温差发电装置所发电力充电于充电电池，充电电池供电于所述压电薄膜传感器、信号采集处理器和信号输出接口。
[0006]进一步地，所述压电薄膜传感器为多个，多个压电薄膜传感器按效率原则成不均匀的网格状排布于夹层内。
[0007]进一步地，所述信号采集处理器包括用于存储所述生理信号的存储器，存储器内的生理信号通过信号输出接口输出。
[0008]在本发明的实施例中还提供一种解决技术方案为:一种人体生理信号米集系统，包括生理信号采集装置和智能终端，
所述生理信号采集装置包括可与粗糙表面产生自锁效应的表面粗糙的柔性垫体、压电薄膜传感器、信号采集处理器和信号输出接口 ；所述柔性垫体设置有夹层，所述压电薄膜传感器设置于夹层内，压电薄膜传感器连接所述信号采集处理器，信号采集处理器与所述信号输出接口连接；压电薄膜传感器受力变形产生电信号，该电信号被信号采集处理器采集处理为人体生理信号，人体生理信号由信号输出接口输出；
所述智能终端包括信号输入接口、信号处理模块和显示模块；
所述信号输出接口与信号输入接口通信连接，信号处理模块对所述人体生理信号进行处理，处理结果通过显示模块显示。
[0009]进一步地，所述压电薄膜传感器通过热熔胶粘接于所述夹层的内壁上。
[0010]进一步地，所述夹层内设置有充电电池，所述柔性垫体包括温差发电装置，温差发电装置充电于充电电池，充电电池供电于所述压电薄膜传感器、信号采集处理器和信号输出接口。
[0011]进一步地，所述压电薄膜传感器为多个时，多个压电薄膜传感器按效率原则成不均匀的网格状排布于夹层内。
[0012]进一步地，所述信号采集处理器包括用于存储所述生理信号的存储器，存储器内的生理信号通过信号输出接口输出。
[0013]本发明的有益效果为:区别于现有技术的使用表面光滑的塑料包裹压电薄膜传感器的装置，在使用的过程中需要通过双面胶与床垫粘结，才可以采集到显著的拉力变化，如果不与床垫粘结，就会产生滑动，而不会采集到小幅度重复的拉力变化，从而失去采集人体生理信号的准确度，而本发明通过表面粗糙且带有夹层的柔性垫体和设置于夹层内的压电薄膜传感器形成一个 人体生理信号采集装置及其系统，将柔性垫体设置在沙发、床垫等软性物体上时，当物体压迫在柔性垫体上时，柔性垫体的受力点会发生拉伸形变，从而使夹层内的压电薄膜传感器采集到拉力变化，但是如果柔性垫体与沙发等软性物体之间无摩擦或摩擦小，导致柔性垫体相对于沙发等软性物体位移较大，且不会产生重复的拉伸，使得压电薄膜传感器采集到无用的拉力变化，而本发明中的柔性垫体使用粗糙的表面，当物体压在柔性垫体上的时候，压在柔性垫体上会与床垫产生较大的摩擦力，产生“自锁”效果，使得压电薄膜传感器可以采集到小幅度重复拉伸的力，从而可以准确的采集到人体生理信号的变化，而且在使用时直接铺在床垫或沙发等软性物体上即可，使得人体生理信号采集装置方便移动，重复使用不受限制，使用率更高；人体压在人体生理信号采集装置上方的被单时，人体生理信号采集装置被压迫向下变形，与受压点之外的部分产生拉扯，由于压电薄膜传感器与床单和床垫之间的自锁效应，夹在被单与床垫间的受力点之外的部分有阻止位移的趋势，对于轻微变化的压力，会产生与之相应变化的拉力，从而使得压电薄膜传感器产生相应的电信号，然后经过信号采集处理器采集处理为人体生理信号，人体生理信号由信号输出接口输出只智能终端，智能终端分析得到人体相关的生理数据，如呼吸、心跳等生理数据，结构更加的简单，无需进行植入杠杆等复杂结构；同时发明中的柔性垫体中设置的压电薄膜传感器可以更薄，从而提高用户的体验，压在柔性垫体上更加的舒服。



[0014]图1是本发明一实施例的生理信号采集装置的截面结构示意图；
图2是本发明一实施例的生理信号采集装置设置一个压电薄膜传感器的结构示意图； 图3是本发明一实施例的生理信号采集装置设置多个压电薄膜传感器的结构示意图； 图4是本发明一实施例的生理信号采集装置的结构示意框图；图5是本发明一实施例的检测人体生理信号的生理信号采集系统的结构示意框图。
[0015]本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

[0016]应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0017]参照图1，提出本发明一实施例的一种生理信号采集装置10，包括可与粗糙表面产生自锁效应的表面粗糙的柔性垫体11、压电薄膜传感器12、信号采集处理器17和信号输出接口 16 ;所述柔性垫体11设置有夹层，所述压电薄膜传感器12设置于夹层内，压电薄膜传感器12连接所述信号采集处理器17，信号采集处理器17与所述信号输出接口 16连接；压电薄膜传感器12受力变形产生电信号，该电信号被信号采集处理器17采集处理为人体生理信号，人体生理信号由信号输出接口 16输出。
[0018]本实施例中所述的表面粗糙的带有夹层的柔性垫体11，可以是高弹纤维布、棉织物、皮革、人造革、纸张等柔性物体，而夹层一般都是面积较大的夹层，夹层的面积一般为柔性垫体11的一半以上，当然面对一些特殊的设计，还可以进行对应的调整，如宽为1.2米、长为2.0米的床，对应该床的上述生理信号采集装置10，柔性垫体11内的夹层的宽度一般会在1.2米左右，而压电薄膜传感器12会布满夹层，这样不会存在检测的盲区，而生理信号采集装置10长度可以根据需求调整， 可以是1.0米的，使用时铺在人体胸部下方即可。上述压电薄膜传感器12与夹层内壁使用粘胶连接，粘胶连接可以是通过双面胶连接，也可以是胶水连接，还可以是通过热熔胶13连接等，使得压电薄膜传感器12与柔性垫体11的夹层表面紧密连接，在本发明的一具体实施例中，压电薄膜传感器12通过热熔胶13粘接于所述夹层的内壁上，热熔胶13具有良好的延展性，对压电薄膜传感器受力形变的产生电信号的影响小。
[0019]本发明的生理信号采集装置10，通过表面粗糙的带有夹层的柔性垫体11和设置于夹层内的人体生理信号采集装置10，表面粗糙的柔性生理信号采集装置10铺设于床垫上，动态时会与床垫产生较大的摩擦力，产生“自锁”效果，从而在小幅度重复拉伸时不会与床垫产生大的位移，使用时直接铺在床垫上即可，使得生理信号采集装置10方便移动，重复使用不受限制，使用率更高；人体压在生理信号采集装置10上，或者压在生理信号采集装置10上方的被单时，生理信号采集装置10被压迫变形，从而使得压电薄膜传感器12产生相应的电信号，然后经过信号采集处理器17进行对应的处理，得到需要的人体生理信号，结构更加的简单，无需进行植入杠杆等复杂结构。
[0020]上述实施例中，柔性垫体11的夹层内设置有一个或多个压电薄膜传感器12，设置一个或多个压电薄膜传感器12都可以检测人体的生理信号，通过分析压电薄膜传感器12的拉力，检测如人体的心跳信息、呼吸信息等。但是通过一个或多个压电薄膜传感器12其检测的项目不尽相同，如下:
参照图2，生理信号采集装置10内设置一个压电薄膜传感器12，压电薄膜传感器12几乎占据了柔性垫体11的全部，然后连接电源，电源一般为充电电池15，当然也可以是普通的电源，一个压电薄膜传感器12的设计，可以通过压电薄膜传感器12采集压在生理信号采集装置10上的人的心跳信息、呼吸信息和翻身信息等，结构简单，生产简单。
[0021]参照图3，生理信号采集装置10内设置多个压电薄膜传感器12，多个压电薄膜传感器12均连接电源，电源一般为充电电池15，当然也可以是普通的电源，多个压电薄膜传感器12同样几乎占据了柔性垫体11的全部，多个压电薄膜传感器12设计，可以通过不同的传感器感知不同的人体压力，然后通过外部的计算机软件对采集到的不同的压力进行分析，不但可以得到生理信号采集装置10上的人的心跳信息、呼吸信息和翻身信息等，还可以得到人体在生理信号采集装置10上的姿态等信息。在本实施例中，多个压电薄膜传感器12按照效率原则成不均匀的网格状排布于夹层内，根据卧床位置受身体压迫的机率安排疏密不同，并根据躯体最不利的情况安排合适的最大密度，如在床铺的中轴线附近安排较多传感器，其间隔最小50毫米，而在床铺外侧，则安排较稀疏的传感器布置，间隔可达到100毫米。而压电薄膜传感器12之间可以通过并联或者串联的方式连接，这取决于对应的计算机软件的设计。
[0022]本发明的一实施例中，上述信号输出接口 16为线缆接口，通过数据线与智能终端20连接，数据连接稳定；上述的信号输出接口 16还可以是无线信号发射器，无线信号发射器与外部智能终端20无线连接，无线信号发射器的使用，可以方便生理信号采集装置10和智能终端20的通讯连接，使用方便，而所述的智能终端20是指可以对电子数据进行分析显示的智能终端20，如计算机、智能手机、平板电脑等，所述的无线信号发射器包括蓝牙无线发射器、wifi无线发射器、3g无线发射器、4g无线发射器等。
[0023]参照图4，本发明的一实施例中，上述夹层内设置有充电电池15，上述柔性垫体11包括温差发电装置14，温差发电装置14充电于充电电池15，充电电池15供电于所述压电薄膜传感器12和信号采集处理器17，当然，如果信号输出接口 16是无线信号发射器，还会为无线信号发射器提供电能。所述的温差发电装置14的导热体是由导热纤维编织而成的，是一种通过吸热产生电能的、在外观和质感上都和普通织布没有区别的产品，通过导热纤维编织的温差发电装置1 4作为柔性垫体11的主体，可以充分利用人体的热量，将人体散发出的热量转换为电能，并将产生的电能存储于充电电池15内，再通过充电电池15供电于压电薄膜传感器12,可以节约能源,节能环保。当然所述的充电电池15还会留有电源接口，使用外部电源进行充电，以备不时之需。上述的充电电池15设置于夹层的一个边侧，方便上述生理信号采集装置10的使用，放在侧边不会影响用户的体验，不会因为电池的过硬而对用户体验产生不利影响。
[0024]上述的各实施例中，所述信号采集处理器17包括用于存储所述生理信号的存储器，存储器内的生理信号通过信号输出接口 16输出，在使用过程，生理信号采集装置10可以不连接外部的智能终端20，先将采集到并处理后的人体生理信号存储于存储器中，需要的时候直接通过信号输出接口 16将存储器中的生理信号导出。
[0025]上述本发明实施例中，所述的信号采集处理器17还包括信号放大单元、信号过滤单元和信号转换单元，所述的压电薄膜传感器12采集到的力的信号首先通过信号放大单元放大，然后通过信号过滤单元将无用的信号过滤掉，如人体心脏跳动的频率为
0.7Hf 3Hz，那么信号过滤单元会将代表该频段的电信号保留，其他频段的信号根据需求进行保留或删除，而压电薄膜传感器12采集的通常是模拟信号，所以最后在通过信号转换单元将模拟信号转换为数字信号，方便外部的智能终端20接受和处理。
[0026]上述本发明各实施例中的信号采集处理器17可以设置于夹层的边侧，也可以设置于柔性垫体11的外侧，通过数据线于压电薄膜传感器连接。[0027]上述各实施例中的生理信号采集装置10，可以是床毯，沙发垫等使用时可以与柔性物体接触的垫状物，柔性垫体11通过粗糙的外表面，动态时会与床垫等具有粗糙外表面的物体产生较大的摩擦力，产生“自锁”效果，小幅度重复拉伸时不会与床垫产生大的位移，使用时直接铺在床垫上即可，而且柔性垫体11和其夹层内部的结构简单；热熔胶13的使用，既可以提高压电薄膜传感器12与夹层内部的连接稳固性，还可以充分利用其良好的延展性，提高压电薄膜传感器12感受力的均匀性；无线信号发射器可以方便生理信号采集装置10和智能终端20的通讯连接，使用方便；柔性垫体11包括温差发电装置14，可以节约能源，节能环保。
[0028]参照图5，本发明还提供了一种人体生理信号采集系统，包括生理信号采集装置10和智能终端20，所述生理信号采集装置10包括可与粗糙表面产生自锁效应的表面粗糙的柔性垫体11、压电薄膜传感器12、信号采集处理器17和信号输出接口 16 ;所述柔性垫体11设置有夹层，所述压电薄膜传感器12设置于夹层内，压电薄膜传感器12连接所述信号采集处理器17，信号采集处理器17与所述信号输出 接口 16连接；压电薄膜传感器12受力变形产生电信号，该电信号被信号采集处理器17采集处理为人体生理信号，人体生理信号由信号输出接口 16输出；
所述智能终端20包括信号输入接口、信号处理模块和显示模块；所述信号输出接口 16与信号输入接口通信连接，信号处理模块对信号输入接口输入的信号进行处理，处理结果通过显示模块显示。
[0029]本实施例中所述的表面粗糙的带有夹层的柔性垫体11，可以是高弹纤维布、棉织物、皮革、人造革、纸张等柔性物体，而夹层一般都是面积较大的夹层，夹层的面积一般为柔性垫体11的一半以上，当然面对一些特殊的设计，还可以进行对应的调整，如宽为1.2米、长为2.0米的床，对应该床的上述生理信号采集装置10，柔性垫体11内的夹层的宽度一般会在1.2米左右，而压电薄膜传感器12会布满夹层，这样不会存在检测的盲区，而生理信号采集装置10长度可以根据需求调整，可以是1.0米的，使用时铺在人体胸部下方即可。上述压电薄膜传感器12与夹层内壁使用粘胶连接，粘胶连接可以是通过双面胶连接，也可以是胶水连接，还可以是通过热熔胶13连接等，使得压电薄膜传感器12与柔性垫体11的夹层表面紧密连接，在本发明的一具体实施例中，压电薄膜传感器12通过热熔胶13粘接于所述夹层的内壁上，热熔胶13具有良好的延展性，对压电薄膜传感器受力形变的产生电信号的影响小。信号输出接口 16可以设置在夹层内，也可以是通过数据线连接在夹层外部。所述的智能终端20是指可以对电子数据进行分析显示的智能终端20，如计算机、智能手机、平板电脑等。
[0030]本发明的检测人体生理信号的生理信号采集装置系统，生理信号采集装置10，通过表面粗糙的带有夹层的柔性垫体11和设置于夹层内的人体生理信号采集装置10，表面粗糙的柔性生理信号采集装置10铺设于床垫上，动态时会与床垫产生较大的摩擦力，产生“自锁”效果，小幅度重复拉伸时不会与床垫产生大的位移，使用时直接铺在床垫上即可，使得生理信号采集装置10方便移动，重复使用不受限制，使用率更高；人体压在生理信号采集装置10上，或者压在生理信号采集装置10上方的被单时，生理信号采集装置10被压迫变形，从而使得压电薄膜传感器12产生相应的电信号，然后经过信号采集处理器17进行对应的处理，得到需要的人体生理信号，结构更加的简单，无需进行植入杠杆等复杂结构。而智能终端20内设置对应的软件，在接受到生理信号采集装置10采集的人体生理信号后，开始处理得到人体的生理数据。
[0031]上述实施例中，柔性垫体11的夹层内设置有一个或多个压电薄膜传感器12，设置一个或多个压电薄膜传感器12都可以检测人体的生理信号，通过分析压电薄膜传感器12的拉力，检测如人体的心跳信息、呼吸信息等。但是通过一个或多个压电薄膜传感器12其检测的项目不尽相同，如下:
参照图2，生理信号采集装置10内设置一个压电薄膜传感器12，压电薄膜传感器12几乎占据了柔性垫体11的全部，然后连接电源，电源一般为充电电池15，当然也可以是普通的电源，一个压电薄膜传感器12的设计，可以通过压电薄膜传感器12采集压在生理信号采集装置10上的人的心跳信息、呼吸信息和翻身信息等，结构简单，生产简单。
[0032]参照图3，生理信号采集装置10内设置多个压电薄膜传感器12，多个压电薄膜传感器12均连接电源，电源一般为充电电池15，当然也可以是普通的电源，多个压电薄膜传感器12同样几乎占据了柔性垫体11的全部，多个压电薄膜传感器12设计，可以通过不同的传感器感知不同的人体压力，然后通过外部的计算机软件对采集到的不同的压力进行分析，不但可以得到生理信号采集装置10上的人的心跳信息、呼吸信息和翻身信息等，还可以得到人体在生理信号采集装置10上的姿态等信息。在本实施例中，多个压电薄膜传感器12按照效率原则成不均匀的网格状排布于夹层内，根据卧床位置受身体压迫的机率安排疏密不同，并根据躯体最不利的情况安排合适的最大密度，如在床铺的中轴线附近安排较多传感器，其间隔最小50毫米，而在床铺外侧，则安排较稀疏的传感器布置，间隔可达到100毫米，而压电薄膜传感器12之间可以通过并联或者串联的方式连接，这取决于对应的计算机软件的设计。
[0033]本发明的一实施例中，上述信 号输出接口 16为线缆接口，通过数据线与智能终端20连接，数据连接稳定；上述的信号输出接口 16还可以是无线信号发射器，无线信号发射器与外部智能终端20无线连接，无线信号发射器的使用，可以方便生理信号采集装置10和智能终端20的通讯连接，使用方便，而所述的智能终端20是指可以对电子数据进行分析显示的智能终端20，如计算机、智能手机、平板电脑等，所述的无线信号发射器包括蓝牙无线发射器、wifi无线发射器、3g无线发射器、4g无线发射器等。
[0034]参照图4，本发明的一实施例中，上述夹层内设置有充电电池15，上述柔性垫体11包括温差发电装置14，温差发电装置14充电于充电电池15，充电电池15供电于所述压电薄膜传感器12和信号采集处理器17，当然，如果信号输出接口 16是无线信号发射器，还会为无线信号发射器提供电能。所述的温差发电装置14的导热体是由导热纤维编织而成的，是一种通过吸热产生电能的、在外观和质感上都和普通织布没有区别的产品，通过导热纤维编织的温差发电装置14作为柔性垫体11的主体，可以充分利用人体的热量，将人体散发出的热量转换为电能，并将产生的电能存储于充电电池15内，再通过充电电池15供电于压电薄膜传感器12,可以节约能源,节能环保。当然所述的充电电池15还会留有电源接口，使用外部电源进行充电，以备不时之需。上述的充电电池15设置于夹层的一个边侧，方便上述生理信号采集装置10的使用，放在侧边不会影响用户的体验，不会因为电池的过硬而对用户体验产生不利影响。
[0035]上述的各实施例中，所述信号采集处理器17包括用于存储所述生理信号的存储器，存储器内的生理信号通过信号输出接口 16输出，在使用过程，生理信号采集装置10可以不连接外部的智能终端20，先将采集到并处理后的人体生理信号存储于存储器中，需要的时候直接通过信号输出接口 16将存储器中的生理信号导出。
[0036]上述本发明实施例中，所述的信号采集处理器17还包括信号放大单元、信号过滤单元和信号转换单元，所述的压电薄膜传感器12采集到的力的信号首先通过信号放大单元放大，然后通过信号过滤单元将无用的信号过滤掉，如人体心脏跳动的频率为
0.7Hf 3Hz，那么信号过滤单元会将代表该频段的电信号保留，其他频段的信号根据需求进行保留或删除，而压电薄膜传感器12采集的通常是模拟信号，所以最后在通过信号转换单元将模拟信号转换为数字信号，方便外部的智能终端20接受和处理。
[0037]上述本发明各实施例中的信号采集处理器17可以设置于夹层的边侧，也可以设置于柔性垫体11的外侧，通过数据线于压电薄膜传感器连接。
[0038]上述各实施例中的生理信号采集装置10，可以是床毯，沙发垫等使用时可以与柔性物体接触的垫状物，柔性垫体11通过粗糙的外表面，动态时会与床垫等具有粗糙外表面的物体产生较大的摩擦力，产生“自锁”效果，小幅度重复拉伸时不会与床垫产生大的位移，使用时直接铺在床垫上即可，而且柔性垫体11和其夹层内部的结构简单；热熔胶13的使用，既可以提高压电薄膜传感器12与夹层内部的连接稳固性，还可以充分利用其良好的延展性，提高压电薄膜传感器12感受力的均匀性；无线信号发射器可以方便生理信号采集装置10和智能终端20的通讯连接，使用方便；柔性垫体11包括温差发电装置14，可以节约能源，节能环保。 [0039]以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本发明的专利保护范围内。