[发明专利]一种基于光纤光栅的肢体关节角度测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于光纤光栅的肢体关节角度测量装置及方法，它解决了现有技术中关节角度的获取装置复杂、成本高的问题，具有能通过光纤光栅波长变化量来获取肢体关节角度的有益效果，其方案如下：一种基于光纤光栅的肢体关节角度测量装置，包括可拆卸的穿戴部件，穿戴部件能被穿戴于人体；光纤光栅应变传感单元，设于穿戴部件；光纤光栅解调仪，用于采集光纤光栅应变传感单元中光栅的波长；控制器，控制器与光纤光栅解调仪连接，光纤光栅解调仪将采集到的波长数据传送至控制器，控制器根据波长数据得到肢体的关节角度。

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，特别是涉及一种基于光纤光栅的肢体关节角度测量装置及方法。

背景技术

肢体关节角度测量广泛应用于医疗器械领域，更作为行为识别的重要特征，对实现人体的行为识别有重要意义。现有的关节测量主要有视频法、惯性传感器法和压电传感器法。

视频法是利用图像处理技术对人体各个姿态进行分析，图像的采集可由多个摄像机进行拍摄，或者由单个摄像机在相对于人体的各个不同的角度拍摄来完成，通过对采集的序列图像进行分析和重建来分析运动状态、位置信息，通过位置信息可确定某个肢体的关节角度。这种方法对拍摄设备中的重构算法精度的要求较高，检测精度和运算实时性难以平衡，更致命的问题是环境要求比较严格。惯性传感器包括加速度计和角速度传感器以及它们惯性测量单元的姿态参考系统，可用于人体运动的测量和分析。现有技术中有采用包括一个三轴加速度计、一个三轴磁力计、一个三轴陀螺仪，将三者集成在一起形成可穿戴关节实时测量系统，这种方法通过多个标记点进行实时重构，穿戴起来比较笨重，不宜运动量过大，且其穿戴式处理芯片的运算复杂度高。也有通过对人体运动时肘关节控制群的压电信息进行实施全面采集，分析提取此过程中肘关节控制群的各项参数，从而得到角度的大致范围，这种方法精度不高，且实施难度较大，难以产业化。

除上述传统关节角度测量方法之外，现有技术中还有基于人体运动学、动力学、生理学(肌电)多元信息融合人体运动分析与建模的基本框架，利用高速摄像系统、力传感系统、有线肌电仪搭建人体综合信息的获取平台，这种系统化的方法重视综合的整体的人体姿态，由人体姿态再推出关节角度，容易出现多误差元素；也有利用硅胶将共晶镓铟封装，并加上电极，绑在下肢各关节处，根据关节运动时共晶镓铟的电阻变化量，求得关节运动角度，这种方法成本较高，主要材料不常见，制备过程复杂。

总的来说，发明人发现现有技术中肢体角度测量存在测量精度不高，制备过程复杂，不易实现产业化的问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于光纤光栅的肢体关节角度测量装置，具有测量柔性化、轻便化、精度高，效率高的特点。

一种基于光纤光栅的肢体关节角度测量装置的具体方案如下：

一种基于光纤光栅的肢体关节角度测量装置，包括：

可拆卸的穿戴部件，穿戴部件能被穿戴于人体；

光纤光栅应变传感单元，包括光纤光栅串，设于穿戴部件；

光纤光栅解调仪，用于采集光纤光栅应变传感单元中光栅的波长；

控制器，控制器与光纤光栅解调仪连接，光纤光栅解调仪将采集到的波长数据传送至控制器，控制器根据波长数据得到肢体的关节角度。

上述测量装置，将光纤光栅通过穿戴部件直接穿戴于人体，能够与人体直接接触，不仅便于光纤光栅应变传感单元的安装，而且方便了测量，通过光纤光栅应变传感单元中获得的波长变化量来测量肢体的关节角度，有利于提高测量速度和测量精度。

进一步地，所述穿戴部件包括穿戴本体，穿戴本体的两侧设置可拆卸的连接件，可拆卸的部件可以是拉链或卡扣或魔术扣，拉链设于穿戴本体的两侧，穿戴时，通过拉链闭合就可以，穿戴本体为矩形或其他形状。