[发明专利]一种基于刻栅塑料光纤的可穿戴颈部疲劳检测装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于刻栅塑料光纤的可穿戴颈部疲劳检测装置，包括：可穿戴颈部疲劳检测织物以及检测装置，检测装置包括激光光源、光电探测器、塑料光纤及示波器，其中激光光源与光电探测器通过导线连接，光电探测器与示波器通过塑料光纤连接，塑料光纤缝制在可穿戴颈部疲劳检测织物内并进行表面刻槽处理形成刻栅塑料光栅，包括：通过破坏光传输条件，增强光纤的弯曲损耗来增加角度灵敏度。还公开了相应的实验方法，包括步骤：构建颈部运动坐标；获得后侧、左侧和右侧刻栅塑料光纤的数据；使用MATLAB工具软件对测得数据进行处理分析从而建立颈部运动模型，获得光纤输出功率与颈部倾角的关系；步骤4，根据所确定的拟合公式，实现颈部运动行为监测。

技术领域

本发明涉及智能可穿戴设备技术领域，特别是一种基于刻栅塑料光纤的可穿戴颈部疲劳检测装置及实验方法。

背景技术

随着社会的快速发展和电子产品的大量普及，人们低头工作和娱乐的时间日益增长，颈椎病也逐渐成为困扰许多人的问题。特别是长期伏案工作的办公人员和学业负担繁重的学生，其颈椎病的患病率普遍高于其他人群。根据颈椎病与职业，年龄关系的调查研究，文书岗位、教师、IT行业和驾驶员等从业人群的颈椎病患病率占据前位。颈椎病的普遍化与人体颈部的不良姿态息息相关，因此开展对人体颈部姿态的研究具有重要的社会意义和经济价值，有利于疾病健康监护和康复保障。

人体的姿态检测是近年来的研究热点，而且人机交互和可穿戴传感器等关键技术的疾速发展，使得人体姿态检测和识别得到了广泛应用，在其快速进入人体工学、体感游戏、健康监护和康复医学等领域的同时，也加速了相关领域的技术更新。人体姿态从大类上分应分为运动姿态和静止姿态，人体姿态的运动研究是指利用传感器、视频等多种途径，借助信号处理技术，检测人的姿态信息。目前颈部运动检测传感器多采用加速度传感器或陀螺仪。与之相比，在运动检测方面，光纤传感器在成本、柔性可穿戴、分布式检测、复杂电磁辐射环境下都具有优势，且光纤传感器对织物相关特性影响较小，并已开始用于人手腕部的检测。不过，颈部与腕部相比，其耦合更加复杂。因此需要研究新的技术，以辅助颈部运动检测并形成相关的可穿戴设备，推动颈部健康智能设备的发展。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供一种基于刻栅塑料光纤的可穿戴颈部疲劳检测装置及实验方法，通过刻栅的塑料光纤进行颈部的二维运动测量，并为简化解算运算，运用二元线性回归的方法构建了颈部运动模型，所得的四个分解方程的拟合优度分别为0.6690，0.7193，0.5236和0.8280，验证了该光纤式可穿戴传感器在颈部运动检测方面的有效性，为颈椎疾病的健康监护和康复提供了一个有效的监测方法。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

根据本发明一方面，提供了一种基于刻栅塑料光纤的可穿戴颈部疲劳检测装置，包括：

可穿戴颈部疲劳检测织物以及检测装置，其中所述检测装置包括激光光源、光电探测器、塑料光纤以及示波器，其中所述激光光源与所述光电探测器通过导线连接，所述光电探测器与所述示波器通过所述塑料光纤连接，所述光电探测器用于将光信号转化为电信号，所述塑料光纤缝制在所述可穿戴颈部疲劳检测织物内并进行表面刻槽处理形成刻栅塑料光栅。

优选的，所述表面刻槽处理包括：通过破坏光传输条件，增强光纤的弯曲损耗来增加角度灵敏度。

优选的，所述塑料光纤的表面结构处理：左侧及右侧两根光纤刻栅段长3cm，刻槽密度为0.5mm，共6个；后侧光纤刻栅段长10cm，刻槽密度1cm，共10个，所述塑料光纤分别缝在织物的左、中和右等三个部位，佩戴时分别对应颈部左侧、后部、右侧。

优选的，所述激光光源的光源波长650nm，功率0.6mw。

优选的，所述塑料光纤的管线外径为1.0mm，传输损失150db/km，保管温度为-55℃～+70℃。

优选的，所述示波器为数字示波器。