基于SMS结构光纤传感器的人体生理参数监测

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:robben11
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
人体生理参数监测不仅能预防各种疾病,还能为运动保健以及医学诊断等提供重要参考依据。与传统的人体生理参数监测方法使用的压电传感器相比,光纤传感器通常具有测量灵敏度高、体积小、重量轻和抗电磁干扰性强等优势。本文提出了基于单模-多模-单模(SMS)结构光纤传感器的人体呼吸与血压信号监测方法,主要研究内容如下:一、对SMS结构光纤传感器原理进行了相关分析,阐述了该种传感器弯曲传感的原理并进行了相关的计算和仿真。搭建了光纤传感器曲率测试平台并对三种不同多模光纤长度的光纤传感器进行曲率灵敏度研究,实验结果表明多模光纤长度为30 mm的SMS结构光纤传感器的曲率灵敏度最高,可以达到-5.76 d B/m-1。二、提出了一种基于SMS结构光纤传感器的呼吸监测系统。将光纤传感器缝制于弹性织物中制成呼吸传感腰带,将腰带固定在人体腹部位置,通过人在呼吸时腹部产生的起伏运动引起光纤传感器的弯曲而获得呼吸信号。该呼吸监测系统可以对不同生理条件下的呼吸信号的频率进行提取。与商用呼吸传感器测得的呼吸信号进行比较,测量结果表明SMS结构光纤传感器测得的呼吸信号与商用呼吸传感器测得的真实呼吸波形一致性较好且具有长期有效性,其皮尔逊相关系数(PCC)均大于0.8,平均值为0.88。将呼吸传感腰带放置在靠近心脏的胸部位置还可以实现人体呼吸和心率信号的同步监测。三、提出了一种基于SMS结构光纤传感器的脉搏测量系统,通过同时测量肱动脉和桡动脉脉搏波来预测血压。将光纤传感器通过聚二甲基硅氧烷(PDMS)封装并缝制于弹性织物中制成脉搏传感带放置于人体的肱动脉和桡动脉,从两路脉搏波中提取出桡动脉传递时间(RPTT)、肱动脉传递时间(BPTT)和桡动脉与肱动脉传递时间差(DBRPTT)三种特征量,结合支持向量回归机(SVR)算法,并利用商用血压仪进行校准,该系统可以准确有效地监测收缩压(SBP)和舒张压(DBP)。结果表明双路血压测量系统测得的血压值比单路血压测量系统(单独使用RPTT或BPTT)测得的更准确。单路和双路血压测量系统测量结果均符合医疗器械发展协会(AAMI)的要求,双路血压测量系统的平均误差(Dm,0.06 mm Hg)和标准误差(SD,1.54 mm Hg)比单路系统更低。
其他文献
湿度是一个非常重要的物理量。湿度传感器是将空气中的湿度转化为可测信号的设备,广泛应用于生活、环境和工业领域。设计新型湿度传感器结构,探索新材料,提高器件湿敏性能,延长传感器寿命一直是研究者致力解决的问题。基于纳米TiO2材料的湿度传感器性能优异,但是依然存在一些固有的缺陷,例如恢复时间慢等问题。另外,据前期文献调研表明,目前湿度传感器大部分都是一次性传感器,很难进行多次重复利用,湿度传感器的性能再
学位
屈光手术也是治疗眼睛近视的一种方式,其中小切口角膜基质透镜取出术(SMILE)只需通过小切口拿出基质透镜,在临床上被广泛应用。有研究表明SMILE手术后角膜的生物力学会发生变化。本文采用有限元法模拟SMILE手术,研究了术后角膜波前像差和生物力学响应的变化规律,结果如下:(1)利用有限元法模拟SMILE手术,分析了屈光度对术后角膜顶点位移、波前像差和应力应变的影响。当屈光度增加时,角膜顶点位移增大
学位
角膜生物力学特性的改变往往预示着角膜疾病的发生,医生根据角膜生物力学响应可以做出临床诊断。喷气法无创测量角膜生物力学响应,具有较高安全性,但测量时角膜生物力学响应是眼组织力学特性和眼内压等综合作用的结果,仪器给出的信息不足以评估单独因素的影响。本文使用有限元方法模拟喷气试验,探索角膜生物力学响应的影响因素,为临床诊断和治疗提供指导。研究结果如下:(1)基于Gullstrand光学眼模型和流固耦合技
学位
当前,随着社会经济的迅猛发展,能源的消耗越来越大。新能源的应用越来越成为人们关注的焦点,在这种情况下光伏发电技术成为了人们研究的热点。为了满足光伏发电功率最大输出,最大功率点跟踪技术被广泛应用。由于MPPT各自技术基础不一样,出现对于均匀光照下光伏发电单峰值功率输出的跟踪效果不同。此外,当树木、建筑物等阴影遮挡光伏阵列时,上述跟踪方法常常陷入局部功率极值点。针对这一问题,国内外学者们提出了各种智能
学位
光纤激光器因具有单程增益高、无需光学对准、光电转换效率高、免维护、稳定性高以及光束质量高等其它激光器所无法比拟的优点而备受关注,是当前有源激光技术研究领域中的前沿课题。光纤激光器作为典型的光学耗散系统,存在增益、损耗、色散以及非线性效应之间复杂的相互作用,可以实现锁模、反常色散孤子以及耗散孤子、孤子分子到类噪声脉冲等丰富的非线性动力学现象。此外,传统光纤干涉仪传感系统的干涉谱中同时存在多个波峰和多
学位
三维测量技术能精确获取物体的三维信息,为工业制造提供必需的依据和保障,已广泛地应用于质量检测、智能制造和逆向工程等领域。基于结构光的条纹投影三维测量技术在工业界和学术界均得到了飞速发展。随着生产技术和加工制造工艺水平的不断提升,电子产品变得更加小型化和集成化,这促使相应的检测技术向高精度、高效率、低成本的方向发展。传统的质量检测方法已经不能满足现代工业更多细节的检测要求。针对微小物体三维测量的显微
学位
作为业内光纤通信,光纤传感等一系列技术领域的核心部件——功能性光纤器件,一直是光学工程相关领域的研究热点。在全球微纳光学加工研究领域相关的光学理论日益成熟完备、相关微纳加工技术的不断更新迭代的今天,功能性光纤器件的高效、经济、灵活加工技术的实现早已日趋完善和多样化,其中利用基于数字微镜器件(Digital Micromirror Device,DMD)的紫外数字无掩模光刻技术来实现光纤端面微结构的
学位
使用人工巡逻、摄像头监视等传统方法对油气管道进行监测,会导致监测成本高、监测效率低,并且不能保证监测的实时性。近些年来,分布式光纤传感在上述领域的应用引起了广泛关注。目前分布式光纤传感的主流技术是采用相位敏感型光时域反射仪,基于Sagnac效应的分布式光纤传感研究相对较少,但是Sagnac分布式光纤传感具有系统简单、成本低、响应频率高、性能稳定等优势。因此,本文对基于时延估计的直线型Sagnac光
学位
本文基于COMSOL软件,仿真研究了有涂覆层和无涂覆层基材的早期疲劳裂纹的激光红外无损检测方法。早期细微的疲劳裂纹渗透液难以进入,特别是有涂覆层的亚表面裂纹,常规的无损检测方法难以胜任。本文提出以激光点源为激励热源,其非接触激励有利于适应不规则表面,点热源在材料内部形成的沿半球半径方向传导的热量,在激励界面易形成对称温度场,当热量传导遇上裂纹阻隔时,哪怕是细微的裂纹,也会在某个时段内引起温度场的非
学位
生物流体包含血液、脑脊液、淋巴液等,他们在人体不同器官中起到运输、调节人体温度、防御免疫以及润滑剂等作用。许多危害人类健康的疾病伴随着生物流体粘弹性的改变,寻求准确的粘弹性检测方法是目前临床上相关疾病诊疗的迫切需求。激光散斑流变学技术,通过分析时变的散斑信号,建立散斑波动与粘弹性物质内散射粒子均方位移的联系,定量计算出被测物质的粘弹性信息,达到对生物流体粘弹性定量检测的目的。然而技术本身仍需解决测
学位