一種帶有報(bào)警功能的新型智能服裝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶有報(bào)警功能的新型智能服裝，其生理特征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前端和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后端；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后端包括光源和解調(diào)模塊(3)、報(bào)警系統(tǒng)(13)；作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前端的航天服內(nèi)衣(1)包括：第一至第五總共五個(gè)光纖光柵(6)～(10)、彎曲光纖(12)；其一端串聯(lián)一光纖光柵，另一端通過光纖(2)與所述光源和解調(diào)模塊(3)相連；五個(gè)光纖光柵(6)～(10)經(jīng)一個(gè)耦合器(5)，通過光纖(4)與光源和解調(diào)模塊(3)相連。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢測(cè)精度高，可靠性好，功能多樣，制作成本較低，穿著舒服的新型智能服裝。該智能服裝擬用在航天航空領(lǐng)域，可以同時(shí)檢測(cè)航天員的體溫和呼吸速率，對(duì)航天員的這兩項(xiàng)生理特征進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
【專利說明】
一種帶有報(bào)警功能的新型智能服裝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及航空航天領(lǐng)域的一種智能服裝，特別是涉及一種在該智能服裝上布置有光纖、光纖光柵等光學(xué)傳感器，能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)人的體溫和呼吸速率的技術(shù)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]呼吸、血壓、脈搏、心跳是人的四個(gè)基本生理特征，這四個(gè)生理特征可以反映出一個(gè)人健康狀態(tài)，因此檢測(cè)這些生理特征的裝置和方法一直得到廣泛的關(guān)注和研究?，F(xiàn)有檢測(cè)生理特征方法和裝置主要利用電子技術(shù)或者采用光電結(jié)合技術(shù)，尚無(wú)基于全光技術(shù)原理的生理監(jiān)測(cè)裝置。
[0003]光纖和光纖布拉格光柵(FBG)傳感器具有質(zhì)輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、精度高、抗電磁干擾、可以在一些環(huán)境惡劣空間狹小的地方工作，因此該傳感器自從被提出以后就得到了廣泛的關(guān)注和研究。由于光纖和光纖類傳感器具有以上這些優(yōu)點(diǎn)，因此其在生理信息監(jiān)測(cè)方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
[0004]美國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)US7717618B2的《APPARATUS AND METHOD FOR HIGH RESOLUT1N TEMPERATURE MEASUREMENT AND FOR HYPERTHERMIA THERAPY》公開了一種可以用于熱療過程中監(jiān)測(cè)治療部位附近溫度的方法。該方法利用串聯(lián)的光纖陣列實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)光纖光柵做了增敏處理，使其溫度靈敏度更高，但是該溫度監(jiān)測(cè)方法存在一些問題，光柵之間是串聯(lián)的，當(dāng)考慮光纖或者光柵存在斷點(diǎn)時(shí)，這種監(jiān)測(cè)方式可靠性變的很差。美國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)US7787726B2是的《TEMPERATURE SENSING FABRIC》的專利報(bào)道了一種可以檢測(cè)人體溫度的織物，該織物上布置光纖傳感器，傳感器做了增敏處理，提高靈敏度?？梢钥闯隹椢锷喜贾昧舜罅康墓饫w光柵傳感器，雖然檢測(cè)精度得到了提高，但是制作成本明顯提高，而且傳感器數(shù)量增多對(duì)光源和解調(diào)系統(tǒng)也提出了更高的要求，使得整體成本增加，性價(jià)比不高。
[0005]在國(guó)內(nèi)，專利公開號(hào)為CN101263938A的《體溫度檢測(cè)智能服裝及其制作方法》的專利報(bào)道了一種可以監(jiān)測(cè)人體體溫的服裝，該監(jiān)測(cè)主要是通過嵌入在服裝中的FBG實(shí)現(xiàn)的。該專利利用多個(gè)FBG作為溫度傳感器，F(xiàn)BG之間是以串聯(lián)的形式布置的，多個(gè)FBG可以同時(shí)監(jiān)測(cè)不同身體部位的溫度，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)體溫的準(zhǔn)確測(cè)量。這種監(jiān)測(cè)方法傳感部分是一種全光的檢測(cè)方式，可以很好避免電磁干擾等，但是該專利所用的FBG拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)過于簡(jiǎn)單，只是使用簡(jiǎn)單的串聯(lián)形式，而且使用了多個(gè)FBG，導(dǎo)致整體傳感網(wǎng)絡(luò)的魯棒性差，因此必須得考慮使用過程中傳感器可靠性問題，如果串聯(lián)結(jié)構(gòu)中有一個(gè)傳感器或者某處光纖斷裂了，那么斷點(diǎn)之后所有的傳感器都將失效。專利公開號(hào)為CN1306799A的《反射式光纖呼吸傳感器》 的專利介紹了一種可以監(jiān)測(cè)人呼吸速率的裝置。該裝置通過檢測(cè)反射光強(qiáng)的變化實(shí)現(xiàn)呼吸速率的測(cè)量，基本原理是LED發(fā)出光信號(hào)，經(jīng)過一個(gè)Y形的光纖后反射光強(qiáng)被探測(cè)器接收，人的每次呼吸都會(huì)引起反射光強(qiáng)的變化。該專利存在兩個(gè)方面的不足，一是需要能夠感知呼吸變化的薄膜，這給材料選取增加了難度，薄膜的安裝也使得制作工藝變得復(fù)雜;二是該裝置的前端使用了LED和光電探測(cè)器，這在很大程度上限制了他的使用范圍，比如在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下該裝置可能會(huì)失效。
[0006]上述這些發(fā)明專利雖然可以實(shí)現(xiàn)體溫或呼吸的監(jiān)測(cè)，但是他們存在一些缺陷，比如感應(yīng)前端需要用到有源電子器件，由于有源類的電子器件在電磁干擾下會(huì)失效，尤其在外太空強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)境下，有源類的電子器件的使用受到了嚴(yán)重的制約，這使得檢測(cè)設(shè)備在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下工作是極不可靠的；再者這些監(jiān)測(cè)方法只能實(shí)現(xiàn)單一生理信息的監(jiān)測(cè)，而且在使用時(shí)不夠方便舒適等。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種帶有報(bào)警功能的新型智能服裝，該智能服裝上的檢測(cè)系統(tǒng)主要感知航天員的一些生理特征，能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)人的體溫和呼吸速率:體溫監(jiān)測(cè)是通過布置在智能服裝上的幾個(gè)光纖光柵組成星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的； 呼吸速率監(jiān)測(cè)是通過布置在服裝上腹部位置的一段光纖實(shí)現(xiàn)的。
[0008]本發(fā)明提出的一種帶有報(bào)警功能的新型智能服裝，包括生理特征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前端的航天服內(nèi)衣和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后端，其中:監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后端設(shè)置于航天服外部，包括光源和解調(diào)模塊3、報(bào)警系統(tǒng)13;作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前端的航天服內(nèi)衣1中包括:第一至第五總共五個(gè)光纖光柵6?10,呈星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分布于航天內(nèi)衣1的相應(yīng)左右胸部、左右腋下和后背的五個(gè)位置;彎曲光纖12通過彈性帶11固定于航天服內(nèi)衣1的相應(yīng)腹部的位置，其一端串聯(lián)一光纖光柵，另一端通過光纖2與所述光源和解調(diào)模塊3相連；所述光纖光柵由增敏材料14、包層15、纖芯16組成;所述增敏材料14的熱膨脹系數(shù)比包層15和纖芯16的熱膨脹系數(shù)大。
[0009]所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后端設(shè)置在飛船內(nèi)部或航天服外部。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明與以往的測(cè)量體溫的智能服裝相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):1)首先不需要在織物上布置大量的光柵，這既節(jié)約了成本也簡(jiǎn)化了制作工藝;其次本發(fā)明結(jié)合光纖彎曲損耗，在檢測(cè)體溫的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)人體呼吸速率的測(cè)量，這是以往發(fā)明所沒有的。
[0011]2)智能服裝上的光纖光柵以星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)置，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可靠性比總線型高，當(dāng)一根光纖某處斷裂時(shí)，最多使該光纖連接的光柵失效，其他的光柵仍然可以繼續(xù)工作；3)這種新型的智能服裝市場(chǎng)前景廣闊，尤其在航空航天領(lǐng)域，同時(shí)該發(fā)明具有良好的技術(shù)轉(zhuǎn)化基礎(chǔ)，具有廣泛的社會(huì)效益?！靖綀D說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的一種帶有報(bào)警功能的新型智能服裝的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖中:1、航天內(nèi)衣;3、光源及解調(diào)模塊;2、4;光纖;5、親合器;6、7、8、9、10、光纖光柵;11、彈性帶；12、彎曲光纖;13、報(bào)警系統(tǒng)。
[0013]圖2為本發(fā)明所使用的經(jīng)過溫度增敏處理的光纖光柵橫截面圖示意圖 14、增敏材料;15、包層;16、纖芯?！揪唧w實(shí)施方式】
[0014]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0015]如圖1所示的設(shè)置在服裝中智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng):系統(tǒng)的前端是一個(gè)布置了光纖光柵和光纖的航天內(nèi)衣，即感應(yīng)機(jī)構(gòu)，后端是一個(gè)解調(diào)模塊、反應(yīng)機(jī)構(gòu)和相關(guān)軟件。航天內(nèi)衣1上布置了五個(gè)光纖光柵FBG6?10，這五個(gè)FBG呈星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分別布置在航天內(nèi)衣的左右胸部、左右腋下和后背五個(gè)位置。這五個(gè)FBG都經(jīng)過了溫度增敏處理，對(duì)溫度的靈敏度很高。五個(gè)FBG通過一個(gè)耦合器與后端的解調(diào)系統(tǒng)相連，F(xiàn)BG反射信號(hào)被解調(diào)系統(tǒng)采集并處理獲取航天員的體溫信息，獲得體溫信息將會(huì)傳送到報(bào)警系統(tǒng)，若體溫或者呼吸不在正常的范圍內(nèi)， 報(bào)警系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)，及時(shí)的通知航天員或者地面工作者做出正確的處理，避免危險(xiǎn)的發(fā)生，最大程度的保護(hù)航天員和航天設(shè)備的安全。
[0016]航天員呼吸速率的監(jiān)測(cè)是通過布置在航天內(nèi)衣腹部位置的一段彎曲光纖12實(shí)現(xiàn)的。該彎曲光纖12呈正弦狀，與一個(gè)光纖光柵FBG串聯(lián)，F(xiàn)BG能夠反射自身的特征波長(zhǎng)，絕大部分能量還是會(huì)透過光柵繼續(xù)傳輸?shù)摹BG反射一個(gè)窄帶波長(zhǎng)，這個(gè)波長(zhǎng)是他的特征波長(zhǎng)， 除此之外絕大部分的光能量是可以透過FBG繼續(xù)向前傳播的。[〇〇17]透射的光經(jīng)過彎曲光纖會(huì)有相應(yīng)的損耗，損耗的大小與光纖彎曲曲率有關(guān)，光纖彎曲的曲率越大光能量的損失越大，反之則越小。光纖彎曲程度變小時(shí)，能量損耗變小，探測(cè)器檢測(cè)到的光強(qiáng)變大，反之探測(cè)器檢測(cè)到的光強(qiáng)變小。
[0018]當(dāng)航天員穿上該智能內(nèi)衣時(shí)，首先根據(jù)自身實(shí)際情況調(diào)節(jié)腹部彈性帶11的松緊程度，使其穿著舒服，不影響航天員的正常工作。當(dāng)航天員調(diào)節(jié)好彈性帶11的位置并使其處于最舒服狀態(tài)時(shí)，航天員的每一次呼吸都會(huì)改變縫合在彈性帶上彎曲光纖的彎曲情況，每吸一次氣腹部的腰圍會(huì)變大，相應(yīng)的彈性帶被拉伸，彎曲光纖的曲率變小，光的損耗相應(yīng)的變小，解調(diào)系統(tǒng)探測(cè)到的透射光強(qiáng)度變大。當(dāng)航天員呼氣時(shí)，腹部腰圍變小，彈性帶收縮，縫合在彈性帶上光纖彎曲曲率變大，光信號(hào)損耗增多，后端探測(cè)器探測(cè)到光信號(hào)能量減小。因此，正常情況下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)探測(cè)到的能量變化會(huì)形成一個(gè)規(guī)律性變化。一旦當(dāng)航天員遇到突發(fā)情況，使得他的呼吸變得急促或者緩慢時(shí)，探測(cè)器檢測(cè)到的能量變化周期將會(huì)發(fā)生變化， 遇到這種情況時(shí)后端反應(yīng)機(jī)制同樣會(huì)發(fā)出報(bào)警，提示艙內(nèi)其它宇航員甚至底面工程師及時(shí)處理突發(fā)情況，以此保障航天員生命安全。
[0019]光源及解調(diào)模塊可以設(shè)置在飛船內(nèi)部或航天服的外部，傳感信號(hào)通過光纖進(jìn)行傳輸，這樣做的目的是為了避免強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)解調(diào)模塊及光源的干擾，而且光纖傳輸損耗小，短距離的傳輸基本上不會(huì)影響光信號(hào)的質(zhì)量。
[0020]該FBG已經(jīng)經(jīng)過溫度增敏處理，溫度靈敏度很高，檢測(cè)精度可以達(dá)到0.rc;本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢測(cè)精度高，可靠性好，功能多樣，制作成本較低，穿著舒服的新型智能服裝。該智能服裝擬用在航天航空領(lǐng)域，可以同時(shí)檢測(cè)航天員的體溫和呼吸速率，對(duì)航天員的這兩項(xiàng)生理特征進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
[0021]盡管上面結(jié)合圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶有報(bào)警功能的新型智能服裝，包括生理特征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)包括監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前端和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后端;其中:監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后端，包括光源和解調(diào)模塊(3)、報(bào)警系統(tǒng)(13);作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前端的航天服內(nèi)衣(1)中包括:第一至第五總共五個(gè)光纖光柵(6)? (10)，呈星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分布于航天內(nèi)衣(1)的相應(yīng)左右胸部、左右腋下和后背的五個(gè)位置； 彎曲光纖(12)通過彈性帶(11)固定于航天服內(nèi)衣(1)的相應(yīng)腹部的位置，其一端串聯(lián)任何 一個(gè)光纖光柵，另一端通過光纖(2)與所述光源和解調(diào)模塊(3)相連；五個(gè)光纖光柵(6)?(10)經(jīng)由一個(gè)耦合器(5)，通過光纖(4)與光源和解調(diào)模塊(3)相 連。2.如權(quán)利要求1所述的一種帶有報(bào)警功能的新型智能服裝，其特征在于，所述光纖光柵 由增敏材料(14)、包層(15)、纖芯(16)組成;所述增敏材料(14)的熱膨脹系數(shù)比包層(15)和 纖芯(16)的熱膨脹系數(shù)大。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種帶有報(bào)警功能的新型智能服裝，其特征在于，所述監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)后端設(shè)置在飛船內(nèi)部或航天服外部。
【文檔編號(hào)】A61B5/08GK106037067SQ201610492167
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月29日
【發(fā)明人】程飛
【申請(qǐng)人】合肥云都棉花有限公司