一种光纤传感器、光纤传感器系统和智能保护垫的制作方法

1.本发明涉及传感器领域，具体为一种光纤传感器、光纤传感器系统和智能保护垫。


背景技术：

2.传感器是能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求的检测装置。
3.目前已经产品化的技术方式有ppg光电容积传感器、压电传感器、毫米波雷达、光纤传感器等。其中光纤传感器在非接触类生命体征监测领域，有着灵敏度高、准确性高、稳定性强及生周期长等众多优点。
4.目前，如图1所示，现有生命体征测量光纤传感器的制作方法是将光纤盘绕在上下保护垫之间，但其光纤盘绕方式因采用的是多模光纤，在形成一定量的光纤传感器的交叉点的情况下，需要使用大量的光纤，成本较高。


技术实现要素：

5.鉴于现有信息安全采集通讯器设备中存在的问题，提出了本发明。
6.一种光纤传感器，包括光纤和辅助件，所述光纤的一端连接光源，另一端连接于信号检测器；
7.所述光纤至少存在预设区间，所述预设区间的光纤沿第一预设方向设置，所述辅助件沿第二预设方向设置，所述第一预设方向与第二预设方向之间设有预设夹角，所述预设夹角的角度大于零度；
8.所述光纤与辅助件相抵接。
9.本技术方案中，通过上述技术的限定，当人体按压上述光纤传感器之后，光纤能够产生形变，但由于辅助件的使用，极大的减少了光纤的使用量，增加了光纤的利用率，降低了成本。
10.优选的，所述光纤抵接于所述辅助件的上侧。
11.本技术方案中，通过将光纤设置在辅助件的上侧，继而增加光纤的形变量，能够增加光纤的灵敏度。
12.优选的，所述光纤传感器满足以下条件式：
13.0.3＜x/d＜5；
14.其中，d为所述光纤的外径；x为辅助件的高度。
15.本技术方案中，通过上述参数的选取，能够使光纤保持在适当的弯曲程度，提高传感器的灵敏程度。
16.优选的，所述预设夹角为90
°
。
17.本技术方案中，通过上述参数的设置，能够增大单位面积内光纤与辅助件的抵接点，同时也减少了光纤与辅助件的用料，降低了光纤传感器的成本。
18.优选的，沿第一预设方向，预设区间存在多个；
19.和/或
20.沿第二预设方向，所述辅助件抵接于多个预设区间的光纤。
21.本技术方案中，通过上述技术的限定，辅助件与光纤的抵接点阵列排布，且单个首尾相连或多个平行设置的辅助件，能够与光纤形成上述抵接点，极大地减少了光纤的使用，同时增加了光纤的灵敏程度。
22.优选的，所述光纤传感器满足以下条件式：
23.m/n≥0.3；
24.其中，m为相邻所述光纤之间的间距，n为相邻所述辅助件之间的间距。
25.本技术方案中，通过上述参数的限定，能够在大量增加辅助件于光纤之间的抵接点的基础上，无需增加光纤的用量，极大的降低了光纤传感器的成本，提高了光纤传感器的灵敏度。
26.优选的，所述辅助件由非金属材料制备而成。
27.本技术方案中，通过柔性非金属材料的选用，同时降低光纤传感器的成本。
28.优选的，所述辅助件为用尼龙线、尼龙网、pe线或碳素线。
29.本技术方案中，通过上述材料的选用，极大地降低了光纤传感器的成本，增加了光纤的利用率。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
31.1、通过上述技术的限定，当人体按压上述光纤传感器之后，光纤能够产生形变，但由于辅助件的使用，极大的减少了光纤的使用量，增加了光纤的利用率，降低了成本。
32.2、通过上述参数的设置，能够增大单位面积内光纤与辅助件的抵接点，同时也减少了光纤与辅助件的用料，降低了光纤传感器的成本。
33.3、通过上述参数的限定，能够在大量增加辅助件于光纤之间的抵接点的基础上，无需增加光纤的用量，极大的降低了光纤传感器的成本，提高了光纤传感器的灵敏度。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
35.图1是光纤传感器现有技术示意图；
36.图2是本发明一种光纤传感器结构示意图；
37.图3是本发明一种光纤传感器光纤与辅助件抵接时的状态示意图；
38.图4为本发明一种光纤传感器负重0.85kg的adc采样图；
39.图5为本发明一种光纤传感器负重1.7kg的adc采样图；
40.图6为本发明一种光纤传感器负重2.55kg的adc采样图；
41.图7是本发明另一种光纤传感器结构示意图；
42.图中标号：1、光纤；2、辅助件。
具体实施方式
43.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
44.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
45.其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
46.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
47.实施例1
48.如图2所示，一种光纤传感器，包括光纤和辅助件，所述光纤的一端连接光源，另一端连接于信号检测器。
49.所述光纤至少存在预设区间，所述预设区间的光纤沿第一预设方向设置，所述辅助件沿第二预设方向设置，所述第一预设方向与第二预设方向之间设有预设夹角，所述预设夹角的角度大于零度；
50.所述光纤与辅助件相抵接。
51.具体的，本实施例中，至少存在一段预设区间上的光纤，与辅助件抵接，同时在抵接的过程中，光纤与辅助件之间不平行；通过上述技术的限定，当人体按压上述光纤传感器之后，光纤能够产生形变，但由于辅助件的使用，在形成同样的光纤传感器交叉点的情况下，极大的减少了光纤的使用量，降低了成本。
52.所述光纤抵接于所述辅助件的上侧。
53.如图3所示，当光纤抵接于辅助件的上侧时，光纤的形变量较大，而当光纤抵接于辅助件的下侧时，光纤的形变量较小；因此，通过将光纤设置在辅助件的上侧，继而增加光纤的形变量，能够增加光纤的灵敏度。
54.如图4-图6所示，而根据adc采样值的数据显示，在同样负载重量的情况下，形变量较小的传感器，在同样外部条件下，负载重量动态范围更大。
55.所述光纤传感器满足以下条件式：
56.0.3＜x/d＜5；
57.其中，d为所述光纤的外径；x为辅助件的高度。
58.具体的，d为100～2000um，因此，x为30～10000um，优选的，d选取为250um，x选取为300um，具体的，光纤为多模光纤，用户可以根据光纤传感器的使用场景调整上述比值，例如将上述光纤传感器设置在成人用床上时，可以选取较小数值的x，提高光纤的动态范围；将上述光纤传感器设置在儿童用床时，可以选取较大数值的x，提高光纤的灵敏度。
59.通过上述参数的选取，能够使光纤保持在适当的弯曲程度，提高传感器的灵敏程度。
60.实施例2
61.在实施例1的基础上，本实施例中，所述预设夹角为90
°
。
62.通过上述参数的设置，能够增大单位面积内光纤与辅助件的抵接点，同时也减少了光纤与辅助件的用料，降低了光纤传感器的成本。
63.沿第一预设方向，预设区间存在多个；
64.和/或
65.沿第二预设方向，所述辅助件抵接于多个预设区间的光纤。
66.通过上述技术的限定，辅助件与光纤的抵接点阵列排布，且单个首尾相连或多个平行设置的辅助件，能够与光纤形成上述抵接点，极大地减少了光纤的使用，同时增加了光纤的灵敏程度。
67.所述光纤传感器满足以下条件式：
68.m/n≥0.3；
69.其中，m为相邻所述光纤之间的间距，n为相邻所述辅助件之间的间距。
70.通过上述参数的限定，能够在大量增加辅助件于光纤之间的抵接点的基础上，无需增加光纤的用量，极大的降低了光纤传感器的成本，提高了光纤传感器的灵敏度。
71.所述辅助件由柔性非金属材料制备而成。
72.通过柔性非金属材料的选用，同时降低光纤传感器的成本。
73.所述辅助件为用尼龙线、尼龙网、pe线或碳素线。
74.通过上述材料的选用，极大地降低了光纤传感器的成本，增加了光纤的利用率。
[0075][0076]
[0077]
表1测试人员1在三分钟内姿态为仰卧的各时间节点的信号强度
[0078][0079][0080]
表2测试人员2在三分钟内姿态为仰卧的各时间节点的信号强度
[0081][0082]
表3测试人员3在三分钟内姿态为仰卧的各时间节点的信号强度
[0083]
[0084][0085]
表4测试人员1在三分钟内姿态为左侧卧的各时间节点的信号强度
[0086][0087]
[0088]
表5测试人员2在三分钟内姿态为左侧卧的各时间节点的信号强度
[0089][0090]
表6测试人员3在三分钟内姿态为左侧卧的各时间节点的信号强度
[0091]
[0092][0093]
表7测试人员1在三分钟内姿态为右侧卧的各时间节点的信号强度
[0094]
[0095][0096]
表8测试人员2在三分钟内姿态为右侧卧的各时间节点的信号强度
[0097][0098][0099]
表9测试人员3在三分钟内姿态为右侧卧的各时间节点的信号强度
[0100][0101]
表10测试人员1在三分钟内姿态为俯卧的各时间节点的信号强度
[0102]
[0103][0104]
表11测试人员2在三分钟内姿态为俯卧的各时间节点的信号强度
[0105][0106]
[0107]
表12测试人员3在三分钟内姿态为俯卧的各时间节点的信号强度
[0108]
现有的传感器列为利用图1结构测得的数据，改版一为利用图7结构并将光纤抵接于辅助件的下侧的数据，改版二为利用图7结构并将光纤抵接于辅助件的上侧的数据。
[0109]
如表1至表3所示，仰卧状态下，三组测试人员的两种结构的心率信号强度与呼吸信号强度相较于现有的传感器均有增加。
[0110]
如表4至表6所示，左侧卧状态下，三组测试人员的改版二的结构心率信号强度与呼吸信号强度相较于现有的传感器均有增加，但改版一的结构与现有传感器相比，心率信号强度或呼吸信号强度并不能稳定的增加，有存在降低的可能。
[0111]
如表7至表9所示，右侧卧的情况下，除测试人员1的呼吸信号强度外，其余数据相较于现有传感器均有增加，若结合表4至表6可能存在一定的测试误差。
[0112]
如表10至表12所示，俯卧姿态下，测试人员1和2的改版一的心率信号强度相较于现有的传感器均有降低，呼吸信号强度相较于现有的传感器均有增加；测试人员3的两种结构心率信号强度与呼吸信号强度相较于现有的传感器均有增加，由此，可能由于测试人员3的体型原因存在一定的误差。
[0113]
基于上述测试数据可知，去除可能存在的误差，改版二的心率信号强度与呼吸信号强度相较于现有的传感器均有增加，改版一的心率信号强度与呼吸信号强度相较于现有的传感器基于测试人员的测试动作强度变化有所不同。
[0114]
一种光纤传感器系统，配置有上述实施例所描述的一种光纤传感器。
[0115]
一种智能保护垫，设置有上述实施例所描述所述的一种光纤传感器系统。
[0116]
虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

技术特征：
1.一种光纤传感器，其特征在于：包括光纤和辅助件，所述光纤的一端连接光源，另一端连接于信号检测器；所述光纤至少存在预设区间，所述预设区间的光纤沿第一预设方向设置，所述辅助件沿第二预设方向设置，所述第一预设方向与第二预设方向之间设有预设夹角，所述预设夹角的角度大于零度；所述光纤与辅助件相抵接。2.根据权利要求1所述一种光纤传感器，其特征在于：所述光纤抵接于所述辅助件的上侧。3.根据权利要求1或2所述一种光纤传感器，其特征在于：所述光纤传感器满足以下条件式：0.3＜x/d＜5；其中，d为所述光纤的外径；x为辅助件的高度。4.根据权利要求1所述一种光纤传感器，其特征在于：所述预设夹角为90
°
。5.根据权利要求1所述一种光纤传感器，其特征在于：沿第一预设方向，预设区间存在多个；和/或沿第二预设方向，所述辅助件抵接于多个预设区间的光纤。6.根据权利要求1所述一种光纤传感器，其特征在于：所述光纤传感器满足以下条件式：m/n≥0.3；其中，m为相邻所述光纤之间的间距，n为相邻所述辅助件之间的间距。7.根据权利要求1所述一种光纤传感器，其特征在于：所述辅助件由非金属材料制备而成。8.根据权利要求1或7所述一种光纤传感器，其特征在于：所述辅助件为用尼龙线、尼龙网、pe线或碳素线。9.一种光纤传感器系统，其特征在于：配置有如权利要求1-8中任意一项所述的一种光纤传感器。10.一种智能保护垫，其特征在于：设置有如权利要求9所述的一种光纤传感器系统。

技术总结
本发明涉及传感器领域，具体为一种光纤传感器、光纤传感器系统和智能保护垫。包括光纤和辅助件，所述光纤的一端连接光源，另一端连接于信号检测器；所述光纤至少存在预设区间，所述预设区间的光纤沿第一预设方向设置，所述辅助件沿第二预设方向设置，所述第一预设方向与第二预设方向之间设有预设夹角，所述预设夹角的角度大于零度；所述光纤与辅助件相抵接。当人体按压上述光纤传感器之后，光纤能够产生形变，但由于辅助件的使用，极大的减少了光纤的使用量，增加了光纤的利用率，降低了成本。降低了成本。降低了成本。


技术研发人员：陈永金 万松林 沈海龙 朱玲俐
受保护的技术使用者：嘉兴太和信息技术有限公司
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/7/7