CN214965485U - 一种基于光纤生命体征传感器的智能座椅 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于光纤生命体征传感器的智能座椅，包括座垫、靠背；其中，座垫和靠背至少其中之一者于内部设置有光纤传感器器、以及PCB电路板；光纤传感器包括有形变感应层、光纤、光源、以及光感；PCB电路板上设置有补偿单元电路、检测单元电路、控制与处理电路、以及接口电路；补偿单元电路用于对光源进行补偿；检测单元电路用于接收光感输出值；控制与处理电路分别连接检测单元电路以及补偿单元电路，以用于接收光纤传感器感测的数据信息并进行处理分析，得到生命体征信息，并根据所述生命体征信息发出监护指令信息。本实用新型智能座椅成本低、灵敏度、精度高，且可避免生产过程中的差异而导致最终成品的一致性差的问题，提高了产品的成品率。

Description

一种基于光纤生命体征传感器的智能座椅

技术领域

本实用新型涉及座椅技术领域，尤其涉及一种基于光纤生命体征传感器的智能座椅。

背景技术

目前的座椅领域各种创新的座椅设计成出不穷，例如可以自动调节的座椅、具有按摩保健功能座椅等等，此类座椅多数主要在于针对座椅的机械机构进行一些改进，以提升使用者的舒适性以及方便操作等。

对于车载座椅，除了让驾乘人员乘坐舒适、方便操作意外，如果还能对座椅的功能进行扩展，则将会是非常有意义的事。在车载座椅方面，常常存在驾驶员疲劳驾驶，驾驶员驾驶车辆途中生命体征发生异常等现象。

生命体征是生命活动存在与质量的重要标志，是机体内在活动的一种客观放映，是衡量身心状况的可靠指标，通过监测生命体征，可以了解疾病的发生、发作以及恢复情况，为预防、诊断、质量以及护理等提供依据。所以有必要对车辆座椅进行研究开发，提供一种可实时监测驾乘人员生命体征的座椅方案。

上述背景技术内容的公开仅用于辅助理解本实用新型的实用新型构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于光纤生命体征传感器的智能座椅，以解决上述背景技术问题中的至少一种问题。

为达到上述目的，本实用新型实施例的技术方案是这样实现的：

一种基于光纤生命体征传感器的智能座椅，包括：座垫、连接座垫的靠背；其中，所述座垫和靠背至少其中之一者于内部设置有光纤传感器器、以及与光纤传感器连接的PCB电路板；其中，所述光纤传感器呈曲面形状或者水平面形状，其包括有形变感应层、设置于形变感应层的光纤、光源、以及光感；所述 PCB电路板上设置有补偿单元电路、检测单元电路、控制与处理电路、以及接口电路；所述补偿单元电路与光纤传感器的光源连接，以对光源进行补偿；所述检测单元电路与光纤传感器的光感连接，以用于接收光感输出值；所述控制与处理电路分别连接检测单元电路以及补偿单元电路，以用于接收光纤传感器感测的数据信息并进行处理分析，得到生命体征信息，并根据所述生命体征信息发出监护指令信息。

在一些实施例中，所述补偿单元电路包括有光源驱动电路以及与光源驱动电路连接的光源功率调节电路；其中，所述光源驱动电路连接光纤传感器的光源；所述光源功率调节电路连接控制与处理单元。

在一些实施例中，所述检测单元电路包括有光感检测电路以及与光感检测电路连接的模数转换器；其中，所述光感检测电路连接光纤传感器的光感，接收光感的输出，通过模数转换器处理后将光感输出传输至控制与处理器电路。

在一些实施例中，还包括有人机界面，通过人机界面以对监测到的生命体征数据进行实时显示，并提供人机交互的通道。

在一些实施例中，所述光纤传感器的形变感应层上布置有复数个网孔；其中，形变感应层的内表面凹陷设置有凹型空间，凹型空间内设置有凸棱。

在一些实施例中，所述形变感应层的外表面设置有增敏结构，所述增敏结构包括复数个间隔设置的凸点，所述凸点设置在形变感应层外表面上对应于所述凸棱的位置处。

在一些实施例中，所述光纤呈弯曲状放置于所述凹型空间内的凸棱上，光纤的两端通过形变感应层内侧设置的线槽固定并向外延伸。

在一些实施例中，所述凸棱被设置成排布于多个网孔之间的直线条状，凸棱的截面为三角形。

在一些实施例中，所述形变感应层包括第一形变感应层以及第二形变感应层，所述光纤呈不规则形状弯曲并被设置于第一形变感应层与第二形变感应层之间。

在一些实施例中，所述第一形变感应层上的凸点和凸棱与所述第二形变感应层上的凸点和凸棱呈交错排布设置。

本实用新型技术方案的有益效果是：

相较于现有技术，本实用新型基于光纤生命体征传感器的智能座椅成本低、灵敏度、精度高，并且可避免生产过程中的差异而导致最终成品的一致性差的问题，可以提高产品的成品率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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他的附图。

图1是根据本实用新型一个实施例基于光纤生命体征传感器的智能座椅的立体示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例基于光纤生命体征传感器的智能座椅的剖切图示；

图3是根据本实用新型一个实施例基于光纤生命体征传感器的智能座椅的光纤传感器图示；

图4是根据本实用新型一个实施例基于光纤生命体征传感器的智能座椅监测呼吸时得到的呼吸波形图；

图5是根据本实用新型一个实施例基于光纤生命体征传感器的智能座椅的原理模块框图；

图6是根据本实用新型一个实施例基于光纤生命体征传感器的智能座椅的光纤传感器的立体示意图；

图7是图6实施例无光纤时的另一视角立体示意图；

图8是图7的另一视角立体示意图；

图9是本实用新型一个实施例基于光纤生命体征传感器的智能座椅的另一种光纤传感器的立体示意图；

图10是图9实施例光纤传感器的分解图；

图11是图9实施例光纤传感器的另一视角立体示意图；

图12是沿图11中A-A向的剖面视图。

具体实施方式

为了使本实用新型实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参照图1-图3、图5所示，本实用新型实施例提供的一种基于光纤生命体征传感器的智能座椅300，包括座垫1、连接座垫的靠背2；其中，所述座垫1和靠背2至少其中之一者于内部设置有光纤传感器器3、以及与光纤传感器3连接的PCB电路板4；在一些实施例中，还可以包括有头枕5，所述头枕5内设置有光纤传感器3；其中，所述光纤传感器3呈曲面形状或者水平面形状，其包括有形变感应层、设置于形变感应层的光纤、光源、以及光感；所述PCB电路板上设置有补偿单元电路30、检测单元电路31、控制与处理电路、以及接口电路(未图示)；所述补偿单元电路30与光纤传感器的光源连接，以对光源进行补偿；所述检测单元电路31与光纤传感器的光感连接，以用于接收光感输出值；所述控制与处理电路分别连接检测单元电路以及补偿单元电路，以用于接收光纤传感器感测的数据信息并进行处理分析，提取出生命体征信息，并根据所述生命体征信息发出监护指令信息。

具体的，所述补偿单元电路30包括有光源驱动电路以及与光源驱动电路连接的光源功率调节电路；其中，所述光源驱动电路连接光纤传感器的光源；所述光源功率调节电路连接控制与处理单元。

所述检测单元电路31包括有光感检测电路以及与光感检测电路连接的模数转换器；其中，所述光感检测电路连接光纤传感器的光感，接收光感的输出，通过模数转换器处理后将光感输出传输至控制与处理器电路。

所述控制与处理器电路包括有控制器、处理器；在一些实施例中，还包括有存储器。其中，所述存储单元可以是易失性或非易失性存储设备或者它们的组合，在本实用新型实施例中不作特别限制。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM，Read OnlyMemory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read-Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM，ErasableProgrammable Read-Only Memory)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM，ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory)、磁性随机存取存储器(FRAM， FerromagneticRandom Access Memory)、快闪存储器(Flash Memory)。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，其用作外部高速缓存。

在一些实施例中，所述所述接口电路连接有扬声器，以用于实现报警等功能。

在一些实施例中，还包括有人机界面32，通过人机界面以对监测到的生命体征数据进行实时显示，并提供人机交互的通道；所述生命体征数据包括呼吸数据、心率数据以及睡眠状态时体动数据等等。其中，所述人机界面可以包括显示设备以及输入设备，在一些实施例中，所述显示设备可以为显示屏，所述输入设备可以为键盘或者是触摸设备。

在一些实施例中，所述接口电路连接有通信模组33，通过通信模组与远端处理及显示单元连接；其中，所述远端处理及显示单元通过通信模块实现与生命体征提取与分析模块的连接，从而可以将监测的信息进行显示，实现远程实时监控的功能。在一些施例中，也可将通信模组直接设置于PCB电路板上。

参照图6-图8所示，所述光纤传感器100的形变感应层10上布置有复数个网孔101；其中，形变感应层10的内表面凹陷设置有凹型空间102，凹型空间 102内设置有凸棱103；形变感应层10的外表面设置有增敏结构，所述增敏结构包括复数个间隔设置的凸点105，所述凸点105设置在形变感应层10外表面上对应于所述凸棱103的位置处；所述光纤11呈弯曲状放置于所述凹型空间内的凸棱103上，光纤11的两端通过形变感应层10内侧设置的线槽104固定并向外延伸。可以理解的是，所述增敏结构并不仅限于采用凸点的结构，其他的便于增加传感器灵敏度的结构也可以，在本实用新型实施例中不一一例举描述。

通过于形变感应层10上设置复数网孔101，使得形变感应层10整体构成一网状结构，同时，通过在形变感应层10内表面设置凹型空间102，减小形变感应层10的厚度，从而增加了形变感应层10的弹性，进一步提升了光纤传感器 100的灵敏度。另外，通过设置凹型空间102，将凸棱103设置于凹型空间102 内，便于光纤传感器的小型化设计。在本实施例中，所述网孔101呈椭圆形，可以理解的是，在一些实施例中，所述网孔101也可以为其他不不规则形状，在本实用新型实施例中不做特别限制，无论采取何种形状，只要不脱离本实用新型创作的主旨，均因属于本实用新型保护的范围。

所述凸棱103被设置成排布于多个网孔101之间的直线条状，凸棱103的截面为三角形，使得光纤11放置于凸棱103上时，光纤11与凸棱103的接触面积最小，从而以保证受到外界压力时，光纤11上单位面积受到的压强最大，即增强了光纤传感器的灵敏度。在本实用新型实施例中，凸棱103的高度被设置为与凹型空间102的凹陷深度存在一差值，所述差值与光纤11的直径相等，从而使得光纤11放置于凸棱103上时，可保持与感应层内表面所在的平面平齐。可以理解的是，在一些实施例中，所述凸棱103也可以设置成排布于多个网孔101之间的弯曲的条状。

所述光纤传感器通过增加凸点结构，改变了形变感应层10的压力分布，增大光纤11和凸棱103交汇点区域的压力，减小其他区域的压力。同时，通过将凸棱103设置成截面为三角形的结构，而减小了光纤与凸棱接触点的面积，从而增加了接触点出光纤的受到的压强，进而增强了传感器的灵敏度。

为了便于说明，本实用新型实施例中的光纤传感器以形变感应层呈方形为例进行说明，需要说明的是本实用新型并不对形变感应层的形状作任何限制，可以为方形或者其他任何不规则形状。

参照图9-图12所示，在一些实施例中，所述光纤传感器为双层感应层的结构，光纤传感器200包括有两层形变感应层20，21以及光纤22；具体的，所述形变感应层包括第一形变感应层20以及第二形变感应层21；其中，第一形变感应层20上布置有复数个第一网孔201；第一形变感应层20的内侧凹陷设置有凹型空间202，所述凸棱203设置于凹型空间202内；第一形变感应层20的外表面设置有增敏结构，所述增敏结构包括复数个间隔设置的凸点205，所述凸点 205设置在第一形变感应层20外表面上对应于所述凸棱203的位置处。第一形变感应层20的内侧一端设置有线槽204，以用于固定所述光纤22。

所述第二形变感应层21的尺寸大小与第一形变感应层20一致，以确保两者安装于一起后可完全重合形成一个完整的整体。第二形变感应层21上布置有复数个第二网孔211；第二形变感应层21的内侧凹陷设置有凹型空间(未图示)，所述凸棱213设置于凹型空间内；第二形变感应层21的外表面设置有增敏结构，所述增敏结构包括复数个间隔设置的凸点215，所述凸点215设置在第二形变感应层21外表面上对应于所述凸棱213的位置处。第二形变感应层21的内侧一端设置有线槽，以用于固定所述光纤22。

所述光纤22呈不规则形状弯曲并安装于第一形变感应层20与第二形变感应层21之间，光纤22的两端通过第一、第二形变感应层上的线槽固定并向外延伸。在本实施例中，所述凸棱203，213的高度被设置为与凹型空间的凹陷深度存在一差值，所述差值与光纤的二分之一直径相等，从而，当第一形变感应层与第二形变感应层安装于一起时，使得光纤可以紧紧的抵接第一、第二形变感应层上的凸棱203，213，并紧密安装固定于第一形变感应层20与第二形变感应层21之间。

参照图10、图12所示，在本实施例中，所述第一、第二形变感应层20， 21安装配合于一起时，所述第一形变感应层20上的凸点205和凸棱203与所述第二形变感应层上21的凸点215和凸棱213呈交错排布设置；其中，所述第一形变感应层20上的凸棱203与所述第二形变感应层21上的网孔211相对应，相应地，所述第一形变感应层20上的网孔201与所述第二形变感应层21上的凸棱213相对应。

参照图12所示，在本实施例中，所述光纤22呈多折弯曲结构，其被设置于所述第一形变感应层20与第二形变感应层21之间。其中，第一形变感应层 20和第二形变感应层21设置有增敏结构的一面与外界接触，而设置有凸棱203， 213的一面通过凸棱203，213与光纤22接触。当外界的形变或者压力作用于增敏结构的凸点205，215时，引起第一形变感应层20和/或第二形变感应层21的形变，通过第一形变感应层20和/或第二形变感应层21的凸棱203，213进而将形变传导到光纤22上，使得光纤22产生微弯变形，出现光功率损耗，通过信号检测器探测所述光功率损耗并转化为电信号，对所述电信号进行处理以获取到外界的变化参量。

参照图2、图4、图12所示，使用时，使用者坐于座垫1上，座垫1以及靠背2的表面与外界人体接触，人体生命活动产生的微弱力如呼吸、心跳等传递设置于座垫和/或靠背内的光纤传感器，经过光纤传感器上的增敏结构传递到第一形变感应层20和/或第二形变感应层21，第一形变感应层20和/或第二形变感应层21受力形变压迫光纤22发生微弯形变，进而产生微弯损坏，这种损耗被光感采集转化为电信号，由控制与处理电路进行数据处理，提取生命体征数据。其中，所述人体生命活动包括：在枕、离枕、呼吸、心跳、体动等；所述生命体征数据包括：在枕、离枕、呼吸率、心率、呼吸波形、心跳波形、体动次数与波形。参照图5所示，正常呼吸情况下的呼吸波形为B1，而憋住气或者无呼吸情况下的呼吸波形为B2，有此可见，采用本实用新型进行呼吸监测时，有呼吸(动态情况)或者无呼吸(静态情况)下均可以监测到数据。

以汽车座椅为例，采用本实用新型实施例基于光纤生命体征传感器的智能座椅，可实时对驾驶人员的生命体征信息进行监测，当监测到生命体征数据有异常变化时，可以报警提醒驾驶员注意停车休息，或者通过远程报警获得协助，从而可避免发生意外风险。

参照图12所示，相对于单层感应层的结构，双层感应层结构中，光纤22 的两侧被配置成交错间隔接触到凸棱203，213，光纤22与凸棱的接触点密集，从而大大提高了光纤传感器的灵敏度以及测试精度。

本实用新型基于光纤生命体征传感器的智能座椅灵敏度高、测试精度准确，可达到医疗级别，能准确感知静态力和动态力，应用范围以及场景广，且产品一致性成品率高，成本低，便于大区域分布式监测应用。

可以理解的是，以上内容是结合具体/优选的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本实用新型的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。

在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本实用新型的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

此外，本实用新型的范围不旨在限于说明书中所述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。本领域普通技术人员将容易理解，可以利用执行与本文所述相应实施例基本相同功能或获得与本文所述实施例基本相同结果的目前存在的或稍后要开发的上述披露、过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其范围内。

Claims (10)

1.一种基于光纤生命体征传感器的智能座椅，其特征在于，包括：座垫、连接座垫的靠背；其中，所述座垫和靠背至少其中之一者于内部设置有光纤传感器器、以及与光纤传感器连接的PCB电路板；所述光纤传感器呈曲面形状或者水平面形状，其包括有形变感应层、设置于形变感应层的光纤、光源、以及光感；所述PCB电路板上设置有补偿单元电路、检测单元电路、控制与处理电路、以及接口电路；所述补偿单元电路与光纤传感器的光源连接，以对光源进行补偿；所述检测单元电路与光纤传感器的光感连接，以用于接收光感输出值；所述控制与处理电路分别连接检测单元电路以及补偿单元电路，以用于接收光纤传感器感测的数据信息并进行处理分析，得到生命体征信息，并根据所述生命体征信息发出监护指令信息。

2.如权利要求1所述的基于光纤生命体征传感器的智能座椅，其特征在于：所述补偿单元电路包括有光源驱动电路以及与光源驱动电路连接的光源功率调节电路；其中，所述光源驱动电路连接光纤传感器的光源；所述光源功率调节电路连接控制与处理单元。

3.如权利要求1所述的基于光纤生命体征传感器的智能座椅，其特征在于：所述检测单元电路包括有光感检测电路以及与光感检测电路连接的模数转换器；其中，所述光感检测电路连接光纤传感器的光感，接收光感的输出，通过模数转换器处理后将光感输出传输至控制与处理器电路。

4.如权利要求1所述的基于光纤生命体征传感器的智能座椅，其特征在于：还包括有人机界面，通过人机界面以对监测到的生命体征数据进行实时显示，并提供人机交互的通道。

5.如权利要求1-4任一项所述的基于光纤生命体征传感器的智能座椅，其特征在于：所述光纤传感器的形变感应层上布置有复数个网孔；其中，形变感应层的内表面凹陷设置有凹型空间，凹型空间内设置有凸棱。

6.如权利要求5所述的基于光纤生命体征传感器的智能座椅，其特征在于：所述形变感应层的外表面设置有增敏结构，所述增敏结构包括复数个间隔设置的凸点，所述凸点设置在形变感应层外表面上对应于所述凸棱的位置处。

7.如权利要求6所述的基于光纤生命体征传感器的智能座椅，其特征在于：所述光纤呈弯曲状放置于所述凹型空间内的凸棱上，光纤的两端通过形变感应层内侧设置的线槽固定并向外延伸。

8.如权利要求7所述的基于光纤生命体征传感器的智能座椅，其特征在于：所述凸棱被设置成排布于多个网孔之间的直线条状，凸棱的截面为三角形。

9.如权利要求8所述的基于光纤生命体征传感器的智能座椅，其特征在于：所述形变感应层包括第一形变感应层以及第二形变感应层，所述光纤呈不规则形状弯曲并被设置于第一形变感应层与第二形变感应层之间。

10.如权利要求9所述的基于光纤生命体征传感器的智能座椅，其特征在于：所述第一形变感应层上的凸点和凸棱与所述第二形变感应层上的凸点和凸棱呈交错排布设置。

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