[发明专利]生命体征光纤传感器及其监测方法

说明书

本发明提供生命体征光纤传感器及其监测方法，生命体征光纤传感器包括：两条传感光缆、一降噪构件以及四个光模块；每一条传感光缆的其中一个端口各自连接一光模块，另一个端口均经由所述降噪构件再各自连接一光模块。本发明采用四向多路光学结构多重保证检测信号的质量，有效去除噪声干扰以避免误报，使生命体征光纤传感器达到医院设备的低误报率要求；并且具有结构简单、成本较低等优点。

技术领域

本申请涉及光纤传感器技术领域，具体涉及一种生命体征光纤传感器及其监测方法。

背景技术

光纤传感器可以非皮肤直接接触监测人体或动物的生命体征参数(如呼吸率、心率和体动等)。和所有智能硬件一样，噪声干扰是光纤传感器需要解决的头号问题。长期以来人们忽视了光纤传感器用于生命体征测量时噪声干扰问题的研究。

现有技术中，申请号为CN202010741628.2，名称为《无接触智能监护仪及其检测方法》的专利申请，提出减少生命体征参数测量误报率的方法与装置。其传感器系统简单，成本低，容易制造，能够有效地降低测量过程中噪声带来的干扰和误报，但是其误报率仍然超过10％(Noninvasive measurement ofthe vital signs of cancer patients with adual-path microbend fiber sensor,Biomedical Optics Express,Vol.13,No.2/1Feb2022,pp.982-994)，达到了12％左右，与医院设备要求的误报率相比仍有差距。医院用的多参数监护仪有很低的误报率，在我们的案例中仅2-5％左右。因此，尽管上述专利公开的检测方法简单，容易制造，成本也较低，但若想要达到理想的降噪效果，需要精密的降噪构件。

现有技术中还有如美国专利US 6,498,652 B1提出用光纤干涉仪监测人体呼吸率和心率。但其中干涉仪的参考臂和传感臂之间需要分开、隔离。而在单根光纤上构成的光纤干涉仪生命体征传感器(如申请号为CN210144637U的专利申请)由于参考臂和传感臂不需要分开和隔离，系统十分紧凑。因此，相较于传统的光纤干涉仪生命体征传感器，CN210144637U无论在结构简单性还是在抗干扰方面都具有很大的优势。但其主要缺点是需要破坏光纤原来的结构，可能影响光纤的长期可靠性。再有，论文“Wang R,Zhao J,Sun Y,etal.Wearable respiration monitoring using an in-line few-mode fiber Mach-Zehnder interferometric sensor[J].Biomedical optics express,2020,11(1):316-329.”公开了采用光纤模式干涉仪进行生命体征监测。该传感器结构简单，但是其传感器的灵敏度很低。论文“W Lyu,S Chen,F Tan,C Yu，Vital Signs Monitoring Based onInterferometric Fiber Optic Sensors，Photonics,2022，9,50”比较全面总结了光纤干涉仪在监测生命体征信号方向的研究进展。从该论文可以看出，为了提高基于光纤模式干涉仪传感器的灵敏度，通常釆用光纤拉锥，错位熔接等复杂的制作工艺，但这增加了光功率预算和制造成本。许多研究还建议采用特殊的光纤，比如少模、保偏、双芯和多芯光纤等，这更增加了光纤传感器的成本。另外，申请号为CN202210218778.4，名称为《一种生命体征信号光电变换方法与装置》的专利申请，公开了一种基于光纤模式干涉仪的生命体征信号光电变换方法与装置，不采用错位光纤熔接而采用标准的光纤熔接工艺或直接活动连接器连接，不用双模、四模、双芯和多芯或小芯等特殊的光纤而采用标准的低成本的通信用光纤。但是，其传感器灵敏度有进一步提高的空间，更重要的是依然无法根本解决误报率较高的问题。

因此，亟需发明一种能减少生命体征参数误报率的生命体征光纤传感器。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提供了一种生命体征光纤传感器及其监测方法，能够有效去除噪声干扰以避免误报，达到医院设备要求的精度要求；还具有结构简单、成本较低等优点。