光纤光栅传感器在健康监测方面的应用

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基于光纤布拉格光栅的传感器具有重量轻、体积小、灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀和易于构建传感网络等优于其它传感器的特点,因此在多个领域中均有广泛的应用。随着人们生活水平的日益提高和医疗条件的逐步改善,人口老龄化的问题也随之越来越严重,很多国家已经进入或即将进入老龄社会,人口老龄化正成为对全球的社会和经济的一项重大挑战。因此,使用光纤传感的方式实时的监测并掌握老龄人口的健康状况从而可以及时的进行相应的干预就显得十分重要,这样既能够挽救生命、提高生活质量同时也大大的节约了医疗资源。本论文主要的研究内容是光纤光栅传感器在医疗健康监测方面的应用,总共包含以下两个部分的内容:(1)设计了一套基于光纤布拉格光栅传感器的睡眠质量实时监测系统。首先基于平面膜片增敏原理和实际应用需求设计并制作了一种新的光纤光栅压力传感器结构,实现了高灵敏度的压力传感。然后合理的选取不同峰值波长的20个FBG,并使用波分复用技术来搭建成整个传感网络,随后使用光纤光栅传感解调仪(Micron Optics SM-125)实现频率为2Hz的解调,并将其与计算机连接,完成睡眠质量监测系统的整体硬件结构设计。最后采用虚拟仪器LabVIEW软件编写数据采集、处理和显示程序,对采集到的光纤光栅的布拉格波长值进行分析处理,实现了实时的睡眠位置监测和翻身次数监测两个功能。(2)设计了一种人体呼吸频率测量系统。首先根据人体的胸腔周长会随呼吸而产生相应的变化的规律,制作了一种结构简单、可穿戴的光纤光栅应变传感器。然后对测得的数据在时域上进行分析处理,通过实验的验证,实现了对人体呼吸频率准确快速的测量,一分钟内可测量的最大呼吸次数为120。
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