一种对睡眠质量进行自动监测与调节的智能枕头

技术领域

本发明涉及枕头相关技术领域，尤其涉及一种对睡眠质量进行自动监测与调节的智能枕头。

背景技术

睡眠是人体健康和发展所必须的，其中睡眠主要的功能包括体力的恢复、活力的维持、记忆和学习的精力所需、大脑的发育以及创造力的发展等，睡眠是大脑获得休息最有效的方法，也是人类基本的生理需求及维持良好身体状态的基础，几乎所有人体生理与心里的活动都与睡眠息息相关。

睡眠时间是维持睡眠品质最重要的因素之一，睡眠品质是判定睡眠良好与否的重要指标，当睡眠品质不良时，除了可能会影响到身体、情绪之外，更影响到人的认知行为，若长期睡眠质量不佳，则长久可能会引起人精神上的障碍等等诸多不利。

为了拥有良好的睡眠品质，枕头的往往发挥着重要作用。就枕头而言，不适合的枕头会影响睡眠并且可能引起颈部造成物理伤害。若枕头高度过高，则会导致颈部维持前屈的姿势，最终会导致颈椎病；若枕头的高度过低，则会导致流入脑部的血液过多，可能导致脑部血压升高，容易造成危险。其次，针对睡觉打鼾者，其打鼾也容易影响到睡眠质量，并且严重则容易发生生命危险，因此，针对上述目前现有技术存在的情况，实有必要进行开发研究，以提供一种适合消费者使用的可对睡眠质量进行自动监测与调节的智能枕头。

上述背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对睡眠质量进行自动监测与调节的智能枕头，以解决上述背景技术问题中的至少一种问题。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

一种对睡眠质量进行自动监测与调节的智能枕头，包括：枕头本体、设置于枕头本体内部的光纤宏弯传感器以及多个调节气囊、连接所述光纤宏弯传感器和所述调节气囊的PCB电路板；其中，

所述枕头本体设置有头枕部，所述头枕部设置成弧形凹陷；

所述光纤宏弯传感器设置在对应于头枕部下端的位置处，以与人体的颈部接触，用于监测人体的呼吸特征数据；

所述调节气囊设置在对应于头枕部上端的位置处，以与人体头部相接触，用于调节头部的位置姿态；

所述PCB电路板上设置有监测电路、控制与处理电路、以及气囊调节电路，以接收光纤宏弯传感器的输出值，进行处理分析，提取出生命体征信息，并进行睡眠质量监测和/或根据所述生命体征信息控制气囊调节电路对调节气囊进行调节。

在一些实施例中，所述光纤宏弯传感器的数量为多个，多个所述光纤宏弯传感器以规则或者不规则排列形式布置于一柔性纺织纤维层上。

在一些实施例中，所述光纤宏弯传感器包括有光源、光电探测器、柔性光波导、连接器以及导线；其中，所述光源和光电探测器分别通过连接器固定在柔性光波导的两端；所述柔性光波导包裹在软性胶体内，与软性胶体形成一规则柱状体。

在一些实施例中，所述柔性光波导为可弯曲的规则柱状体，光波导的弯曲直径大于1.2cm，光波导的直径大于或等于软性胶体直径的10％。

在一些实施例中，所述监测电路与光纤宏弯传感器的光电探测器连接，以用于接收光纤宏弯传感器的光电探测器输出值；所述控制与处理电路分别连接监测电路以及气囊调节电路，以用于接收光纤宏弯传感器探测到的人体呼吸特征数据并进行处理分析，提取出生命体征信息，并根据所述生命体征信息发出指令信息至气囊调节电路，由气囊调节电路对气囊进行调节。

在一些实施例中，所述PCB电路板上还设置接口电路，所述接口电路连接有通信模组，以通过所述通信模组与远端处理及显示单元连接。

在一些实施例中，所述调节气囊共有五个，其中两个调节气囊分别对应于头部的左顶骨、右顶骨，而其余三个调节气囊对应头部的枕骨部份。

在一些实施例中，所述五个气囊相互连通，中间设置有阀门进行隔离。

在一些实施例中，还包括有外部充气装置，所述五个气囊相互独立设置，五个气囊分别连接所述充气装置进行充放气调节。

在一些实施例中，所述智能枕头还包括有电源，以用于为所述光源以及PCB电路板供电。

本发明技术方案的有益效果是：

相较于现有技术，本发明对睡眠质量进行自动监测与调节的智能枕头通过采用光纤宏弯传感器进行适时监测，并根据监测到的呼吸特征数据分析获得睡眠质量相关信息，根据相关信息对气囊进行自动调节，使得睡眠时头部处于较佳的睡眠姿态，从而提高睡眠质量，且保证睡眠安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明一个实施例对睡眠质量进行自动监测与调节的智能枕头的立体示意图；

图2是根据本发明一个实施例对睡眠质量进行自动监测与调节的智能枕头的剖切图示；

图3是根据本发明另一个实施例对睡眠质量进行自动监测与调节的智能枕头使用状态图示；

图4是人体头部示意图；

图5是根据本发明一个实施例对睡眠质量进行自动监测与调节的智能枕头的光纤宏弯传感器的结构示意图；

图6根据本发明一个实施例对睡眠质量进行自动监测与调节的智能枕头监测呼吸时得到的呼吸波形图。

具体实施方式

为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明通过光纤宏弯传感器监测人体呼吸特征数据，可用于对人体睡眠质量进行监测与调节，通过光纤传感器监测人体呼吸特征数据，一般情况下，如果呼吸特征数据平稳，则判断为睡眠质量良好，若睡眠过程中出现做梦或者体动等情形，则呼吸特征数据将会频频发生异常，从而根据呼吸特征数据的变化，自动调节气囊直到呼吸特征数据趋于平缓，从而改善睡眠质量。

本发明也可以用于对睡眠打鼾者进行头部姿态调节，避免打鼾对睡眠质量的影响；其中，当有打鼾现象发生时，人体呼吸急促，监测到的人体呼吸特征数据会有大幅度变化，此时通过对调节气囊进行调节，适当调整头部姿态直到监测到的呼吸特征数据趋于平稳，从而以达到对打鼾者的睡眠进行调节，使其头部处于最佳睡眠状态，避免打鼾，以提高睡眠质量。

以下将对本发明进行详细说明。

参照图1-图2所示，本发明实施例提供的一种对睡眠质量进行自动监测与调节的智能枕头100，包括枕头本体1、设置于枕头本体1内部的光纤宏弯传感器2以及多个调节气囊3；其中，所述光纤宏弯传感器2和所述调节气囊3连接有PCB电路板(未图示)；所述枕头本体1设置有头枕部10，所述头枕部10设置成弧形凹陷；所述光纤宏弯传感器2设置在对应于头枕部10下端的位置处，以与人体的颈部接触，用于监测人体的呼吸特征数据，如图中虚线A部分的位置；而所述调节气囊3设置在对应于头枕部上端的位置处，以与人体头部相接触，用于调节头部的位置姿态，如图中虚线圆圈B所示。

在本发明实施例中，所述光纤宏弯传感器2的数量为至少两个；在一些实施例中，所述光纤宏弯传感器2的数量为多个，多个光纤宏弯传感器以规则或者不规则排列形式布置于一柔性纺织纤维层上。

参照图5所示，图5所示为光纤宏弯传感器的结构示意图，所述光纤宏弯传感器包括有光源20、光电探测器21、柔性光波导22、连接器23以及导线24。其中，所述光源20和光电探测器21分别通过连接器23固定在柔性光波导的两端。所述柔性光波导22包裹在软性胶体25内，与软性胶体25形成一规则柱状体。所述光源20和光电探测器21还分别通过导线24与外部电路连接。

在一个实施例中，所述柔性光波导22为一种规则柱状体，其具有可弯曲的特性，所述柔性光波导22对光源发出的光具有一定的透过性；所述光源为单色光或非单色光。所述软性胶体25为非刚体材料，具有可任意拉伸、收缩、弯曲的特性。优选的，所述柔性光波导的弯曲直径大于1.2cm，柔性光波导的直径大于或等于软性胶体直径的10％。

在一个实施例中,所述光源20为具有750nm或者1250nm中心波长，150nm半值宽度的低功率LED；所述光电探测器21的响应度为0.3A/W，当所述光源的中心波长为750nm时，所述光电探测器探测范围为610nm-780nm；而当所述光源的中心波长为1250nm时，所述光电探测器探测范围为1110nm-1578nm；通过如此设置光源与光电探测器，使得光纤宏弯传感其的功耗低、探测精度高，利于在枕头上的应用。

在一个实施例中，所述光电探测器21可以为任何可以将光信号转化为电信号的光电元件。所述光电探测器探测的光信号为光强、偏振、波长、相位、频率。

具体的，光源发出的光经过柔性光波导后，进入光电探测器，光电探测器将光信号转化为电信号。当柔性光波导随着软性胶体发生形变时，其内部光的部分或全部参量将发生变化；其中，光的参量包括光强、偏振、波长、相位、频率。所述软性胶体对柔性光波导起到保护作用，当软性光波导发生形变时，其内部光在软性光波导和空气界面处的入射角减小，这会导致透射到空气中损耗掉的光强增加，反射回软性光波导中被光电探测器探测到的光强减小。

光纤宏弯传感器贴近人体颈部时，人体的呼吸和心跳活动会产生一定的外界扰动(定义外界扰动量为△E)，通过颈部动脉传递至光纤宏弯传感器，相应地施加光纤宏弯传感器的力会使得光纤形变发生变化，则：

其中，△E为外界扰动量，△T为光纤传输常数的相应变化量，D为与外界扰动量△E有关的常数，其中D△E＝△X，△X为光纤相应的形变量。根据力与形变量的关系，可得：

其中，△F为施加于光纤宏弯传感器上的压力，K

参照图1、图3所示，所述调节气囊3共有五个，分别对应于头部的五个点，如图4所示，按人字缝隙将头部300分为三部分，下部分为枕骨301、上部分分别为左、右顶骨302，303，其中左、右顶骨各配置为对应一个气囊，分别记为左顶骨气囊和右顶骨气囊；枕骨配置对应三个气囊，分别为中心气囊、左气囊、以及右气囊。参照图3所示，调节中心气囊，可以调节头部高低，而通过调节左、右气囊，则可以调节头部偏左或者偏右，而左、右顶骨气囊则主要用于协助对头部姿态进行左、右微调。

在一个实施例中，所述五个气囊相互连通，中间设置有阀门进行隔离，初始状态时将气囊调节到平衡状态，使用过程中通过控制阀门的开启进行对应气囊的调节，如此设置，气囊无需额外连接充气装置。

在一些实施例中，气囊连接有外部充气装置，五个气囊相互独立设置，气囊之间不连通，五个气囊分别连接至同一个充气装置进行充放气调节。

所述PCB电路板上设置有监测电路(未图示)、控制与处理电路(未图示)、气囊调节电路(未图示)以及接口电路(未图示)；所述监测电路与光纤宏弯传感器的光电探测器连接，以用于接收光纤宏弯传感器的光电探测器输出值；所述控制与处理电路分别连接监测电路以及气囊调节电路，以用于接收光纤宏弯传感器探测人体呼吸特征数据并进行处理分析，提取出生命体征信息，并根据所述生命体征信息发出指令信息至气囊调节电路和/或报警电路，由气囊调节电路对气囊进行调节，或者由报警电路发送报警信息，提示生命危险。

所述控制与处理器电路包括有控制器、处理器；在一些实施例中，还包括有存储器。其中，所述存储单元可以是易失性或非易失性存储设备或者它们的组合，在本发明实施例中不作特别限制。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM，Read Only Memory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read-Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM，ErasableProgrammable Read-Only Memory)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM，ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory)、磁性随机存取存储器(FRAM，FerromagneticRandom Access Memory)、快闪存储器(Flash Memory)。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，其用作外部高速缓存。

在一些实施例中，所述所述接口电路连接有扬声器，以用于实现报警等功能。

在一些实施例中，还包括有人机界面，通过人机界面以对监测到的生命体征数据进行实时显示，并提供人机交互的通道；所述生命体征数据包括呼吸数据、心率数据以及睡眠状态时体动数据等等。其中，所述人机界面可以包括显示设备以及输入设备，在一些实施例中，所述显示设备可以为显示屏，所述输入设备可以为键盘或者是触摸设备。

在一些实施例中，所述接口电路连接有通信模组，通过通信模组与远端处理及显示单元连接；其中，所述远端处理及显示单元通过通信模块实现与生命体征提取与分析模块的连接，从而可以将监测的信息进行显示，实现远程实时监控的功能。在一些施例中，所述远端处理及显示单元为手机，所述手机上安装有睡眠监测应用软件(睡眠App)，通过所述睡眠App可以查看睡眠质量监测数据，也可以通过所述睡眠App对智能枕头实现远程控制调节。在一些实施例中，也可将通信模组直接设置于PCB电路板上。

参照图3、图4、图6所示，使用时，枕头的表面与外界人体200接触，人体生命活动产生的微弱力如呼吸、心跳等传递至设置于枕头本体内的光纤宏弯传感器，光纤宏弯传感器发生宏弯形变，进而产生宏弯损坏，这种损耗被光纤光电探测器探测到并转化为电信号，由控制与处理电路进行数据处理，提取生命体征数据。其中，所述人体生命活动包括：在枕、离枕、呼吸、心跳、体动等；所述生命体征数据包括：在枕、离枕、呼吸率、心率、呼吸波形、心跳波形、体动次数与波形。参照图6所示，正常呼吸情况下的呼吸波形为B1，而发生呼吸异常时的呼吸波形为B2。

具体的，通过控制与处理电路设置一阈值，当监测电路监测到人体呼吸特征数据发生异常次数超过阈值时，控制与处理电路会控制气囊调节电路对调节气囊进行调节，直到监测到的呼吸特征数据趋于平缓；若经过多次调节，呼吸特征数据仍是异常状态，则判断人体有生命特征异常，启动报警电路发出报警；或者，通过接口电路连接的通信模组将报警信息传递至远端，向远端绑定的监护人发出报警求救。需要说明的时候，当睡眠过程中出现做梦或者有翻身等体动现象时，监测电路也会监测到呼吸异常，但是发生异常的次数会比较离散化，因此，在这种情况下，也可以通过控制与处理电路控制气囊调节电路对气囊进行调节，使得睡眠者头部处于一个较佳的睡眠姿态。

在一些实施例中，所述智能枕头还包括有声音传感器，通过声音传感器以及光纤宏弯传感器，可以准确判断是否有打鼾现象发生并进行自动调节，从而避免打鼾影响到睡眠质量或者影响到其他人的休息。具体地，当声音传感器监测到有声音发生时，通过光纤宏弯传感器监测的呼吸数据判断呼吸是否有异常，若呼吸无异常，则声音可能是来自外界干扰，而非有打鼾现象发生；若有呼吸异常，则判断有打鼾现象发生，通过控制与处理电路启动气囊调节电路对气囊进行调节，直到呼吸数据正常。一般情况下，打鼾者打鼾时，只需要对其头部姿态进行稍微调整，则即可使其停止打鼾。

在一些实施例中，所述智能枕头还包括有电源，以用于为所述光源以及PCB电路板供电。所述电源为干电池，由于所述光源为低功耗LED，功率低，所以通过干电池供电既满足了光源的供电需求，同时也提高了产品的安全性能，避免采用其他电源如锂电池等存在的安全问题。

本发明智能枕头灵敏度高、测试精度准确，可达到医疗级别，能精确监测到人体睡眠状态时的呼吸特征数据，应用范围以及场景广，且产品一致性成品率高，成本低，便于大区域分布式监测应用。

可以理解的是，以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。

在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

此外，本发明的范围不旨在限于说明书中所述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。本领域普通技术人员将容易理解，可以利用执行与本文所述相应实施例基本相同功能或获得与本文所述实施例基本相同结果的目前存在的或稍后要开发的上述披露、过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其范围内。