智能服装中光纤光栅心音传感器及信号时频分析算法研究

摘要

智能服装是电子信息学科、材料学科、纺织学科及其它相关学科结合与交叉的产物，能够监测人体外部环境或内部状态的变化，通过反馈机制，能实时地对这种变化做出反应，具有携带方便、实时监测等特点。心脑血管疾病是严重威胁人类生命的第二大疾病，心音监测和分析是心脑血管疾病的重要诊断手段。因此，研究具有心音检测和分析功能的智能服装具有重要的意义。
　　 本文对具有心音检测和分析功能的智能服装中的光纤光栅心音传感器及信号时频分析算法进行了研究。在分析了光纤光栅的结构、传感原理的基础上，提出了一种基于光纤光栅的智能服装心音检测系统设计方案：设计了系统的光纤光栅心音传感器，提出了新的封装方法及工艺，并对传感器进行了测试，结果表明该传感器具有检测精度高、重复性好、体积小的优点：提出了采用织物衬底缝合和双层织物包裹缝合相结合的方法将光纤光栅心音传感器及光纤植入服装，避免了光纤光栅心音传感器的损伤，保证了传感器与人体的紧密接触以及服装穿着的舒适度；在分析了光纤光栅心音信号特征的基础上，提出了小波变换和Choi-Williams分布相结合的心音信号时频分析算法，该算法能够提取第一、第二心音的频率范围及持续时间，为心脑血管疾病的诊断提供依据；利用光纤光栅心音传感器搭建了智能服装心音检测系统的实验平台，进行了人体测试实验，结果表明该传感器能实时检测心音信号，性能达到设计要求。本文所研究的光纤光栅心音传感器和信号时频分析算法在具有心音检测和分析功能的智能服装中具有重要的应用价值。该智能服装能够实时的监测人体心音，及时发现心脑血管疾病，及早救治，避免死亡，在医疗、军事、体育、航空航天等领域具有广泛应用前景。