CN110432877A - 一种基于光纤的多生理参量的监测*** - Google Patents

一种基于光纤的多生理参量的监测*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光纤的多生理参量的监测***，属于医疗健康监护领域，包括：光收发终端和传感光纤；传感光纤用于将携带有振动信息的传感光信号传输至光收发终端；光收发终端将传感光信号与参考光信号耦合获取的干涉光信号转换为数字信号，利用数字信号进行对象判别；并对数字信号进行短时傅里叶变换以及平均滤波处理，通过频域寻峰获取呼吸率；并对数字信号进行高通滤波获取心跳波形后，通过计算频谱能量进行行为识别；将心跳波形进行时域能量信号提取和平均滤波处理后获取收缩压；对心跳波形进行FFT频域寻峰获取心率。本发明适用于家庭医疗监护，舒适度较高。

Description

一种基于光纤的多生理参量的监测***
技术领域
本发明属于医疗健康监护领域，更具体地，涉及一种基于光纤的多生理参量的监测***。
背景技术
医疗监护已成为现代临床医学中不可缺少的一部分，在临床诊断、危重病救治、手术安全等方面起着至关重要的作用。由于医疗资源的短缺和社会人口老龄化，在医院进行医疗监护变得越来越不便捷。随着互联网和科学技术的发展，一些简单的医疗健康指标完全可以在家庭中进行监测，例如呼吸、心率、血压等生命体征指标。
目前，针对呼吸、心率、血压等指标测量的技术主要分为电子类传感器和光纤传感器。电子类传感器发展较早，技术也较为成熟，但其具有易受电磁干扰、易受潮、安全性差的缺陷。光纤传感器是一种新型传感器，它在一定程度上克服了电子传感器的问题，而且还具有体积小、重量轻、柔韧性好的特点，因此光纤传感器更加适用于医疗监护领域。
基于医疗健康监护，国内国外提出了各种光纤传感器。罗海鹏提出了分布式布拉格反馈光纤激光传感器来测量不同生理条件下的呼吸。沈亚松设计了基于阵列FBG的光纤传感器同时测量人体的呼吸和心跳信号。Wern Kam设计了一款基于强度解调的塑料光纤传感器测量人体呼吸。Michiko Nishiyama提出了基于异芯光纤的传感器方案监测受测者的呼吸率和心率。W B SpillmanJr也提出了两种空间光积分传感器对人体的呼吸和心跳进行长时间监测。然而，目前应用于健康监测的光纤传感技术，还存在以下缺点：(1)制造成本高，不适用于家庭医疗监护；(2)传感器与人体皮肤接触，舒适度差；(3)制造工艺复杂，不利于大批量生产；(4)传感区域小，对测量条件要求苛刻。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于光纤的多生理参量的监测***，旨在解决现有的医疗监护***无法在同一模块上同时监测收缩压、心率和呼吸率且需与被监测对象紧密接触导致监测舒适度差的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于光纤的多生理参量的监测***，包括：光收发终端和传感光纤；传感光纤与光收发终端闭环连接；
传感光纤用于将携带有振动信息的传感光信号传输至光收发终端；振动信号包括待检测对象的呼吸振动信息和心跳振动信息；
光收发终端用于为传感光纤提供发射光信号同时接收传感光纤输出的传感光信号，将传感光信号与参考光信号耦合获取的干涉光信号转换为数字信号，利用数字信号的原始数据进行对象判别；并对数字信号的原始数据进行短时傅里叶变换以及平均滤波处理，通过频域寻峰获取呼吸率；并对数字信号的原始数据进行高通滤波获取心跳波形后，通过计算频谱能量进行行为识别；并将心跳波形依次时域能量信号提取和平均滤波处理后获取收缩压；并对心跳波形进行频域寻峰获取心率。
优选地，光收发终端包括：激光器、第一耦合器、参考光纤、第二耦合器、光电探测器、模数转换器、FPGA(Field-Programmable Gate Array)和蓝牙传输器；
激光器的光发射端与第一耦合器的输入端连接，第一耦合器的第一输出端与传感光纤的一端连接，其另一端与参考光纤的一端连接；第二耦合器的第一输入端与传感光纤的另一端连接，其第二输入端与参考光纤的另一端连接，其输出端与光电探测器的输入端连接；光电探测器的输出端与模数转换器的输入端连接；模数转换器的输出端与FPGA的输入端连接；FPGA的输出端与蓝牙传输器的输入端连接；激光器的相干长度大于参考光纤与传感光纤之间的长度差值；
激光器用于提供发射光信号；第一耦合器用于将发射光信号分为功率相等的两束光分别注入传感光纤和参考光纤；传感光纤输出的传感光信号与参考光纤输出的参考光信号在第二耦合器处耦合形成干涉光信号；光电探测器用于将干涉光信号转化为电信号；模数转换器用于将光电探测器输出的模拟电信号转换为数字信号，并传递至FPGA；蓝牙传输器用于将FPGA获取的心率、收缩压和呼吸率发送至移动APP(手机软件)；
FPGA利用数字信号的原始数据进行对象判别；对数字信号的原始数据进行高通滤波获取心跳波形后，通过计算频谱能量进行行为识别；并对数字信号的原始数据进行短时傅里叶变换以及平均滤波处理，通过频域寻峰获取呼吸率；将心跳波形进行依次时域能量信号提取和平均滤波处理后获取收缩压；对心跳波形进行频域寻峰获取心率。
优选地，FPGA包括：对象判别模块、行为识别模块、呼吸计算模块、心率计算模块和血压计算模块；
对象判别模块的输出端与呼吸计算模块的输入端和行为识别模块的输入端连接；行为识别模块的输出端与血压计算模块的输入端和心率计算模块的输入端连接；
对象判别模块用于根据接收数字信号的原始数据的频谱判断待测对象是否存在，若存在将数字信号的原始数据传递至呼吸计算模块和行为识别模块；
呼吸计算模块用于将数字信号的原始数据依次进行短时傅里叶变换、平均滤波和频域寻峰，计算待测对象的呼吸率；
行为识别模块对数字信号的原始数据进行高通滤波后提取包络信息，根据包络信息判断被测对象是否有行为，若无行为则将包络信息作为心跳信号传递至血压计算模块和心率计算模块；
心率计算模块用于在心跳波形目标频域内寻峰，根据频域最高峰对应的频率计算心率；
血压计算模块用于对心跳时域能量谱进行二阶平均滤波获取收缩压特征波形，利用收缩压计算模型和收缩压特征波形计算收缩压。
优选地，对象判别模块判断待测对象是否存在的方法为：原始信号的fHz以内的频谱数据的平方和作为频谱能量，将其与第一阈值比较，若频谱能量低于第一阈值，则待测对象不存在；否则，待测对象存在。
优选地，呼吸计算模块获取呼吸率的方法为：
(1)对数字信号的原始数据依次进行短时傅里叶变换和平均滤波，获取呼吸波形；
(2)在呼吸波形的mHz以内频谱中寻找最高峰，并将最高峰的幅值与第二阈值对比，若幅值小于第二阈值，则呼吸不存在，显示“呼吸停止”；若幅值大于等于阈值，则呼吸存在，转至步骤(3)；
(3)利用最高峰对应的频率计算呼吸率，输出呼吸速率值。
心率计算模块获取心跳信号的方法为：
在心跳波形目标频域内寻找最高峰，并将最高峰的幅值与第三阈值对比，若幅值小于第三阈值，则心跳不存在，显示“心跳停止”；若幅值大于等于第三阈值，则根据心跳波形的频域最高峰对应的频率计算心率并将其输出；
血压计算模块获取收缩压的方法为：
(1)对心跳波形的数据取平方获取心跳时域能量谱；
(2)对心跳时域能量谱采用窗长为n的二阶平均滤波，获取收缩压特征波形；
(3)根据收缩压计算模块和收缩压特征波形中的每个峰值点，计算收缩压。
行为识别模块判断是否存在行为的方法为：
(1)对数字信号的原始数据进行高通滤波，并对高通滤波后的信号提取包络信息；
(2)对包络信息进行FFT，取kHz以内频谱信号的平方作为频谱能量；
(3)对比频谱能量与第四阈值，若频谱能量低于第四阈值，则不存在行为，则将包络信息作为心跳信号传递至血压计算模块和心率计算模块，否则，显示“行为”，停止。
优选地，基于光纤的多生理参量的监测***还包括保护层，保护层包括聚氯乙烯材料层和硅酸凝胶材料层，聚氯乙烯材料层将传感光纤包裹；硅酸凝胶材料层包裹聚氯乙烯材料层；
其中，传感光纤、聚氯乙烯材料层和硅酸凝胶材料层构成床垫。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
(1)本发明采用光收发终端通过对传感光纤传递的传感光信号进行相关的处理，会同时获取心率、收缩压和呼吸率，同时本发明采用传感光纤获取呼吸振动信息和心跳振动信息，并没有严格地需要被监测对象直接进行接触，只要传感光纤可获取振动信号即可，传感光纤可通过枕头、座椅和床垫等形式与被测对象间接接触，基于上述两个特征，本发明提供的基于光纤的多生理参量的监测***为家庭医疗监护提供了条件，从而监测的舒适度较高。
(2)本发明结合光收发终端和传感光纤可同时获取心率、收缩压和呼吸率，相比于现有家庭医疗监护***无法同时兼容心率、收缩压和呼吸率的获取导致器件数目较多，制造工艺复杂，本发明由于光收发终端和传感光纤器件的数量较少，加工成熟的特点，使得多生理参量的监测***的制造成本较低。
(3)本发明提供了一种光收发终端结构，包括：激光器、第一耦合器、参考光纤、第二耦合器、光电探测器、模数转换器、FPGA和蓝牙传输器；从上述器件可知，均具有体积小且制造工艺相对成熟的特点，对材料成本和人工成本要求较低，适合于批量生产。
(4)本发明设置有对象判别模块和行为识别模块，确保被测对象处于休息状态下进行生理监护，进一步提供了测量舒适度以及睡眠中长时间的监测。
(5)本发明将对象判别模块对被监测对象的判别作为执行顺序的第一优先级，无被监测对象，则停止执行后续监测，否则，则进行第二优先级的执行，即呼吸计算模块计算呼吸率，行为识别模块识别被监测对象是否处于静止状态，若是则输出心跳波形，执行血压和心率的计算，否则，停止后续的监测；将执行顺序等级化，使得对生理参量的监测更加有效率并更加准确。
(6)本发明采用保护层，将传感光纤包裹在最里面，传感光纤外包裹聚氯乙烯材料层和硅酸凝胶材料层构成床垫，使监测***更加适用于广大人群的家庭进行健康监测，也提高了监测的舒适度。
附图说明
图1是本发明提供的基于光纤的多生理参量的监测***示意图；
图2是本发明提供的光收发终端的结构示意图；
图3是本发明提供的监测***的监测流程图；
图4(a)是本发明提供的数字信号的原始数据；
图4(b)是本发明提供的呼吸波形；
图4(c)是本发明提供的心跳波形；
图4(d)是本发明提供的收缩压特征波形示意图；
标记说明：
1-光收发终端；2-保护层；3-传感光纤；4-激光器；5-第一耦合器；6-参考光纤；7-第二耦合器；8-光电探测器；9-模数转换器；10-FPGA；11-蓝牙传输器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
如图1所示，本发明一种基于光纤的多生理参量的监测***，包括：光收发终端1和传感光纤3；传感光纤3与光收发终端1闭环连接；
传感光纤3用于将携带有振动信息的传感光信号传输至光收发终端1；振动信号包括待检测对象的呼吸振动信息和心跳振动信息；
光收发终端1用于为传感光纤3提供发射光信号同时接收传感光纤3输出的传感光信号，将传感光信号与参考光信号耦合获取的干涉光信号转换为数字信号，利用数字信号的原始数据进行对象判别；并对数字信号的原始数据进行短时傅里叶变换以及平均滤波处理，通过频域寻峰获取呼吸率；并对数字信号的原始数据进行高通滤波获取心跳波形后，通过计算频谱能量进行行为识别；并将心跳波形进行依次时域能量信号提取和平均滤波处理后获取收缩压；并对心跳波形进行频域寻峰获取心率。
优选地，如图2所示，光收发终端1包括：激光器4、第一耦合器5、参考光纤6、第二耦合器7、光电探测器8、模数转换器9、FPGA10和蓝牙传输器11；
激光器4的光发射端与第一耦合器5的输入端连接，第一耦合器5第一输出端与传感光纤3的一端连接，其另一端与参考光纤6的一端连接；第二耦合器7的第一输入端与传感光纤3的另一端连接，其第二输入端与参考光纤6的另一端连接，其输出端与光电探测器8的输入端连接；光电探测器8的输出端与模数转换器9的输入端连接；模数转换器9的输出端与FPGA10的输入端连接；FPGA10的输出端与蓝牙传感器11的输入端连接；激光器4的相干长度大于参考光纤6与传感光纤3之间的长度差值；
激光器4用于提供发射光信号；第一耦合器5用于将发射光信号分为功率相等的两束光分别注入传感光纤3和参考光纤6；传感光纤3输出的传感光信号与参考光纤6输出的参考光信号在第二耦合器7处耦合形成干涉光信号；光电探测器8用于将干涉光信号转化为电信号；模数转换器9用于将光电探测器8输出的模拟电信号转换为数字信号，并传递至FPGA；蓝牙传输器11用于将FPGA10获取的心率、收缩压和呼吸率发送至移动APP(手机软件)；
FPGA10利用数字信号的原始数据进行对象判别；对数字信号的原始数据进行高通滤波获取心跳波形后，通过计算频谱能量进行行为识别；并对数字信号的原始数据进行短时傅里叶变换以及平均滤波处理，通过频域寻峰获取呼吸率；将心跳波形依次时域能量信号提取和平均滤波处理后获取收缩压；对心跳波形进行频域寻峰获取心率。
基于光纤的多生理参数的监测***的监测原理如下：当待测对象接触于传感光纤，呼吸和心跳引起的周期性微振动作用于传感光纤，从而被转换为干涉光纤，光强变化的频率与施加的微振动频率相关，因此可通过数字信号处理从光强变化中提取心跳和呼吸波形，进而计算心率和呼吸率；心跳波形中的某些波形特征与待测对象的收缩压有关，故而可通过大量数据样本建模，并利用构建的模型和提取的心跳波形特征计算收缩压。
优选地，如图3所示，FPGA10包括：对象判别模块、行为识别模块、呼吸计算模块、心率计算模块和血压计算模块；
对象判别模块执行顺序为第一优先级，呼吸计算模块和行为识别模块执行顺序为第二优先级；血压计算模块和血压计算模块为第三优先级；
对象判别模块的输出端与呼吸计算模块的输入端和行为识别模块的输入端连接；行为识别模块的输出端与血压计算模块的输入端和心率计算模块的输入端连接；
对象判别模块用于根据接收数字信号的原始数据的频谱判断待测对象是否存在，若存在将数字信号的原始数据传递至呼吸计算模块和行为识别模块；
呼吸计算模块用于将数字信号的原始数据依次进行短时傅里叶变换、平均滤波和频域寻峰，计算待测对象的呼吸率；
行为识别模块对数字信号的原始数据进行高通滤波后提取包络信息，根据包络信息判断被测对象是否有行为，若无行为则将包络信息作为心跳信号传递至血压计算模块和心率计算模块；
心率计算模块用于在心跳波形目标频域内寻峰，根据频域最高峰对应的频率计算心率；
血压计算模块用于对心跳时域能量谱进行二阶平均滤波获取收缩压特征波形，利用收缩压计算模型和收缩压特征波形计算收缩压。
优选地，对象判别模块判断待测对象是否存在的方法为：原始信号的fHz以内的频谱数据的平方和作为频谱能量，将其与第一阈值比较，若频谱能量低于第一阈值，则待测对象不存在；否则，待测对象存在。
优选地，呼吸计算模块获取呼吸率的方法为：
(1)对数字信号的原始数据依次进行短时傅里叶变换和平均滤波，获取呼吸波形；
(2)在呼吸波形的mHz以内频谱中寻找最高峰，并将最高峰的幅值与第二阈值对比，若幅值小于第二阈值，则呼吸不存在，显示“呼吸停止”；若幅值大于等于第二阈值，则呼吸存在，转至步骤(3)；
(3)利用最高峰对应的频率计算呼吸率，输出呼吸速率值。
心率计算模块获取心跳信号的方法为：
在心跳波形目标频域内寻找最高峰，并将最高峰的幅值与第三阈值对比，若幅值小于第三阈值，则心跳不存在，显示“心跳停止”；若幅值大于等于第三阈值，则根据心跳波形的频域最高峰对应的频率计算心率并将其输出；
血压计算模块获取收缩压的方法为：
(1)对心跳波形的数据取平方获取心跳时域能量谱；
(2)对心跳时域能量谱采用窗长为n的二阶平均滤波，获取收缩压特征波形；
(3)根据收缩压计算模块和收缩压特征波形中的每个峰值点，计算收缩压。
行为识别模块判断是否存在行为的方法为：
(1)对数字信号的原始数据进行高通滤波，并对高通滤波后的信号提取包络信息；
(2)对包络信息进行FFT(傅里叶变换)，取kHz以内频谱信号的平
方作为频谱能量；
(3)对比频谱能量与第四阈值，若频谱能量低于第四阈值，则不存在行为，则将包络信息作为心跳信号传递至血压计算模块和心率计算模块，否则，显示“行为”，停止。
优选地，基于光纤的多生理参量的监测***还包括保护层，保护层包括聚氯乙烯材料和硅酸凝胶材料，聚氯乙烯材料将传感光纤包裹；硅酸凝胶材料包裹聚氯乙烯材料；
其中，传感光纤、聚氯乙烯材料和硅酸凝胶材料构成床垫。
实施例
如图1所示，一种基于光纤的多生理参量的监测***，包括光收发终端1、保护层2和传感光纤3，传感光纤3中的传感光信号携带呼吸和心跳引起的微振动信息被光收发终端1探测并转换为电信号，光收发终端1对转换的电信号进行数据处理计算出心率、呼吸率和收缩压，并将其发送至移动APP端；
光接收终端产生波长为1310nm的单波长激光进入第一耦合器，耦合器将单波长激光分为功率相等的两束光分别注入传感光纤3和参考光纤6；传感光纤3输出的传感光信号与参考光纤6输出的参考光信号在第二耦合器7处耦合形成干涉光信号，并被光探测器8将干涉光信号转换为电信号；模数转换器9将光电探测器8输出的模拟信号转换为数字信号(ADC采集的原始数据)，并传送至FPGA10，经FPGA10内部编写的算法处理，从原始数据中提取出心率、呼吸率和收缩压，并将其利用蓝牙传输器11发送至移动APP，从而实现对多生理参量的监测。
本发明中，保护层包括聚氯乙烯材料层和硅酸凝胶材料层，聚氯乙烯材料层将传感光纤包裹；硅酸凝胶材料层包裹聚氯乙烯材料层；
其中，传感光纤、聚氯乙烯材料层和硅酸凝胶材料层构成床垫。
聚氯乙烯模块和硅酸凝胶模块的尺寸均为50cm*20cm，可保证测试的舒适度和夜间长时间监测。
本发明中采用的传感光纤3、聚氯乙烯材料、硅酸凝胶材料以及光收发终端内的各个期间在市场上容易购买且成本较低，可保证整个监测***的低成本优势。床垫结构和光纤排布方式均比较简单，因此***组装简单。
如图1所示，本发明中传感光纤3在聚氯乙烯材料之间呈圆角矩形的形状进行大范围多层密集排布。自外而内，每一层传感光纤3构成的圆角矩形尺寸逐渐递减，保证传感弯曲处曲率半径大于2cm以避免微弯损耗；传感光纤3的大范围密集排布实现床垫大范围面积的测量，解决了对测量条件苛刻的问题，监测效果更稳定。
以人和床垫为例，说明检测***的检测过程，如图3所示，FPGA包括离床判别模块、行为识别模块、呼吸计算模块、心率计算模块和血压计算模块；
如图4(a)所示，离床判别模块的输入信号是ADC(Analog-to-Digital Converter)采集的原始信号，反应的是干涉光光强的变化。由于所测量的生理信号均为低频信号，因此取数字信号的原始信号的10HZ以内频谱数据的平方和作为频谱能量根据设定好的阈值来判断是否有人在床；若频谱能量小于第一阈值；则判断为离床状态，显示“离床”且其他模块算法不再向下进行；若频谱能量大于等于第一阈值，则判断为在床状态，显示“在床”且离床判别模块将原始信号发送至呼吸计算模块和行为识别模块；
这里的离床判别模块相当于对象判别模块，由于此处将传感光纤3放置于床垫内部，对象具体为人，因此，离床判别模块实质在监测被测人体是否与传感光纤3接触；在功能上相当于对象判别模式
呼吸计算模块的流程如下：第一步对数字信号的原始数据进行短时傅里叶变换，从中提取出能够反映呼吸的频率变化，并对其平均滤波得到呼吸波形；第二步，在平均滤波后信号的4Hz以内频谱中寻找最高峰；第三步，根据频域最高峰的幅值和第二阈值判断是否有呼吸存在；若幅值小于第二阈值，则判断为呼吸不存在，显示“呼吸停止”且呼吸计算模块后续算法不再向下进行；若幅值大于等于阈值，则判断为呼吸存在；第四步，利用频域最高峰对应的频率计算呼吸率，并输出显示呼吸速率值；图4(b)为呼吸未停止的呼吸波形；
行为识别模块的流程如下：第一步采用截止频率为35HZ高通滤波器对数字信号的原始信号滤波；第二步，对高通滤波后的信号提取包络信息；第三步，包络信号进行FFT(傅里叶变换)，取3Hz以内的频谱信号的平方作为频谱能量；第四步，根据此次计算的频谱能量、第四阈值、前十次数据计算的频谱能量判断是否存在体动或打鼾；若此次计算的频谱能量低于设定的阈值，则不存在体动或打鼾且体动识别模块将包络信息作为心跳信号发送至血压计算模块和心率计算模块；若此次计算的频谱能量高于设定的阈值且前十次数据计算的频谱能量不全低于设定的阈值，则判断为体动，并显示“体动”，不进行血压计算模块和心率计算模块算法；若此次计算的频谱能量高于设定的阈值且前十次数据计算的频谱能量均高于设定的阈值，则判断为打鼾，并出显示“打鼾”，同样不再进行血压计算和心率计算；
心率计算模块的流程如下：第一步，在心跳信号0.5Hz-3Hz频域内寻找最高峰；第二步，根据最高峰的幅值和第三阈值判断心跳是否停止。若幅值小于第三阈值，则心跳停止，显示“心跳停止”且不进行心率计算模块中的后续算法；若幅值大于等于第三阈值，则心跳未停止，进行后续心率计算；第三步，根据心跳信号的频域最高峰对应的频率计算心率，并进行输出显示；图4(c)为心跳未停止的心跳信号；
血压计算模块的流程如下：第一步，对心跳波形数据直接取平方得到心跳时域能量谱；第二步，对心跳时域能量谱采取窗长为100的二阶平均滤波得到与收缩压相关的特征波形，如图4(d)所示；第三步，寻找收缩压特征波形中每一个峰值点；第四步，利用构建好的收缩压计算模型和特征波形中的峰值点计算收缩压，并对其进行显示输出。
本发明将对象判别模块对被监测对象的判别作为执行顺序的第一优先级，无被监测对象，则停止执行后续监测，否则，则进行第二优先级的执行，即呼吸计算模块计算呼吸率，行为识别模块识别被监测对象是否处于静止状态，若是则输出心跳波形，执行血压和心率的计算，否则，停止后续的监测；将执行顺序等级化，使得对生理参量的监测更加有效率并更加准确。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于光纤的多生理参量的监测***，其特征在于，包括光收发终端(1)和传感光纤(3)；所述传感光纤(3)与光收发终端(1)闭环连接；
所述传感光纤(3)用于将携带有振动信息的传感光信号传输至光收发终端(1)；
振动信号包括待检测对象的呼吸振动信息和心跳振动信息；
光收发终端(1)用于为传感光纤(3)提供发射光信号同时接收传感光纤(3)输出的传感光信号，将传感光信号与参考光信号耦合获取的干涉光信号转换为数字信号，利用数字信号的原始数据进行对象判别；并对数字信号的原始数据进行短时傅里叶变换以及平均滤波处理，通过频域寻峰获取呼吸率；并对数字信号的原始数据进行高通滤波获取心跳波形后，通过计算频谱能量进行行为识别；将心跳波形依次时域能量信号提取和平均滤波处理后获取收缩压；并对心跳波形进行频域寻峰获取心率。
2.根据权利要求1所述的监测***，其特征在于，光收发终端(1)包括：激光器(4)、第一耦合器(5)、参考光纤(6)、第二耦合器(7)、光电探测器(8)、模数转换器(9)、FPGA(10)和蓝牙传输器(11)；
激光器(4)的光发射端与第一耦合器(5)的输入端连接，第一耦合器(5)的第一输出端与传感光纤(3)的一端连接，其另一端与参考光纤(6)的一端连接；第二耦合器(7)的第一输入端与传感光纤(3)的另一端连接，其第二输入端与参考光纤(6)的另一端连接，其输出端与光电探测器(8)的输入端连接；光电探测器(8)的输出端与模数转换器(9)的输入端连接；模数转换器(9)的输出端与FPGA(10)的输入端连接；FPGA(10)的输出端与蓝牙传输器(11)的输入端连接；激光器(4)的相干长度大于参考光纤(6)与传感光纤(3)之间的长度差值；
激光器(4)用于提供发射光信号；第一耦合器(5)用于将发射光信号分为功率相等的两束光分别注入传感光纤(3)和参考光纤(6)；传感光纤(3)输出的传感光信号与参考光纤(6)输出的参考光信号在第二耦合器(7)处耦合形成干涉光信号；光电探测器(8)用于将干涉光信号转化为电信号；模数转换器(9)用于将光电探测器(8)输出的模拟电信号转换为数字信号，并传递至FPGA(10)；蓝牙传输器(11)用于将FPGA(10)获取的心率、收缩压和呼吸率发送至移动APP；
FPGA(10)利用数字信号的原始数据进行对象判别；对数字信号的原始数据进行高通滤波获取心跳波形后，通过计算频谱能量进行行为识别；并对数字信号的原始数据进行短时傅里叶变换以及平均滤波处理，通过频域寻峰获取呼吸率；将心跳波形依次时域能量信号提取和平均滤波处理后获取收缩压；对心跳波形进行频域寻峰获取心率。
3.根据权利要求2所述的监测***，其特征在于，所述FPGA包括：对象判别模块、行为识别模块、呼吸计算模块、心率计算模块和血压计算模块；
对象判别模块的输出端与呼吸计算模块的输入端和行为识别模块的输入端连接；行为识别模块的输出端与血压计算模块的输入端和心率计算模块的输入端连接；
对象判别模块用于根据接收数字信号的原始数据的频谱判断待测对象是否存在，若存在将数字信号的原始数据传递至呼吸计算模块和行为识别模块；
呼吸计算模块用于将数字信号的原始数据依次进行短时傅里叶变换、平均滤波和频域寻峰，计算待测对象的呼吸率；
行为识别模块对数字信号的原始数据进行高通滤波后提取包络信息，根据包络信息判断被测对象是否有行为，若无行为则将包络信息作为心跳信号传递至血压计算模块和心率计算模块；
心率计算模块用于在心跳波形目标频域内寻峰，根据频域最高峰对应的频率计算心率；
血压计算模块用于对心跳时域能量谱进行二阶平均滤波获取收缩压特征波形，利用收缩压计算模型和收缩压特征波形计算收缩压。
4.根据权利要求3所述的监测***，其特征在于，所述对象判别模块判断待测对象是否存在的方法为：原始信号的fHz以内的频谱数据的平方和作为频谱能量，将其与第一阈值比较，若频谱能量低于第一阈值，则待测对象不存在；否则，待测对象存在。
5.根据权利要求3或4所述的监测***，其特征在于，所述呼吸计算模块获取呼吸率的方法为：
(1)对数字信号的原始数据依次进行短时傅里叶变换和平均滤波，获取呼吸波形；
(2)在呼吸波形的mHz以内频谱中寻找最高峰，并将最高峰的幅值与第二阈值对比，若幅值小于第二阈值，则呼吸不存在，显示“呼吸停止”；若幅值大于等于第二阈值，则呼吸存在，转至步骤(3)；
(3)利用最高峰对应的频率计算呼吸率，输出呼吸速率值。
6.根据权利要求3或4所述的监测***，其特征在于，所述行为识别模块判断是否存在行为的方法为：
(1)对数字信号的原始数据进行高通滤波，并对高通滤波后的信号提取包络信息；
(2)对包络信息进行FFT，取kHz以内频谱信号的平方作为频谱能量；
(3)对比频谱能量与第四阈值，若频谱能量低于第四阈值，则不存在行为，则将包络信息作为心跳信号传递至血压计算模块和心率计算模块，否则，显示“行为”，停止。
7.根据权利要求3或6所述的监测***，其特征在于，所述心率计算模块获取心跳信号的方法为：在心跳波形目标频域内寻找最高峰，并将最高峰的幅值与第三阈值对比，若幅值小于第三阈值，则心跳不存在，显示“心跳停止”；若幅值大于等于第三阈值，则根据心跳波形的频域最高峰对应的频率计算心率并将其输出。
8.根据权利要求3或6所述的监测***，其特征在于，所述血压计算模块获取收缩压的方法为：
(1)对心跳波形的数据取平方获取心跳时域能量谱；
(2)对心跳时域能量谱采用窗长为n的二阶平均滤波，获取收缩压特征波形；
(3)根据收缩压计算模块和收缩压特征波形中的每个峰值点，计算收缩压。
9.根据权利要求1所述的监测***，其特征在于，还包括保护层(2)；所述保护层(2)包括：聚氯乙烯材料层和硅酸凝胶材料层，聚氯乙烯材料层将传感光纤(3)包裹；硅酸凝胶材料层包裹聚氯乙烯材料层；
其中，传感光纤(3)、聚氯乙烯材料层和硅酸凝胶材料层构成床垫。
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