CN204708829U - 一种无线呼吸、脉搏监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种无线呼吸、脉搏监测装置，由压电薄膜传感器、信号处理电路、蓝牙模块和电源模块组成，所述压电薄膜传感器、信号处理电路、蓝牙模块和电源模块通过胶枪由下至上依次固定于医用橡胶内部。采用压电薄膜传感器配有弹性底座，使传感器灵敏度高、信号稳定；采用柔性电路板具有良好的散热性和可焊性，易于装连，大大缩小整体检测装置的体积和重量，满足高密度、小型化；监测装置可无线传输、可远程访问、具有异常信号报警功能；监测装置质地柔软、轻便、佩戴舒适。具有成本低、易于生产、监测准确的特点；该监测装置能够很好的满足佩戴者的日常和医用监护，可用于呼吸睡眠暂停综合症的监测、运动监测和睡眠深度等的监测。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种传无线呼吸、脉搏监测感器，具体涉及一种基于压电膜传感器的无线呼吸、脉搏监测装置。
背景技术
人体呼吸、脉搏所呈现的强度、形态和速率等多方面的信息，很大程度上反映了人的心肺功能特征，通过对人体呼吸、脉搏状况的监测，可以发现并预防呼吸道、肺部以及心血管等部位的病变，如基于呼吸和脉率信息可对睡眠呼吸暂停综合症进行一定的监测预警。另外，呼吸和脉搏跳动监测也是一种有效的运动监测和睡眠深度监测方法。
传统对人体呼吸信号的监测方法主要有：通过监测人体呼吸气流引起鼻腔周边温度变化实现对人体呼吸信号的监测；利用体表阻抗与肺容积之间存在着一定的对应关系定量地测量呼吸的阻抗式呼吸监测法；由心电信号提取呼吸信号。目前也有应用平面结构的压电薄膜来监测人体呼吸的研究。传统对人体脉搏监测的研究主要有：中医诊脉，手指光电透射式监测。
然而，口鼻气流监测法存在佩带不方便的弊端；阻抗式呼吸监测不仅对电极要求较高，还会因心动血流干扰引起检测值不易确定问题；心电电极长时间佩戴会引起患者皮肤过敏；平面结构的压电薄膜测呼吸，信号掺杂噪音，幅度值不明显，效果并不理想；中医诊脉存在人为因素，具有不确定性，需医务人员长期训练实践，而光电透射式限制了人手指自由活动。
穿戴式参数监测***是将生理信息监测技术和人们日常穿戴的衣物相融合，使其在自然状态下实现生理信息的获取，其是一种安全的低生理负担的监测技术，但由于穿戴式参数监测***中控制处理电路几乎都使用传统的硬质PCB电路板，由于其材质较硬、重量较重，影响佩戴者的舒适度。
CN102100558公开了一种“无线呼吸监测装置”，采用压电薄膜传感器来感应呼吸运动，将其转变为相应的电荷信号，由控制电路对电荷信号进行处理，再有天线将信号发送出去。该装置虽然采用了压电薄膜传感器检测呼吸信号，但该传感器仅由平面结构的压电薄膜组成，没有填加弹性底座，不能获得准确、稳定的呼吸信号，不适合实际应用。
CN101474067公开了一种“测量脉搏的PVDF阵列触觉传感器”，该传感器结构也是采用平面结构形式，不能获得准确、稳定的脉搏信号，且体积较大，金属衬底没有柔性，不适合应用于可穿戴装置。
CN203436329公开了一种“可穿戴智能运动检测***”，监控穿戴者的运动情况和脂肪变化情况，该装置应用传统的硬质PCB电路板，由于其材质较硬、重量较重，影响佩戴者的舒适度。
因此，发明一种柔性、可穿戴、对患者活动无干扰、信号灵敏准确的呼吸、脉搏监测设备是非常必要的。
发明内容
本实用新型的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种可用于呼吸睡眠暂停综合症的监测、运动监测和睡眠深度等监测的一种无线呼吸、脉搏监测装置。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种无线呼吸、脉搏监测装置，由压电薄膜传感器a4、压电薄膜传感器b5、信号处理电路9、蓝牙模块8和电源模块7组成，其特征在于，所述压电薄膜传感器a4、压电薄膜传感器b5、信号处理电路9、蓝牙模块8和电源模块7通过胶枪由下至上依次固定于医用橡胶10内部，且蓝牙模块8和电源模块7并排放置；所述信号处理电路9与压电薄膜传感器a4、压电薄膜传感器b5和蓝牙模块8电性相连；压电薄膜传感器a4、压电薄膜传感器b5用于监测呼吸和脉搏信号，并将其转变为电信号后发送给信号处理电路9；信号处理电路9将获取的电信号放大滤波并转换成数字信号发送给蓝牙模块8；蓝牙模块8将实时数据以无线形式传递到个人信息终端3进行数据显示及处理；电源模块7用于给信号处理电路9和蓝牙模块8供电。
所述压电薄膜传感器a4、压电薄膜传感器b5、信号处理电路9、蓝牙模块8和电源模块7由医用橡胶10封装成表盘状，表盘为橡胶表盘，两端设有表梢，其上装有表带6。
所述表带6为弹性织物带或皮带，表带6端部设有卡扣11。
所述压电薄膜传感器a4由压电薄膜13和具有双面弓结构的弹性底座a14组成，弹性底座a14与表盘一体成型，压电薄膜13封装在双面弓弹性底座靠近身体腹部一侧，通过引线与表盘内信号处理电路9的电路板相连。
所述压电薄膜传感器b5由压电薄膜13和具有柱形的空心拱形薄壁结构的弹性底座b15组成，弹性底座b15与表盘一体成型，压电薄膜13封装在拱形塑料薄壁内，通过引线与表盘内信号处理电路9的电路板相连。
所述弹性底座a14、弹性底座b15为橡胶弹性底座。
所述信号处理电路9包括电荷放大单元Ⅰ、电压放大单元Ⅱ、低通滤波单元Ⅲ、电压跟随单元Ⅳ和电压抬升单元Ⅴ，所述电荷放大单元Ⅰ将压电薄膜传感器a4、压电薄膜传感器b5获得的电荷信号转化成电压信号，电压放大单元Ⅱ将电压信号放大，再通过低通滤波单元Ⅲ滤除无关干扰信号，经电压跟随单元Ⅳ提高电路的带载能力，并经电压抬升单元Ⅴ将电压信号抬升为正信号，由微控制器将模拟信号转化成数字信号后，通过蓝牙模块8将信号传递给个人信息终端3进行数据显示及处理。
所述信号处理电路9采用柔性电路板，以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成。
所述电源模块7上设有充电口12。
有益效果：装置采用具有弹性结构的底座和压电薄膜传感器，使传感器灵敏度高、信号稳定；采用具有良好的散热性和可焊性的柔性电路板，其易于装连且缩小了整体检测装置的体积和重量；装置可无线传输、可远程访问、具有异常信号报警功能；装置质地柔软、轻便、佩戴舒适，且成本低、易于生产、监测准确，能够很好的满足佩戴者的日常和医用监护需要，可用于呼吸睡眠暂停综合症的监测、运动监测和睡眠深度等的监测。
附图说明
图1为无线呼吸、脉搏监测装置的结构图
图2为无线呼吸监测装置的结构示意图
图3为无线脉搏监测装置的结构示意图
图4为无线呼吸监测装置的压电薄膜传感器的结构示意图
图5为无线脉搏监测装置的压电薄膜传感器的结构示意图
图6为信号处理电路的信号传递流程图
1 无线呼吸监测装置，2 无线脉搏监测装置，3 个人信息接收终端，4 压电薄膜传感器a，5 压电薄膜传感器b，6 表带，7 电源模块，8 蓝牙模块，9 信号处理电路，10 医用橡胶，11 卡扣，12 充电口，13 压电薄膜，14 弹性底座a，15 弹性底座b；
Ⅰ 电荷放大单元，Ⅱ 电压放大单元低 Ⅲ.通滤波单元，Ⅳ 电压跟随单元，Ⅴ 电压抬升单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明：
一种无线呼吸、脉搏监测装置，由压电薄膜传感器a4、压电薄膜传感器b5、信号处理电路9、蓝牙模块8和电源模块7组成，其特征在于，所述压电薄膜传感器a4、压电薄膜传感器b5、信号处理电路9、蓝牙模块8和电源模块7通过胶枪由下至上依次固定于医用橡胶10内部，且蓝牙模块8和电源模块7并排放置；所述信号处理电路9与压电薄膜传感器a4、压电薄膜传感器b5和蓝牙模块8电性相连；压电薄膜传感器a4、压电薄膜传感器b5用于监测呼吸和脉搏信号，并将其转变为电信号后发送给信号处理电路9；信号处理电路9将获取的电信号放大滤波并转换成数字信号发送给蓝牙模块8；蓝牙模块8将实时数据以无线形式传递到个人信息终端3进行数据显示及处理；电源模块7用于给信号处理电路9和蓝牙模块8供电。
压电薄膜传感器a4、压电薄膜传感器b5、信号处理电路9、蓝牙模块8和电源模块7由医用橡胶10封装成表盘状，表盘为橡胶表盘，两端设有表梢，其上装有表带6。表带6为弹性织物带或皮带，表带6端部设有卡扣11。
压电薄膜传感器a4由压电薄膜13和具有双面弓结构的弹性底座a14组成，弹性底座a14与表盘一体成型，压电薄膜13封装在双面弓弹性底座靠近身体腹部一侧，通过引线与表盘内信号处理电路9的电路板相连。
压电薄膜传感器b5由压电薄膜13和具有柱形的空心拱形薄壁结构的弹性底座b15组成，弹性底座b15与表盘一体成型，压电薄膜13封装在拱形塑料薄壁内，通过引线与表盘内信号处理电路9的电路板相连。
弹性底座a14、弹性底座b15为橡胶弹性底座。
信号处理电路9包括电荷放大单元Ⅰ、电压放大单元Ⅱ、低通滤波单元Ⅲ、电压跟随单元Ⅳ和电压抬升单元Ⅴ，所述电荷放大单元Ⅰ将压电薄膜传感器a4、压电薄膜传感器b5获得的电荷信号转化成电压信号，电压放大单元Ⅱ将电压信号放大，再通过低通滤波单元Ⅲ滤除无关干扰信号，经电压跟随单元Ⅳ提高电路的带载能力，并经电压抬升单元Ⅴ将电压信号抬升为正信号，由微控制器将模拟信号转化成数字信号后，通过蓝牙模块8将信号传递给个人信息终端3进行数据显示及处理。
信号处理电路9采用柔性电路板，以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成。
实施例1
如图1、图2所示，一种无线呼吸监测装置1，由压电薄膜传感器a4、信号处理电路9、蓝牙模块8和电源模块7组成，所述压电薄膜传感器a4、信号处理电路9、蓝牙模块8和电源模块7通过胶枪由下至上依次固定于医用橡胶10内部封装成表盘状，其中蓝牙模块8和电源模块7并排放置，橡胶表盘两端设有表梢，其上装有弹性织物带或皮带构成的表带6，表带6的端部设有卡扣11，可根据需要调节长短，舒适地系在腹部；
所述信号处理电路9与压电薄膜传感器a4、蓝牙模块8电性相连；压电薄膜传感器a4、用于监测呼吸和脉搏信号，并将其转变为电信号后发送给信号处理电路9；信号处理电路9将获取的电信号放大滤波并转换成数字信号发送给蓝牙模块8；蓝牙模块8将实时数据以无线形式传递到个人信息终端3进行数据显示及处理；电源模块7用于给信号处理电路9和蓝牙模块8供电，且其上设有充电口12。
如图4所示，所述压电薄膜传感器a4由压电薄膜13和具有双面弓结构的橡胶弹性底座a14组成，双面弓结构由相对放置的两个拱形弹性橡胶条构成，可提高传感器的灵敏度，弹性底座a14与表盘一体成型，压电薄膜13封装在双面弓弹性底座靠近身体腹部一侧，用于传递弹性底座a14在呼吸运动作用时腹部产生的压力，其通过引线与表盘内信号处理电路9的电路板相连。
如图6所示，所述信号处理电路9包括电荷放大单元Ⅰ、电压放大单元Ⅱ、低通滤波单元Ⅲ、电压跟随单元Ⅳ和电压抬升单元Ⅴ，所述电荷放大单元Ⅰ将压电薄膜传感器a4获得的电荷信号转化成电压信号，电压放大单元Ⅱ将电压信号放大，再通过低通滤波单元Ⅲ滤除电压信号中高于10HZ的无关信号，然后连接工频陷波单元滤除50HZ工频信号干扰，经电压跟随单元Ⅳ提高电路的带载能力，并经电压抬升单元Ⅴ将电压信号抬升为正信号，由微控制器将模拟信号转化成数字信号后，通过蓝牙模块8将实时数据传递到个人信息终端3。
信号处理电路9采用柔性电路板，以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成，且其具有配线密度高、重量轻、厚度薄等特点，这种电路板具有绝佳的可挠性，通过弹性织物与传感器一起组成随意弯曲形变的腰带或者腕带，弹性织物中嵌入传统PCB电路板可能会导致使用者产生不适感，但新的柔性电路板可以减少这种不适感，并且不会限制佩戴者的运动。
通过调节卡扣11，用户可以很舒适地将无线脉搏监测装置1系在腹部，呼吸运动时腹部产生的压力通过压电薄膜传感器a4的橡胶弹性底座a14传递给压电薄膜13，然后压电薄膜13通过引线与表盘内信号处理电路9的电路板相连；信号处理电路9将获取的电荷信号通过电荷放大单元Ⅰ转化成电压信号，电压放大单元Ⅱ将电压信号放大，再通过低通滤波单元Ⅲ滤除电压信号中高于10HZ的无关信号，然后连接工频陷波单元滤除50HZ工频信号干扰，经电压跟随单元Ⅳ提高电路的带载能力，并经电压抬升单元Ⅴ将电压信号抬升为正信号，由微控制器将模拟信号转化成数字信号后，通过蓝牙模块8实时向个人信息终端3传输数据信号。
与传统的有线模式相比，蓝牙无线传输能够扩大用户的活动范围，个人信息终端3选用PC机或者基于安卓***的智能手机，采用轮询的方式获取呼吸信号，在实时显示呼吸波形的同时，给出呼吸的特征参数如呼吸率，在出现非正常参数值时触发报警并短信通知紧急联系人。另外，测试者家属或医生可通过网络远程访问用户的呼吸信息，从而协助用户实时监控自身呼吸活动状态，对呼吸道、肺部的病变进行预防，从而协助人们建立健康的生活方式。
实施例2
如图1、图3所示，一种无线脉搏监测装置2，由压电薄膜传感器b5、信号处理电路9、蓝牙模块8和电源模块7组成，所述压电薄膜传感器b5、信号处理电路9、蓝牙模块8和电源模块7通过胶枪由下至上依次固定于医用橡胶10内部封装成表盘状，其中蓝牙模块8和电源模块7并排放置，橡胶表盘两端设有表梢，其上装有弹性织物带或皮带构成的表带6，表带6端部设有卡扣11，可根据需要调节长短，舒适地系在腕部；
所述信号处理电路9与压电薄膜传感器b5、蓝牙模块8电性相连；压电薄膜传感器b5用于监测呼吸和脉搏信号，并将其转变为电信号后发送给信号处理电路9；信号处理电路9将获取的电信号放大滤波并转换成数字信号发送给蓝牙模块8；蓝牙模块8将实时数据以无线形式传递到个人信息终端3进行数据显示及处理；电源模块7用于给信号处理电路9和蓝牙模块8供电，且其上设有充电口12。
如图5所示，由于脉搏信号强度弱于呼吸信号，所述压电薄膜传感器b5由压电薄膜13和一个具有圆顶薄壳结构的橡胶弹性底座b15组成，圆顶薄壳结构为柱形的空心拱形薄壁结构，这种结构有很好的传力性能，底座的外沿略高于拱形弹性薄壁的下沿，使塑料薄壳顶端随脉搏跳动微变形时壳体不会发生塌陷，弹性底座b15与表盘一体成型，压电薄膜13封装在拱形塑料薄壁内，通过引线与表盘内信号处理电路9的电路板相连。
如图6所示，所述信号处理电路9包括电荷放大单元Ⅰ、电压放大单元Ⅱ、低通滤波单元Ⅲ、电压跟随单元Ⅳ和电压抬升单元Ⅴ，所述电荷放大单元Ⅰ将压电薄膜传感器b5获得的电荷信号转化成电压信号，电压放大单元Ⅱ将电压信号放大，再通过低通滤波单元Ⅲ滤除电压信号中高于10HZ的无关信号，然后连接工频陷波单元滤除50HZ工频信号干扰，经电压跟随单元Ⅳ提高电路的带载能力，并经电压抬升单元Ⅴ将电压信号抬升为正信号，由微控制器将模拟信号转化成数字信号后，通过蓝牙模块8将信号传递到个人信息终端3。
信号处理电路9采用柔性电路板，以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成，且其具有配线密度高、重量轻、厚度薄等特点，这种电路板具有绝佳的可挠性，通过弹性织物与传感器一起组成随意弯曲形变的腰带或者腕带，弹性织物中嵌入传统PCB电路板可能会导致使用者产生不适感，但新的柔性电路板可以减少这种不适感，并且不会限制佩戴者的运动。
通过调节卡扣11，用户可以很舒适地将无线脉搏监测装置2系在腕部，脉搏跳动产生的压力通过压电薄膜传感器b5的橡胶弹性底座b15传递给压电薄膜13，然后压电薄膜13通过引线与表盘内信号处理电路9的电路板相连；信号处理电路9将获取的电荷信号通过电荷放大单元Ⅰ转化成电压信号，电压放大单元Ⅱ将电压信号放大，再通过低通滤波单元Ⅲ滤除电压信号中高于10HZ的无关信号，然后连接工频陷波单元滤除50HZ工频信号干扰，经电压跟随单元Ⅳ提高电路的带载能力，并经电压抬升单元Ⅴ将电压信号抬升为正信号，由微控制器将模拟信号转化成数字信号后，通过蓝牙模块8实时向个人信息终端3传输数据信号。
与传统的有线模式相比，蓝牙无线传输能够扩大用户的活动范围，个人信息终端3选用PC机或者基于安卓***的智能手机，采用轮询的方式获取呼吸信号，在实时显示脉搏波形的同时，给出脉搏的特征参数如脉率，在出现非正常参数值时触发报警并短信通知紧急联系人。另外，个人信息终端3通过Internet网与云存储服务器相连，测试者家属或医生可远程访问用户的脉搏信息，从而协助用户实时监控自身脉搏活动状态，对心血管的病变进行预防，从而协助人们建立健康的生活方式。
以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所做的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施仅限于这些说明，对于本实用新型所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下还可以做出若干的推演和替换都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种无线呼吸、脉搏监测装置，由压电薄膜传感器a(4)、压电薄膜传感器b(5)、信号处理电路(9)、蓝牙模块(8)和电源模块(7)组成，其特征在于，所述压电薄膜传感器a(4)、压电薄膜传感器b(5)、信号处理电路(9)、蓝牙模块(8)和电源模块(7)通过胶枪由下至上依次固定于医用橡胶(10)内部，且蓝牙模块(8)和电源模块(7)并排放置；所述信号处理电路(9)与压电薄膜传感器a(4)、压电薄膜传感器b(5)和蓝牙模块(8)电性相连；压电薄膜传感器a(4)、压电薄膜传感器b(5)用于监测呼吸和脉搏信号，并将其转变为电信号后发送给信号处理电路(9)；信号处理电路(9)将获取的电信号放大滤波并转换成数字信号发送给蓝牙模块(8)；蓝牙模块(8)将实时数据以无线形式传递到个人信息终端(3)进行数据显示及处理；电源模块(7)给信号处理电路(9)和蓝牙模块(8)供电。
2.根据权利要求1所述的一种无线呼吸、脉搏监测装置，其特征在于，所述压电薄膜传感器a(4)、压电薄膜传感器b(5)、信号处理电路(9)、蓝牙模块(8)和电源模块(7)由医用橡胶(10)封装成表盘状，表盘为橡胶表盘，两端设有表梢，其上装有表带(6)。
3.根据权利要求2所述的一种无线呼吸、脉搏监测装置，其特征在于，所述表带(6)为弹性织物带或皮带，表带(6)端部设有卡扣(11)。
4.根据权利要求1所述的一种无线呼吸、脉搏监测装置，其特征在于，所述压电薄膜传感器a(4)由压电薄膜(13)和具有双面弓结构的弹性底座a(14)组成，弹性底座a(14)与表盘一体成型，压电薄膜(13)封装在双面弓弹性底座靠近身体腹部一侧，通过引线与表盘内信号处理电路(9)的电路板相连；所述的弹性底座a(14)为橡胶弹性底座。
5.根据权利要求1所述的一种无线呼吸、脉搏监测装置，其特征在于，所述压电薄膜传感器b(5)由压电薄膜(13)和具有柱形的空心拱形薄壁结构的弹性底座b(15)组成，弹性底座b(15)与表盘一体成型，压电薄膜(13)封装在拱形塑料薄壁内，通过引线与表盘内信号处理电路(9)的电路板相连；所述的弹性底座b(15)为橡胶弹性底座。
6.根据权利要求5所述的一种无线呼吸、脉搏监测装置，其特征在于，所述信号处理电路(9)包括电荷放大单元(Ⅰ)、电压放大单元(Ⅱ)、低通滤波单元(Ⅲ)、电压跟随单元(Ⅳ)和电压抬升单元(Ⅴ)，所述电荷放大单元(Ⅰ)将压电薄膜传感器a(4)、压电薄膜传感器b(5)获得的电荷信号转化成电压信号，电压放大单元(Ⅱ)将电压信号放大，再通过低通滤波单元(Ⅲ)滤除无关干扰信号，经电压跟随单元(Ⅳ)提高电路的带载能力，并经电压抬升单元(Ⅴ)将电压信号抬升为正信号，由微控制器将模拟信号转化成数字信号后，通过蓝牙模块(8)将信号传递给个人信息终端(3)。
7.根据权利要求6所述的一种无线呼吸、脉搏监测装置，其特征在于，所述信号处理电路(9)采用柔性电路板，以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成。
8.根据权利要求7所述的一种无线呼吸、脉搏监测装置，其特征在于，所述电源模块(7)上设有充电口(12)。
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