[发明专利]基于心率变异性非接触式检测情绪压力的靠垫

权利要求书

1.一种基于心率变异性非接触式检测情绪压力的靠垫，其特征在于包括：

靠垫本体，所述靠垫本体上设置有凹槽；

数据运算盒，所述数据运算盒放置在靠垫本体的凹槽内并通过后盖固定，所述数据运算盒包括相互配合且可拆分连接的运算盒上盖和运算盒下盖，主控板安装在运算盒上盖和运算盒下盖之间，运算盒上盖和运算盒下盖之间还安装有为主控板供电的电池，无线通信模块和中心处理器均安装在主控板上；

压电传感器，所述压电传感器通过封装盖固定在运算盒上盖上，所述封装盖与压电传感器对应的位置设有凸起，运算盒上盖上设有限制封装盖移动的限位结构，所述封装盖与压电传感器平行设置，当封装盖受力后，凸起受力压迫压电传感器，压电传感器受压输出信号，消力或静态给力时封装盖回归原位，所述压电传感器的信号输出端与数据运算盒主控板的信号输入端连接，数据运算盒中的主控板接收压电传感器采集的压力信号并对压力信号进行处理，计算压力信号中包含的HRV参数，通过HRV参数与指数模型进行匹配，实现对测试者的情绪压力、抗压能力、疲劳指数的分析；

所述数据运算盒按照如下方式处理压电传感器接收的压力信号：

步骤1、通过压电传感器收集体震压力信号并将压力信号转换为模拟电信号，然后传输至运算盒主控板；

步骤2、中心处理器使用采样频率1000Hz对模拟电信号进行采样，将采样后的数据进行离散处理并以堆栈形式保存，设计堆栈缓存时间为6s，然后对堆栈内信号进行50Hz限波和1Hz二阶IIR低通滤波处理，分离BCG信号；

步骤3、采用0.02Hz高通滤波器删除BCG信号中合并的基线干扰，完成对BCG信号的预处理；

步骤4、定义BCG信号处理周期为30～120次/分钟，预设定主瓣宽度100的理想BCG信号波形，求解理想BCG信号与堆栈信号协方差，提取包络；

步骤5、识别经过降噪处理后的BCG信号J峰，并求解BCG信号J-J间期Interval_JJ(i)，然后求解检测时间范围内所有J-J间期的平均值Mean_JJ，最后根据求解得到的BCG信号J-J间期Interval_JJ(i)和所有J-J间期的平均值Mean_JJ计算HRV的时域参数SDNN和PNN50；

步骤6、采用Fast Lomb-Scargle periodogram谱分析函数对步骤5中采集时间范围内的HRV时域参数进行频域功率谱分析，得到HRV功率谱，并根据HRV功率谱求解出心脏总功率值TP、高频功率值HF、低频功率值LF，以及LF/HF比值；

步骤7、建立情绪压力指数LF/HF模型、疲劳指数PNN50模型及抗压指数SDNN模型；

步骤8、将获取的HRV时域参数和频域参数与步骤7中建立的情绪压力指数LF/HF模型、疲劳指数PNN50模型及抗压指数SDNN模型进行匹配，实现对测试者个情绪压力、抗压能力、疲劳指数的分析；

所述步骤5中计算HRV的时域参数SDNN和PNN50的具体过程如下：

步骤51、主控板中的中心处理器识别经过降噪处理后的BCG信号的峰值点J峰，然后使用周期为1s的滑动时间窗，选择时间窗内最大峰值点为J峰，即Peak(i)＝max{Z(f)}；

步骤52、求解J-J间期，具体计算公式如下：

Interval_JJ(i)＝Peak(i+1)-Peak(i) 公式1

其中：Interval_JJ(i)为BCG信号J-J间期值；Peak(i+1)表示第i+1个BCG信号J峰值，Peak(i)表示第i个BCG信号J峰值；

步骤53、剔除不合理的J-J间期，剔除条件如下：

条件1)：当Interval_JJ(i)＝Peak(i+1)-Peak(i)0.5s；

条件2)：当Interval_JJ(i)＝Peak(i+1)-Peak(i)2.0s；

条件3)：当相邻J-J间期，如Interval_JJ(i)、Interval_JJ(i+1)波动超过平均J-J间期的30％；

步骤54、剔除异常J-J间期数据后，求解检测时间范围内所有J-J间期的平均值Mean_JJ，

步骤55、根据求解得到的BCG信号J-J间期Interval_JJ(i)和所有J-J间期的平均值Mean_JJ并根据公式2至公式3分别计算HRV的时域参数SDNN和PNN50，具体计算公式如下：

其中：SDNN为全部窦性心搏RR间期的标准差，是HRV的时域参数；Interval_JJ(i)为BCG信号J-J间期值；Mean_JJ为所有J-J间期的平均值；T为检测时间范围内有效J-J间期数；

HRV时域参数PNN50计算公式如下：

N_{{JJMean_JJ}}表示JJ间期与平均JJ间期大于50ms的个数，N_total表示JJ间期总数。