本发明涉及医疗设备领域，更具体地说，涉及一种基于特定光衰减周期的非接触式心率采集系统。
背景技术：
心率变化与心脏疾病密切相关，心率增快危害健康、缩短寿命，增加心血管病的发病率和死亡率，如果心率超过160次/分钟，或低于40次/分钟，大多见于心脏病患者，如常伴有心悸、胸闷等不适感，应及早进行详细检查，以便针对病因进行治疗。
通过具备心率检测功能的可穿戴设备来采集心率的方法都有一个共性，那就是必须接触人体皮肤；比如健康手环以及各种watch...从技术本质上讲，都是基于光电容积脉搏波描的技术（简称ppg），利用一个可见光光源来照射皮肤，当心脏泵血使得血管容积周期性地变化，导致反射光也呈现出周期性的波动值，使用光电传感器采集被皮肤反射回来的光线，追踪可见光在人体组织中的周期性情况，以获得心率；采用ppg技术，最大的弊端是必须有设备接触到人体，在特殊领域的应用存在限制。
当前虽然有基于摄像机拍照人面部照片，然后对照片进行分色拆分的非接触式获得心率的方式，但是存在三个局限性：一是须借助瞳孔黑体定位，只能采集到面部轮廓后才能采集图像；二是摄像机的感光元件对温度和环境光依赖程度高，采集的图片rgb分布不准确，造成原始值输出不准确；三是此类方式需要拍照、分色拆分、分色计量等步骤，除了存在较大的滞后性外，均采用补偿式算法来修正，输出结果非原始值。
技术实现要素：
1．要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于特定光衰减周期的非接触式心率采集系统，它可以实现利用色彩分离和小波分析技术，监测皮肤反射特定光谱的变化来监测心率周期，当血液循环发生周期性变化时，血液吸收绿黄光波比较多，引起皮肤对该光线的反射强度发生周期性变化，通过监测绿色光波的变化获得心率值，利用光线反射值判断，不需要接触监测对象的身体，人眼感知不到额外增加的绿色光波，没有不适反应，而且绿光分离器属于光电装置，低电压运行，稳定可靠，该装置具有完整的发射、接收和处理模块，直接输出心率计数，不用其他设备就可以实现心率的采集。
2．技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种基于特定光衰减周期的非接触式心率采集系统，包括电源保障模块和采集装置壳体，所述电源保障模块上连接有绿光发射模块和rgb分光模块，且绿光发射模块与rgb分光模块连接，所述rgb分光模块的一侧连接有光数值信号处理模块，所述光数值信号处理模块的一侧连接有数据输出模块，所述电源保障模块、绿光发射模块、rgb分光模块、光数值信号处理模块和数据输出模块均安装于采集装置壳体中。
进一步的，所述rgb分光模块包括绿光分离器，所述绿光分离器的发射头位于采集装置壳体的中部设置，绿光分离器发出绿光，照射在人体皮肤上。
进一步的，所述光数值信号处理模块包括光电传感器，所述光电传感器环绕绿光分离器设置，光电传感器用于接收反射过来的绿光。
进一步的，所述电源保障模块包括锂电池组，所述锂电池组上设置有充电接头，锂电池组供电稳定，使用寿命长，充电接头为锂电池组接入外部电源提供便利。
进一步的，所述数据输出模块包括液晶显示屏，所述液晶显示屏安装于采集装置壳体的侧面，数据输出模块将采集到的心率以数字的形式显示在液晶显示屏上，方便读取。
进一步的，所述采集装置壳体的背部连接有升降装置，且升降装置垂直于地面，升降装置便于调节采集装置的高度，方便使用。
进一步的，所述升降装置包括第一支架和第二支架，所述第一支架为中空结构，所述第二支架插设于第一支架中设置，所述第一支架的内部底端固定连接有电动推杆，且电动推杆的输出端与第二支架的下端之间固定连接有连接杆，电动推杆的伸缩带动第二支架的升降，从而实现采集装置高度的调节。
进一步的，所述第二支架的上端安装有转动件，且采集装置壳体通过转动件与第二支架转动连接，转动件方便调节采集装置的转动角度，方便使用。
进一步的，所述转动件包括连接板和阻尼转轴，阻尼转轴具有即转即停的功能，防止采集装置耷拉下来。
进一步的，所述采集装置壳体的外部通过连杆连接有滤光板，且滤光板罩设在光电传感器上，滤光板只让绿光通过，把其他颜色的光挡住，起到净化的作用。
3．有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本发明可以实现利用色彩分离和小波分析技术，监测皮肤反射特定光谱的变化来监测心率周期，当血液循环发生周期性变化时，血液吸收绿黄光波比较多，引起皮肤对该光线的反射强度发生周期性变化，通过监测绿色光波的变化获得心率值，利用光线反射值判断，不需要接触监测对象的身体，人眼感知不到额外增加的绿色光波，没有不适反应，而且绿光分离器属于光电装置，低电压运行，稳定可靠，该装置具有完整的发射、接收和处理模块，直接输出心率计数，不用其他设备就可以实现心率的采集。
（2）rgb分光模块包括绿光分离器，绿光分离器的发射头位于采集装置壳体的中部，绿光分离器发出绿光，照射在人体皮肤上。
（3）光数值信号处理模块包括光电传感器，光电传感器环绕绿光分离器设置，光电传感器用于接收反射过来的绿光。
（4）电源保障模块包括锂电池组，锂电池组上设置有充电接头，锂电池组供电稳定，使用寿命长，充电接头为锂电池组接入外部电源提供便利。
（5）数据输出模块包括液晶显示屏，液晶显示屏安装于采集装置壳体的侧面，数据输出模块将采集到的心率以数字的形式显示在液晶显示屏上，方便读取。
（6）采集装置壳体的背部连接有升降装置，且升降装置垂直于地面，升降装置便于调节采集装置的高度，方便使用。
（7）升降装置包括第一支架和第二支架，第一支架为中空结构，第二支架插设于第一支架中设置，第一支架的内部底端固定连接有电动推杆，且电动推杆的输出端与第二支架的下端之间固定连接有连接杆，电动推杆的伸缩带动第二支架的升降，从而实现采集装置高度的调节。
（8）第二支架的上端安装有转动件，且采集装置壳体通过转动件与第二支架转动连接，转动件方便调节采集装置的转动角度，方便使用。
（9）转动件包括连接板和阻尼转轴，阻尼转轴具有即转即停的功能，防止采集装置耷拉下来。
（10）采集装置壳体的外部通过连杆连接有滤光板，且滤光板罩设在光电传感器上设置，滤光板只让绿光通过，把其他颜色的光挡住，起到净化的作用。
附图说明
图1为本发明的模块原理图；
图2为本发明的采集装置主视结构示意图；
图3为本发明的采集装置右视结构示意图；
图4为本发明的采集装置后视结构示意图；
图5为本发明的升降装置剖面结构示意图。
图中附图标记说明：
1采集装置壳体、2升降装置、201第一支架、202第二支架、203电动推杆、204连接杆、3转动件、4绿光分离器、5光电传感器、6滤光板、100电源保障模块、200绿光发射模块、300rgb分光模块、400光数值信号处理模块、500数据输出模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1-5，一种基于特定光衰减周期的非接触式心率采集系统，包括电源保障模块100和采集装置壳体1，请参阅图1，电源保障模块100包括锂电池组，锂电池组上设置有充电接头，锂电池组供电稳定，使用寿命长，充电接头为锂电池组接入外部电源提供便利，电源保障模块100上连接有绿光发射模块200和rgb分光模块300，rgb分光模块300包括绿光分离器4，绿光分离器4的发射头位于采集装置壳体1的中部设置，绿光分离器4发出绿光，照射在人体皮肤上，且绿光发射模块200与rgb分光模块300连接，rgb分光模块300的一侧连接有光数值信号处理模块400，光数值信号处理模块400包括光电传感器5，采集装置壳体1的外部通过连杆连接有滤光板6，且滤光板6罩设在光电传感器5上设置，滤光板6只让绿光通过，把其他颜色的光挡住，起到净化的作用，光电传感器5环绕绿光分离器4设置，光电传感器5用于接收反射过来的绿光，光数值信号处理模块400的一侧连接有数据输出模块500，数据输出模块500包括液晶显示屏，液晶显示屏安装于采集装置壳体1的侧面，数据输出模块500将采集到的心率以数字的形式显示在液晶显示屏上，方便读取，电源保障模块100、绿光发射模块200、rgb分光模块300、光数值信号处理模块400和数据输出模块500均安装于采集装置壳体1中。
绿光分离器4发射头发出高出环境光的固定浓度绿光和双频率载波。高出环境光浓度的绿光是必要的，用于确保光数值信号处理模块400可接收到足够的绿光，同时不会给人造成不适感，双频率载波由rgb分光模块300控制，用于消除环境光和温度造成的影响，以获得及时且精准的原始心率值。
特定光衰减周期的原理是通过绿光发射模块200，发射两个不同频率的固定波长绿光，一个频率的绿光用来测量发射和接收，从高量到低量的整体变化情况，另一个频率是用来测量的绿光的衰减幅度，消除光线散射、环境和皮肤温度造成的测量偏差。n表示两个频率绿光的波峰或波谷相重叠时的周期，g(kn)表示在该特定周期内，即两个频率绿光的波峰或波谷相重叠时绿光信号的衰减值，当两个频率的波峰或波谷相重叠称为一个特定的光衰减周期。
假设我们绿光发射模块200的发射信号强度为g(tr)，rgb分光模块300的双频差分载波频率分别为f1和f2，在空气中散射作用存在强度衰减，衰减值通过绿光发射模块200和接收模块两端信息强度比较得出，我们记录为k，在绿光发射模块200输出的绿光信号强度为：
g(tr)=acos[2πtf1/f2 g(kn)]，其中t为绿光补偿时间，单位毫秒。此时接收端的绿光信号强度为g(re)，经过人体血液吸收，发生变化，n表示两个频率绿光的波峰或波谷相重叠时的周期，g(kn)表示在该特定周期内，即两个频率绿光的波峰或波谷相重叠时绿光信号的衰减值，此时光数值信号处理模块400接收到的绿光信号是受到外界温度、距离和空气散射影响的，计算如下：g(re)=acos[2πf3/f4-g(kn)]，其中f3和f4是接收的载波差分数据频率，当f3=nf1，或f4=nf2时，且n＞1，开始计算。此时被人体血液吸收的绿光信号强度为g(ab)，计算公式为：g(ab)=g(tr)-g(re)-g(kn)。
数据输出模块500用于对g(ab)数值进行高差比对的连续小波变换，对该数值的衰减组成震荡波形，统计峰位和谷位次数，原始心率的数值是对g(ab)数值放大1000倍后取整所得；
实际测试时得到的实验数据如下：
请参阅图2-5，采集装置壳体1的背部连接有升降装置2，且升降装置2垂直于地面，升降装置2便于调节采集装置的高度，方便使用，升降装置2包括第一支架201和第二支架202，第二支架202的上端安装有转动件3，且采集装置壳体1通过转动件3与第二支架202转动连接，转动件3方便调节采集装置的转动角度，方便使用，转动件3包括连接板和阻尼转轴，阻尼转轴具有即转即停的功能，防止采集装置耷拉下来，第一支架201为中空结构，第二支架202插设于第一支架201中设置，第一支架201的内部底端固定连接有电动推杆203，且电动推杆203的输出端与第二支架202的下端之间固定连接有连接杆204，电动推杆203的伸缩带动第二支架202的升降，从而实现采集装置高度的调节。
采集装置工作时，发射模块200发出绿光，经过rgb分光模块300上的绿光分离器4照射在人体皮肤上，光数值信号处理模块400上的光电传感器5采集反射回来的绿光进行分析，通过数据输出模块500显示出来，当需要调节采集装置的高度时，启动电动推杆203，电动推杆203的伸缩动作就实现了采集装置的升降，由于阻尼转轴具有即转即停的功能，因此转动采集装置后可防止其耷拉下来，它可以实现利用色彩分离和小波分析技术，监测皮肤反射特定光谱的变化来监测心率周期，当血液循环发生周期性变化时，血液吸收绿黄光波比较多，引起皮肤对该光线的反射强度发生周期性变化，通过监测绿色光波的变化获得心率值，利用光线反射值判断，不需要接触监测对象的身体，人眼感知不到额外增加的绿色光波，没有不适反应，而且绿光分离器属于光电装置，低电压运行，稳定可靠，该装置具有完整的发射、接收和处理模块，直接输出心率计数，不用其他设备就可以实现心率的采集。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
1.一种基于特定光衰减周期的非接触式心率采集系统，包括电源保障模块（100）和采集装置壳体（1），其特征在于：所述电源保障模块（100）上连接有绿光发射模块（200）和rgb分光模块（300），且绿光发射模块（200）与rgb分光模块（300）连接，所述rgb分光模块（300）的一侧连接有光数值信号处理模块（400），所述光数值信号处理模块（400）的一侧连接有数据输出模块（500），所述电源保障模块（100）、绿光发射模块（200）、rgb分光模块（300）、光数值信号处理模块（400）和数据输出模块（500）均安装于采集装置壳体（1）中。
2.根据权利要求1所述的一种基于特定光衰减周期的非接触式心率采集系统，其特征在于：所述rgb分光模块（300）包括绿光分离器（4），所述绿光分离器（4）的发射头位于采集装置壳体（1）的中部。
3.根据权利要求2所述的一种基于特定光衰减周期的非接触式心率采集系统，其特征在于：所述光数值信号处理模块（400）包括光电传感器（5），所述光电传感器（5）环绕绿光分离器（4）设置。
4.根据权利要求1所述的一种基于特定光衰减周期的非接触式心率采集系统，其特征在于：所述电源保障模块（100）包括锂电池组，所述锂电池组上设置有充电接头。
5.根据权利要求1所述的一种基于特定光衰减周期的非接触式心率采集系统，其特征在于：所述数据输出模块（500）包括液晶显示屏，所述液晶显示屏安装于采集装置壳体（1）的侧面。
6.根据权利要求1所述的一种基于特定光衰减周期的非接触式心率采集系统，其特征在于：所述采集装置壳体（1）的背部连接有升降装置（2），且升降装置（2）垂直于地面。
7.根据权利要求6所述的一种基于特定光衰减周期的非接触式心率采集系统，其特征在于：所述升降装置（2）包括第一支架（201）和第二支架（202），所述第一支架（201）为中空结构，所述第二支架（202）插设于第一支架（201）中设置，所述第一支架（201）的内部底端固定连接有电动推杆（203），且电动推杆（203）的输出端与第二支架（202）的下端之间固定连接有连接杆（204）。
8.根据权利要求7所述的一种基于特定光衰减周期的非接触式心率采集系统，其特征在于：所述第二支架（202）的上端安装有转动件（3），且采集装置壳体（1）通过转动件（3）与第二支架（202）转动连接。
9.根据权利要求8所述的一种基于特定光衰减周期的非接触式心率采集系统，其特征在于：所述转动件（3）包括连接板和阻尼转轴。
10.根据权利要求3所述的一种基于特定光衰减周期的非接触式心率采集系统，其特征在于：所述采集装置壳体（1）的外部通过连杆连接有滤光板（6），且滤光板（6）罩设在光电传感器（5）上。
技术总结