專利名稱：一種全光纖心率測量設備的制作方法
技術領域：
本發明屬于光纖傳感技術領域，具體涉及一種全光纖心率測量設備。
背景技術：
心率是是指人體心臟每分鐘波動的次數，它是反映心臟是否正常工作的一個重要參數。現今醫學上對心率的測量主要有兩種方法。一為通過測脈搏的跳動次數，理論上認為脈搏跳動次數與心率一致，這是一種間接的測量法；另一種是借助測心電的方式，即用心率測量儀測量心率，傳統的心率測量儀由取樣電路、放大整形電路、計數顯示電路等組成的信號實時采集系統。其結構較為復雜，測量過程較為繁瑣，而且需要用到電子器件等有源器件來實現。有源器件不僅易受干擾，而且不夠隱蔽，應用領域受到限制。
發明內容
本發明的目的在于提出一種對電磁干擾不敏感，結構簡單、體積小、壽命長的心率測量設備。本發明提出的心率測量設備，是利用光纖進行虛擬接觸采集人體心率信號，即采用光纖作為感應器件拾取心跳信號。具體來說，本發明采用相位調制型結構構造光纖傳感光路，利用被測參量(心率信號)對光學敏感元件的作用，使敏感元件的折射率、傳感常數或光強發生變化，從而使光的相位隨被測參量的變化而變化，然后用干涉儀進行解調，即可得到被測參量的信息。將采集到的被測參量的信息傳入計算機中，于LabVIEW軟件平臺上顯示心率。因此，本發明的心率測量設備是一種全光纖心率測量設備。本發明提出的全光纖心率測量設備，其結構如圖I、圖2所示。圖I為采用Sagnac環構造的傳感光路，它包括光源1，光纖耦合器2，延遲光纖3，傳感光纖線圈(即傳感光纖盤成的線圈)4、光電探測器9和信號處理終端10。光纖耦合器2有第一 第四4個端口 5、6、7、8。光纖I禹合器2可以是2X2光纖稱合器。米用Sagnac環的全光纖心率測量儀的光路特征是光源I由第一端口 5進入光纖耦合器2，經過分光，光纖耦合器的第二端口 6的分光經過延時光纖3，再通過傳感光纖線圈4，感應心率擾動，之后光通過光纖耦合器的第四端口 8進入光纖耦合器2，形成順時針方向的相干光。另一路相干經過光纖耦合器2后，從光纖耦合器第四端口 8再通過傳感光纖線圈4，之后光經過延時光纖3，最后光通過第二端口 6進入光纖耦合器2，形成逆時針方向的相干光。兩光束在光纖耦合器2中形成干涉，將攜帶有被測物理量特征的光信號由第三端口 7輸出，該輸出信號被光電探測器9接收后傳送到信號處理終端10。信號處理終端10通過對干涉信號進行分析計算，最終獲得心臟的跳動頻率。傳感光纖與延時光纖也可以合并成一個線圈以感應心率信號。圖2為采用反饋式干涉結構構造傳感光路，它包括光源11，光電探測器17，第一光纖耦合器12，第二光纖耦合器14，延遲光纖13，傳感光纖線圈(即傳感光纖盤成的線圈)15,反射鏡16和信號處理終端18。第一光纖稱合器12有第五 第八4個端口 19、20、21、22,第二光纖稱合器14的第九 第^ 3個端口 23、24、25。
采用反饋式結構的全光纖心率測量儀的光路特征是光源11由第五端口 19進入第一光纖耦合器12，經過分光，第一光纖耦合器12的第六端口 20的分光經過延時光纖13進入第二光纖耦合器14，光從第十端口 24出來再通過傳感光纖線圈15，感應心率擾動，之后經過反射鏡16，從反射鏡反射回的光經過心率擾動點15，再通過第十端口 24進入第二光纖耦合器14，之后通過第十一端口 2和第第八端口 22進入第一光纖耦合器12，形成順時針方向的相干光。另一路相干經過第一光纖稱合器12后,從第八端口 22和第^ 端口 25進入第二光纖耦合器14，再由第十端口 24通過傳感光纖線圈15，經反射鏡16將光返回后再經過傳感光纖線圈15，之后從第十端口 24進入第二光纖耦合器14，再經過延時光纖13，最后光通過第六端口 20進入第一光纖稱合器12,形成逆時針方向的相干光。兩光束在第一光纖耦合器12中形成干涉，將攜帶有被測物理量特征的光信號由第七端口 21輸出，該輸出信號被光電探測器17接收后傳送到信號處理終端18。信號處理終端通過對干涉信號進行分析計算，最終獲得心臟的跳動頻率。圖I、圖2左邊虛線框內可以做成一個模塊，右邊虛線框內的傳感光纖可以盤成線圈置于椅背近心臟處或者其他隱蔽處。圖3為采用本發明所采集到的心率信號。圖4為本發明所采集到的心率信號經過低通濾波處理后得到的圖像，由于心率信號為低頻信號，通過低通濾波后圖像可變清晰，從圖中清晰的心率跳動說明本發明可以得到高信噪比的穩定信號。本發明的全光纖心率測量儀采用光纖傳感技術使得測量技術提升到了新的平臺。本發明對電磁干擾不敏感，同時還有結構簡單、體積小、壽命長還有諸多優點。本發明更加方便快捷而且隱蔽，可以在很多特殊場合進行對心率的測量，并依次進行一系列的延展分析，比如可以用于作為一種隱蔽式測謊儀。
圖I是本發明系統示意圖。圖2是本發明系統示意圖。圖3為本發明采集到的一男性心率圖像。圖4為本發明采集到濾波后一男性心率圖像。圖5為本發明采集到的一女性心率圖像。圖6為本發明采集到濾波后一女性心率圖像。圖中標號1是光源，2是光纖耦合器，3是延遲光纖，4是傳感光纖線圈，9為光電探測器，11為信號處理終端。5、6、7、8為光纖稱合器2的第一 第四4個端口。11是光源，12是第一光纖稱合器，13是延遲光纖，14是第二光纖稱合器,15是傳感光纖盤成的線圈，16是反射鏡，17為光電探測器，18為信號處理終端。19、20、21、22為光纖稱合器12的第五 第八4個端口。23、24、25為光纖稱合器14的第九 第^ 3個端口。
具體實施例方式在本實施例中，所用的激光器為電子集團總公司44研究所生產的S03-B型超輻射發光管(SLD)型穩定光源。光纖稱合器為武漢郵電研究院生產的單模光纖稱合器。光電探測器為44所生產的型號為GT322C500的InGaAs光電探測器。所用的光纖為美國生產的“康寧” G. 652型單模光纖。光源與干涉系統、干涉系統與探測器的連接方式是FC/PC跳線連接。采用圖I的方式連接在一起，采集到的一男性心率信號如圖3所示。對心跳信號做低通濾波處理，截止頻率設置為20Hz，可得到如圖4所示信號，波形變清晰，可有利于計算心率變化，從波形中可得出5s內可測得5次心跳。圖5及圖6分別為一女性心率信號及 其濾波后信號，從波形中可得出，5s內可測得7次心跳。由此可知，本發明設備可以如實測得心率信號，具有普適性。
權利要求
1.一種全光纖心率測量設備，其特征在于包括光源(1)，光纖耦合器(2)，延遲光纖(3)，傳感光纖線圈(4)、光電探測器(9)和信號處理終端(10);光纖耦合器(2)有第一 第四 4 個端口(5、6、7、8)； 光路為光源(I)由第一端口(5)進入光纖耦合器(2)，經過分光，第二端口(6)的分光經過延時光纖(3)，再通過傳感光纖線圈(4)，感應心率擾動，之后光通過光纖耦合器的第四端口( 8 )進入光纖耦合器(2 )，形成順時針方向的相干光；另一路相干經過光纖耦合器(2)后，從第四端口(8)再通過傳感光纖線圈(4)，之后光經過延時光纖(3)，最后光通過第二端口(6)進入光纖稱合器(2),形成逆時針方向的相干光；兩光束在光纖稱合器(2)中形成干涉，將攜帶有被測物理量特征的光信號由第三端口(7)輸出，該輸出信號相應被光電探測器(9)接收后傳送到信號處理終端(10);信號處理終端(10)通過對干涉信號進行分析計算，獲得心臟跳動頻率。
2.一種全光纖心率測量設備，其特征在于包括光源(11)，光電探測器(17)，第一光纖率禹合器(12),第二光纖稱合器(14),延遲光纖(13),傳感光纖盤成的線圈(15),反射鏡(16)和信號處理終端(18);第一光纖稱合器(12)有第五 第八4個端口( 19、20、21、22),第二光纖稱合器(14)有第九 第^ 3個端口(23、24、25)； 其光路是光源(11)由第五端口(19)進入第一光纖耦合器(12)，經過分光，第六端口(20)的分光經過延時光纖(13)進入第二光纖耦合器(14)，光從第十端口(24)出來再通過傳感光纖線圈(15)，感應心率擾動，之后經過反射鏡(16)，從反射鏡反射回的光經過心率擾動點(15)，再通過第十端口(24)進入第二光纖耦合器(14)，之后通過第十一端口(25)和第八端口(22)進入第一光纖耦合器(12)，形成順時針方向的相干光；另一路相干經過第一光纖耦合器(12)后，從第八端口(22)和第十一端口(25)進入第二光纖耦合器(14)，再由第十端口(24)通過傳感光纖線圈(15)，經反射鏡(16)將光返回后再經過傳感光纖線圈(15)，之后從第十端口(24)進入第二光纖耦合器(14)，再經過延時光纖(13)，最后光通過第六端口(20)進入第一光纖耦合器(12)，形成逆時針方向的相干光；兩光束在第一光纖耦合器(12)中形成干涉，將攜帶有被測物理量特征的光信號由第七端口(21)輸出，該輸出信號被光電探測器(17)接收后傳送到信號處理終端(18);信號處理終端(18)通過對干涉信號進行分析計算，獲得心臟跳動頻率。
全文摘要
本發明屬于光纖傳感技術領域，具體涉及一種全光纖心率測量設備。本發明采用光纖作為感應器件拾取心跳信號，使用光纖干涉型傳感技術構建不受外界環境變化影響的光路，使得測量設備穩定地獲得高信噪比的信號。該設備包括光源、光纖耦合器、延遲光纖，傳感光纖線圈、光電探測器和信號處理終端等。本發明可實時監測心跳信號，可對信號特征進行分析，濾除干擾信號，感應端不輻射電磁波，不受電磁干擾，不需供電，具有隱蔽性。本發明可廣泛地應用于光纖傳感和信號處理領域，并可拓展為一種隱蔽式測謊儀。
文檔編號A61B5/024GK102657521SQ20121013699
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月7日 優先權日2012年5月7日
發明者吳紅艷, 林鵬, 章驊 申請人:復旦大學