[發(fā)明專利]具有溫度補償?shù)腁WG波長解調(diào)系統(tǒng)和心動檢測裝置及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310544420.1
• 申請日: 2013-11-04
• 公開（公告）號: CN103549941A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張誠;苗長云;趙軍發(fā);孫金露;李鴻強;穆殿偉
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: A61B5/02
• 分類號: A61B5/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖光柵傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其是基于陣列波導(dǎo)光柵(AWG)的波長解調(diào)系統(tǒng)和心動檢測裝置及應(yīng)用。?

背景技術(shù)

智能服裝指能夠?qū)θ梭w外部環(huán)境或內(nèi)部狀態(tài)變化進(jìn)行感知，而且通過反饋機制，能實時地對這種變化做出反應(yīng)的服裝。利用內(nèi)部集成的傳感器，智能服裝可對人體多種生理參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，且不影響穿著者的正常活動，是理想的移動式生理參數(shù)監(jiān)護(hù)平臺。智能服裝技術(shù)在健康監(jiān)護(hù)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、軍事體育、航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。?

智能服裝相關(guān)理論和技術(shù)已成為國外重要的研究課題，從相關(guān)資料中可知，目前研究的主要方向集中在新型的生理參數(shù)測量方法、小型化和微型化傳感器設(shè)計方法、傳感器及其處理單元織入服裝方法等方面，具有代表性的智能服裝原型有歐洲的VTAM、WEALTHY、MagIC、MyHeart原型和美國的LifeShirt原型。我國在健康監(jiān)護(hù)型智能服裝領(lǐng)域的研究剛剛起步，主要利用電學(xué)傳感器檢測人體生理參數(shù)，在傳感器設(shè)計制作、傳感器植入服裝方法等方面與國外尚有一定差距。?

光纖光柵(FBG)具有體積小、重量輕、靈敏度高、抗電磁干擾、易于組網(wǎng)等優(yōu)點，因此，光纖光柵是智能服裝中最具優(yōu)勢和潛力的傳感元件之一。光纖光柵是一種波長調(diào)制型的光纖傳感器，當(dāng)外界溫度或軸向應(yīng)變發(fā)生變化時，光纖光柵的反射中心波長也將隨之發(fā)生線性漂移，通過檢測反射波長的變化可以實現(xiàn)對外界物理量的檢測。能夠檢測光纖光柵反射波長的設(shè)備稱為波長解調(diào)儀或波長解調(diào)系統(tǒng)，為實現(xiàn)智能服裝中基于光纖光柵的人體生理參數(shù)的檢測，波長解調(diào)系統(tǒng)的研究至關(guān)重要。?

與其它解調(diào)系統(tǒng)相比，基于AWG的波長解調(diào)系統(tǒng)，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、解調(diào)速度快、可實現(xiàn)分布式測量等特點，適合應(yīng)用于智能服裝中進(jìn)行光纖光柵反射波長的解調(diào)，實現(xiàn)對人體生理參數(shù)的檢測。?但AWG的輸出特性受到溫度的影響，各通道輸出譜的中心波長存在溫度漂移現(xiàn)象，導(dǎo)致解調(diào)結(jié)果產(chǎn)生較大誤差，影響測量精度。因此如何進(jìn)行溫度補償是AWG波長解調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)高精度測量的關(guān)鍵。目前國內(nèi)外報道的有關(guān)AWG溫度補償?shù)姆椒ㄓ校翰▽?dǎo)嵌入補償、雙金屬片應(yīng)力補償、熱膨脹移動輸入波導(dǎo)位置補償、負(fù)熱光系數(shù)波導(dǎo)材料溫度補償?shù)龋@些方法大多是通過AWG芯片結(jié)構(gòu)上的設(shè)計來實現(xiàn)的，成本較高。?

本發(fā)明提出了一種具有實時溫度補償功能的AWG波長解調(diào)方法，對傳統(tǒng)AWG波長解調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，通過增加溫度補償光柵，實現(xiàn)對傳感光柵波長解調(diào)結(jié)果的實時溫度補償，提高了波長解調(diào)精度。利用所提出的波長解調(diào)系統(tǒng)與光纖光柵心動傳感器構(gòu)成人體心動檢測裝置，該裝置能夠?qū)饫w光柵心動傳感器所對應(yīng)的解調(diào)通道進(jìn)行自動選擇，避免了因光纖光柵心動傳感器初始波長變化范圍過大造成解調(diào)方法失效的問題。該心動檢測裝置可應(yīng)用于光纖傳感智能服裝，實現(xiàn)人體心動信號的實時監(jiān)測。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種具有溫度補償?shù)腁WG波長解調(diào)系統(tǒng)。?

本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題在于提供一種應(yīng)用上述波長解調(diào)系統(tǒng)的心動檢測裝置。?

本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題在于提供上述心動檢測裝置的應(yīng)用。?

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：?

如附圖1所示，一種波長解調(diào)系統(tǒng)，由ASE寬帶光源、光隔離器、3dB耦合器、陣列波導(dǎo)光柵、溫度補償光柵、光探測器陣列和用于實現(xiàn)波長解調(diào)算法的信號處理單元組成，其中ASE寬帶光源依次與光隔離器、3dB耦合器的第一端口相連接，所述耦合器的第三、四端口分別與光纖光柵心動傳感器和溫度補償光柵相連接，所述耦合器的第二端口依次與陣列波導(dǎo)光柵、光探測器陣列和信號處理單元輸入端口線路連接，所述溫度補償光柵和陣列波導(dǎo)光柵處于同一溫度場。?

優(yōu)選的，上述波長解調(diào)系統(tǒng)，所述信號處理單元由I/V變換電路、?放大電路、MCU芯片組成，其中I/V變換電路依次與放大電路和MCU芯片的模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸入端口線路連接，所述MCU芯片通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換輸出端口和串行通信接口輸出解調(diào)信號。?

優(yōu)選的，上述波長解調(diào)系統(tǒng)，所述I/V變換電路和放大電路共同構(gòu)成信號調(diào)理電路，該信號調(diào)理電路所選運算放大器型號為OPA129、OPA4227或OPA2227。?

優(yōu)選的，上述波長調(diào)解系統(tǒng)，所述MCU芯片型號為STM32F103ZET6。?