CN104000564A - 触力传感器检测装置及检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种触力传感器检测装置，在固定支架两端设置的静态压发生装置和动态压发生装置，静态压发生装置由直线型步进电机和直线型步进电机丝杆组成，动态压发生装置由电磁推杆、凹形推杆、弹簧和T形连杆组成，电磁推杆与凹形推杆固定连接，T形连杆一端嵌设在凹形推杆内，弹簧套设在T形连杆上且设置于凹形推杆和T形连杆之间，静态发生装置和动态发生装置之间夹设被测触力传感器和触力反馈传感器。本发明既能产生高精度的动态标准信号的机械力，又能模拟中医15种脉图波形输出的可用于桡动脉触力传感器和脉象仪动态性能检测的试验装置，从而填补了脉象仪和脉搏传感器无动态性能检测手段的缺失。

Description

触力传感器检测装置及检测电路

技术领域

本发明涉及一种传感器检测装置，具体涉及一种桡动脉触力传感器检测装置，本发明还涉及一种桡动脉触力传感器检测电路。

背景技术

桡动脉脉搏波触力传感器起步于20世纪50年代，最早用于桡动脉采集的传感器是英国人Marey制作的杠杆式传感器。1979年上海市医疗器械检测所的学者研制出了——单悬臂梁的桡动脉触力传感器，之后得到了广泛应用。随着科技的不断进步和中医现代化研究的快速发展，带有桡动脉触力传感器的诊断仪器已经从科研走向了临床，由实验室手工制作走向了自动化生产。除脉象仪之外的其它不是以中医传统医理为基础的桡动脉采集设备如：中心动脉压检测仪、无创血压监测仪、脉搏波传导时间检测仪等等也发展迅速，据初步统计这类以桡动脉脉搏波触力传感器为核心的采集设备，年球销售近百万台。

在基于传统中医理论的桡动脉脉搏采集，所用的桡动脉信号采集传感器种类繁多，性能各异，根据其工作原理可分为四种：一种是通过感受脉动处力的变化而进行数据采集的触力传感器；另一种则是通过感受脉管容积的变化来描述脉象的光电传感器；第三种即传声器，是利用声学原理，拾取由脉搏引起的振动，即所谓听信号；第四种是超声多普勒检测技术。其中触力式传感器使用最为广泛基础最好，在已取得医疗器械注册许可的脉象仪中，使用的均为触力传感器。基于非中医传统医学发展起来的血管内压力和波形测量，这类传感器共有三种：有创血管内留置的有创传感器、无创压力传感器和光电类传感器。在桡动脉处进行的无创体表血压传感技术所用的传感器，与脉象仪桡动脉脉搏波采集所用的传感器是实质性等同的，也是触力传感器。然而，针对脉搏波触力传感器的检测方法国内外制造商各不相同，检测的科学性和可重复性不强，专业的、精准的、可动态模拟的、可直接检测脉搏波触力传感器频响的检测设备，检测设备依然缺失。一方面，当脉象仪缺失了动态性能的考核时，在产品注册检验中只能考核其静态性能指标，造成了脉象仪实际性能与临床客观的需求之间可能存有较大差异，诊断仪的有效性受到了挑战。另一方面，随着脉搏波采样诊断仪器产业化的不断扩大，作为关键部件桡动脉脉搏波触力传感器的疲劳性能也越来越收到临床关注，所用的脉象仪等诊断设备在使用了若干年后其诊断精度还能保持吗？若需要调换脉搏波触力传感器，产品整机还得重新校准。如果有了桡动脉脉搏波传感器的动态性能检测设备，同时又能建立一个脉搏波传感器的标准，这样就能对传感器统一质量，可在不重新调整整机的情况直接完成传感器的更换。同类产品中有创血管内血压传感器，就有美国标准ANSI/AAMI BP22《血压传感器Blood pressuretransducers》，中国也制定了该传感器的行业标准YY0781。

综上所述，我们向国际标准化组织ISO/TC249提出了脉搏波触力传感器国际标准提案，该提案包括主要技术在性能要求和试验方法，并成功获得国际标准的立项(ISO19614)。同时我们也为此研发了一种既能检测桡动脉脉搏波触力传感器的静态、动态性能，又能检测桡动脉脉搏波触力传感器疲劳性和重复性的检测装置，该装置可用于脉搏传感器(或含有脉搏传感器的脉象仪等辅助诊断仪器)的检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种触力传感器检测装置，它可以可用于脉搏传感器(或含有脉搏传感器的脉象仪等辅助诊断仪器)的检测。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种触力传感器检测装置，在固定支架两端设置的静态压发生装置和动态压发生装置，所述静态压发生装置由直线型步进电机和直线型步进电机丝杆组成，所述动态压发生装置由电磁推杆、凹形推杆、弹簧和T形连杆组成，所述电磁推杆与所述凹形推杆固定连接，所述T形连杆一端嵌设在所述凹形推杆内，所述弹簧套设在所述T形连杆上且设置于所述凹形推杆和所述T形连杆之间，所述静态发生装置和所述动态发生装置之间夹设被测触力传感器和触力反馈传感器。

优选地，本发明的触力传感器检测装置，所述触力反馈传感器和所述被测触力传感器之间具有软垫。

优选地，本发明的触力传感器检测装置，所述直线型步进电机丝杆的端部具有静压推片。

优选地，本发明的触力传感器检测装置，所述凹形推杆侧壁具有多个空气通道。

本发明还公开了一种基于权利要求1所述装置的触力传感器检测电路，包括主控制器，及分别与所述主控制器连接的磁控制驱动电路和静态压步进电机控制驱动电路，所述磁控制驱动电路与电磁推杆连接，所述磁控制驱动电路和所述静态压步进电机控制驱动电路分别与触力反馈放大器连接，所述触力反馈放大器与所述触力反馈传感器连接。

优选地，本发明的触力传感器检测电路，所述控制器通过USB通讯模块与PC主机连接。

优选地，本发明的触力传感器检测电路，所述控制器与一个多波形存储器连接。

本发明的触力传感器检测装置和检测电路既能产生高精度的动态标准信号的机械力，又能模拟中医15种脉图波形输出的可用于桡动脉触力传感器和脉象仪动态性能检测的试验装置，从而填补了脉象仪和桡动脉传感器无动态性能检测手段的缺失。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是检测设备输出不同的静态机械力，同时在不同的静态机械力上叠加动态机械力，输出的机械触力信号的示意图；

图2是脉图的基本形态示意图；

图3是两个不同时间常数下采集的同一桡动脉脉象信号对照示意图；

图4是本发明触力传感器检测装置的结构组成示意图；

图5是本发明的控制电路工作原理示意图。

具体实施方式

1.临床要求

1.1静态压和动态压的范围

我们将脉象仪采集人体脉搏信号时施加于被采集者的的外部压力称为静态压，将采集到的被采集者的脉搏跳动信号称为动态压。

检测设备需输出不同的静态机械力，同时在不同的静态机械力上叠加动态机械力，输出的机械触力信号如图1所示。为了符合临床中医的习惯，本装置中力的单位采用牛顿(N)的同时也用了克(g)。脉象传感器在采集桡动脉的脉搏信号时，必须遵循中医切脉时的举、按、寻手法。中医把脉是需要向下按压的，既在不同的“按压力”下感知出不同的桡动脉(寸口脉)的跳动幅度。用工程技术的语言来描述即为，在外部分别施加不同的静压力条件下，采集桡动脉的动态波形。

若触力传感器有效触力面能覆盖单部桡动脉跳动，那么动态触力与静态触力的范围如下表一：

表一

1.2桡动脉的脉象波(脉图或称为脉搏波)

在长期的脉象客观化研究中，已积累了大量的有共性的脉搏数据样本数据，其中具有初步共性的代表典型性的脉图波形共15种，作为中医诊断脉象的基本依据。带辅助诊断功能的脉象仪，其可辅助分析诊断的桡动脉脉象信号也都包含这15种：浮脉、沉脉、迟脉、数脉、缓脉、疾脉、结脉、代脉、促脉、虚脉、弦脉、紧脉、滑脉、涩脉、平脉。脉图的基本形态如图2所示。将这些在中医临床上已基本达成共识的桡动脉脉搏波，制作成一个临床脉象模拟信号机械力发生装置，这个装置就能对脉象仪辅助分析软件脉名判断的准确性作出一个客观的评价。这个模拟脉象信号发生装置，就犹如模拟病症心电的发生装置。

如图2所示，其中，各附图标记的含义为：h1主波幅度，h2主波峡幅度，h3重波前波幅度，h4降中峡幅度，h5重搏波幅度，t1对应于左心室的快速射血期，t4对应于左心室的收缩期，t5对应于左心室的舒张期，t为一个完整的脉动周期。

2***设计

该检测***是由可控的机械触力源、反馈用触力传感器、控制电路、幅度调节器和软件控制等组成了一个闭环实时动态调整***。其输入的是由标准信号发生器输入锯齿波信号、正弦波信号、方波，以及与PC接口通讯的模拟人体脉搏跳动的模拟脉搏波电信号，输出的是触力信号。

检测***产生的各种触力信号如下表二所示：

表二

锯齿波触力信号，用于检测脉率的准确性，以及传感器或者脉象仪的动态灵敏度的准确性。这是最近召开的脉象仪国际标准讨论的初步决定，采用上升时间和下降时间比为1∶5的锯齿波，能较好的近似脉象信号，同时也是标准信号发生器能产生的常用信号。

正弦波触力信号，用于检测触力传感器和脉象仪的频响特性，之所以选择正弦波测试传感器的频响是依据了ANSI/AAMI BP22《血压传感器Blood pressure transducers》，该标准中的传感器频响规定为：正弦变化的压力输入时，输出幅度比值的变化。但该标准没有给出直接检测频响的方法，而是采用了近似谐振计算法，对于谐振计算法本文之后章节将详细讨论。

方波触力信号：方波用于检测传感器的时间常数，时间常数值是脉象阻容耦合放大器中的一个关键指标，时间常数将会影响脉象信号中低频分量的衰减程度和相移，图3是两个不同时间常数下采集的同一桡动脉脉象信号的对照。

2.1硬件结构部分

鉴于以上分析，本发明提供了一种触力传感器检测装置，如图4所示，是本发明桡动脉触力传感器检测装置的结构组成示意图，在固定支架7两端设置的静态压发生装置和动态压发生装置，所述静态压发生装置由直线型步进电机13和直线型步进电机丝杆12组成，所述动态压发生装置由电磁推杆1、凹形推杆3、弹簧6和T形连杆5组成，所述电磁推杆1与所述凹形推杆3固定连接(图中固定装置2采用螺钉固定)，所述T形连杆5一端嵌设在所述凹形推杆3内，所述弹簧6套设在所述T形连杆5上且设置于所述凹形推杆3和所述T形连杆5之间，所述静态发生装置和所述动态发生装置之间夹设被测触力传感器10和触力反馈传感器8。优选地，本发明的触力传感器检测装置，所述触力反馈传感器8和所述被测触力传感器10之间具有软垫9，所述直线型步进电机丝杆12的端部具有静压推片11，所述凹形推杆3侧壁具有多个空气通道4。

本发明还公开了一种触力传感器检测电路，如图5所示，是本发明的控制电路工作原理示意图，包括主控制器，及分别与所述主控制器连接的磁控制驱动电路和静态压步进电机控制驱动电路，所述磁控制驱动电路与电磁推杆连接，所述磁控制驱动电路和所述静态压步进电机控制驱动电路分别与触力反馈放大器连接，所述触力反馈放大器与所述触力反馈传感器连接。优选地，本发明的触力传感器检测电路，所述控制器通过USB通讯模块与PC主机连接，所述控制器与一个多波形存储器连接，可以将常见的15种中医脉形波形预设在存储器中。

本装置是一个用于脉象触力传感器的试验装置，此装置弥补了该领域动态检测手段欠缺的空白，尤其是脉象触力传感器和脉象仪频响检测的空白，为各生产厂商和检测单位，提供了一种可行的检测手段。

Claims (7)

1.一种触力传感器检测装置，其特征在于，在固定支架两端设置的静态压发生装置和动态压发生装置，所述静态压发生装置由直线型步进电机和直线型步进电机丝杆组成，所述动态压发生装置由电磁推杆、凹形推杆、弹簧和T形连杆组成，所述电磁推杆与所述凹形推杆固定连接，所述T形连杆一端嵌设在所述凹形推杆内，所述弹簧套设在所述T形连杆上且设置于所述凹形推杆和所述T形连杆之间，所述静态发生装置和所述动态发生装置之间夹设被测触力传感器和触力反馈传感器。

2.如权利要求1所述的触力传感器检测装置，其特征在于，所述触力反馈传感器和所述被测触力传感器之间具有软垫。

3.如权利要求1所述的触力传感器检测装置，其特征在于，所述直线型步进电机丝杆的端部具有静压推片。

4.如权利要求1所述的触力传感器检测装置，其特征在于，所述凹形推杆侧壁具有多个空气通道。

5.一种基于权利要求1所述装置的触力传感器检测电路，其特征在于，包括主控制器，及分别与所述主控制器连接的磁控制驱动电路和静态压步进电机控制驱动电路，所述磁控制驱动电路与电磁推杆连接，所述磁控制驱动电路和所述静态压步进电机控制驱动电路分别与触力反馈放大器连接，所述触力反馈放大器与所述触力反馈传感器连接。

6.如权利要求5所述的触力传感器检测电路，其特征在于，所述控制器通过USB通讯模块与PC主机连接。

7.如权利要求5所述的触力传感器检测电路，其特征在于，所述控制器与一个多波形存储器连接。