【关键词】声波助眠；脑波助眠；睡眠监测；睡眠分析

引言

随着社会的进步、经济的发展和人们生活水平的提高，人们对睡眠质量的要求也越来越高。由于失眠诱发的各类并发症和健康问题（如血压升高、糖尿病风险增加、免疫功能下降等）导致人们身心健康受损，因此睡眠障碍问题也越来越受到人们重视。

目前，智能助眠床垫设计研发大部分集中在人体工学及按摩穴位这个方向，为此，本文将从以往较少被讨论的材料选型、系统组成、助眠工作原理等方面，阐述智能助眠床垫的设计。

一、功能要求

监测睡眠质量、心率、呼吸频率、体动等参数，并能够通过调节手段（如声音、光线、振动等）帮助用户放松和入眠，给用户提供优质的睡眠建议和完整的睡眠报告[1]。

二、智能助眠垫系统组成

（一）助眠床垫模块

助眠床垫模块由电路舱组件和检测模块组成，检测模块主要负责各类人体生命特征（心率、呼吸、体动等）的实时采集，电路舱组件主要负责对各类传感器采集的数据进行初步处理和分析，其外形图参考如图1所示。

1.电路舱组件

电路舱组件主要由7075航空铝和优质碳纤维材质加工而成的结构件、音频功放及各类硬件控制组件装配而成，其舱内防尘防水，可确保电路硬件性能稳定不受外界冲击干扰。为提高产品外观，舱体铝合金表面采用喷砂和阳极氧化处理[2]。

7075航空铝普遍用在计算机数字控制（Computer Numerical Control，CNC）切削制造的零部件，适合高强度配件。经过阳极氧化处理后的铝及铝合金表面能生成几微米至几百个微米的氧化膜，这层氧化膜能够有效保护内部原材料。比起铝合金的天然氧化膜，阳极氧化后的7075航空铝的表面硬度、耐蚀性、耐磨性和外观装饰性都有显著的改善和提高。

碳纤维是高强度、高模量的新型纤维材料，其使用温度可达150～300℃，其耐温性能非常规塑料可比拟。碳纤维的密度小，外形呈纤维状，由于其石墨微晶结构沿纤维轴方向择优取向，因此沿纤维轴方向的模量和强度优于另一方向，产品设计时需根据此特性选择合适的受力方向[3]。

音频功放选用的是带数字音量控制并防电磁干扰（Electromagnetic Interference，EMI）的音频功率放大器，它有以下优点：第一，其在各类音频终端应用中维持高效率并提供AB类放大器，具备高保真、低噪声的性能，可以降低内阻和热耗，极大提升输出功率和产品的可靠性；第二，它具有优异的全带宽EMI抑制性能，减小了辐射和传导干扰，有全低噪应用、高信噪比、高保真的特点；第三，它通过免滤波器数字调制，直接驱动扬声器；第四，它将独立声道关断，具备静音功能，过流、过热、欠压异常保护功能等。

2.检测模块

检测模块主要由医用硅胶加工而成的硅胶垫和各类传感器装配而成。该硅胶垫柔软舒适，配合人体工学结构设计，使人体在睡眠助眠检测时无不适感。

医用硅胶是美容医学中应用相当广泛的生物材料，应用较多的是固体硅胶。硅胶具有良好的生物相容性，对人体组织无刺激性、无毒性、无过敏反应，且能耐高温，可消毒，是一种相当稳定的惰性物质。

3.压电传感器

智能助眠垫采用的表面镀银的聚偏氟乙烯（Polyvinylidene Fluoride，PVDF）压电薄膜传感器。