CN219422802U - 便携式微型呼吸传感装置及*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式微型呼吸传感装置及***，其包括控制单元、读取单元以及传输单元。其中，控制单元包括微型加热传感模块和控制电路，微型加热传感模块与控制电路连接，控制电路用于控制所述微型加热传感模块恒温；读取单元包括读取电路、微型热敏传感模块以及模数转换器，微型热敏传感模块与读取电路连接，读取电路与模数转换器连接，微型热敏传感模块用于感知呼吸气流的温度变化，读取电路用于读取微型热敏传感模块的电压信号，模数转换器用于将电压信号转换为数字信号；传输单元与读取单元连接，传输单元用于将数字信号发送至服务器。本实用新型所公开的便携式微型呼吸传感装置不仅检测准确，还可节约成本及实时传输呼吸气流数据。

Description

便携式微型呼吸传感装置及***

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种便携式微型呼吸传感装置及***。

背景技术

呼吸是人体最基本的生理活动之一，常被用来作为监测呼吸***疾病的关键指标，现有技术的呼吸监测装置常利用温度传感器、湿度传感器、压力传感器等多种传感器通过直接贴附于呼吸道的方式来检测呼吸气流的变化，但是湿度传感器和温度传感器只能定性地感知呼吸的力量，检测的呼吸气流的变化信号并不准确，而且检测到的呼吸气流的变化信号需要依靠本地高端处理器处理，不仅成本较高且不能实时传输呼吸气流的数据，并不适用于现代基于物联网的智慧医疗***。

因此，为了解决上述问题，本实用新型提供了一种检测准确、节约成本的可实时传输呼吸气流数据的便携式微型呼吸传感装置及***。

实用新型内容

本实用新型提供了一种便携式微型呼吸传感装置及***，旨在解决现有呼吸传感装置呼吸气流检测不准确、检测成本较高以及不能实时传输呼吸气流数据的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型一方面提供了一种便携式微型呼吸传感装置，其包括：控制单元，所述控制单元包括微型加热传感模块和控制电路，所述微型加热传感模块与所述控制电路连接，所述控制电路用于控制所述微型加热传感模块恒温；读取单元，所述读取单元包括读取电路、微型热敏传感模块以及模数转换器，所述微型热敏传感模块与所述读取电路连接，所述读取电路与所述模数转换器连接，所述微型热敏传感模块用于感知呼吸气流的温度变化，所述读取电路用于读取所述微型热敏传感模块的电压信号，所述模数转换器用于将所述电压信号转换为数字信号；传输单元，所述传输单元与所述读取单元连接，所述传输单元用于将所述数字信号发送至服务器。

进一步地，所述控制电路包括第一放大器、第一电阻、第二电阻以及第三电阻，所述第一放大器的同相输入端连接至所述第一电阻和所述第三电阻之间，所述第一放大器的反相输入端连接至所述第二电阻和所述微型加热传感模块之间，所述第一放大器的输出端连接至所述第一电阻和所述第二电阻之间，所述第三电阻与所述微型加热传感模块的一端接地。

进一步地，所述微型加热传感模块为加热电阻。

进一步地，所述微型热敏传感模块包括第一微型热敏传感模块和第二微型热敏传感模块，所述第一微型热敏传感模块和所述第二微型热敏传感模块分别放置于所述微型加热传感模块两侧。

进一步地，所述第一微型热敏传感模块和所述第二微型热敏传感模块均为热敏电阻。

进一步地，所述读取电路包括第二放大器、第四电阻以及第五电阻，所述第二放大器的同相输入端连接至所述第四电阻和所述第一微型热敏传感模块之间，所述第二放大器的反相输入端连接至所述第五电阻和所述第二微型热敏传感模块之间，所述第四电阻和所述第五电阻的一端接输入电压，所述第一微型热敏传感模块和所述第二微型热敏传感模块的一端接地。

进一步地，所述便携式微型呼吸传感装置还包括管道和呼吸面罩，所述微型加热传感模块和所述微型热敏传感模块封装于所述管道内，所述管道与呼吸面罩连接，所述管道用于收集并引导所述呼吸气流。

进一步地，所述便携式微型呼吸传感装置还包括供电单元，所述供电单元包括电池及电源管理电路，所述电源管理电路与所述电池连接。

本实用新型另一方面还提供了一种便携式微型呼吸传感***，所述便携式微型呼吸传感***包括服务器以及便携式微型呼吸传感装置，所述便携式微型呼吸传感装置为上述所述的便携式微型呼吸传感装置，所述便携式微型呼吸传感装置与所述服务器通信连接。

进一步地，所述便携式微型呼吸传感***还包括智能显示终端，所述智能显示终端与所述服务器通信连接，用于显示所述数字信号所对应的呼吸流量结果。

本实用新型所公开的便携式微型呼吸传感装置及***，通过控制电路控制微型加热传感模块恒温加热，当呼吸气流流经微型加热传感模块时，微型热敏传感模块感应呼吸气流的温度变化，读取电路读取微型热敏传感模块的电压信号，模数转换器将电压信号转换为数字信号，并通过传输单元将数字信号发送至服务器，不仅实现对呼吸气流变化的准确检测，还可将呼吸气流的数据发送至服务器处理，无需在本地进行处理，从而节约了成本及实现了实时传输呼吸气流数据。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一实施例提供的便携式微型呼吸传感装置的示意图；

图2是图1中的控制单元的电路原理图；

图3是图1中的读取单元的电路原理图；

图4是本实用新型一实施例提供的便携式微型呼吸传感***的示意图；

图5是本实用新型一实施例提供的呼吸流量结果的效果图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

图1至图5展示了本实用新型所提供的便携式微型呼吸传感装置及***的一实施例。本实施例的便携式微型呼吸传感装置10包括控制单元11、读取单元12以及传输单元13，其中，所述控制单元11包括微型加热传感模块110和控制电路111，所述微型加热传感模块110与控制电路111连接，所述控制电路111用于控制所述微型加热传感模块110恒温；所述读取单元12包括读取电路120、微型热敏传感模块121以及模数转换器，所述微型热敏传感模块121与所述读取电路120连接，所述模数转换器与所述读取电路120连接，所述微型热敏传感模块121用于感知呼吸气流的温度变化，所述读取电路120用于读取所述微型热敏传感模块121的电压信号，所述模数转换器用于将所述电压信号转换为数字信号；所述传输单元13与所述读取单元12连接，所述传输单元13用于将所述数字信号发送至服务器20。在本实施例中，通过所述控制电路111控制所述微型加热传感模块110恒温加热，当呼吸气流流经所述微型加热传感模块110时，所述微型热敏传感模块121感应所述呼吸气流的温度变化，所述读取电路120读取所述微型热敏传感模块121的电压信号，所述模数转换器将所述电压信号转换为数字信号，并通过传输单元13将所述数字信号发送至服务器20，不仅实现对呼吸气流变化的准确检测，还可将呼吸气流的数据发送至服务器20处理，无需在本地进行处理，从而节约了成本及实现了实时传输呼吸气流数据。需要说明的是，在本实施例中，所述微型加热传感模块110和所述微型热敏传感模块121中均使用了MEMS(Micro-electroMechanical Systems，微机电***)技术，即所述微型加热传感模块110和所述微型热敏传感模块121为MEMS传感器。

在一实施例，例如本实施例，所述控制电路111包括第一放大器OP、第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3，所述第一放大器OP的同相输入端连接至所述第一电阻R1和所述第三电阻R3之间，所述第一放大器OP的反相输入端连接至所述第二电阻R2和所述微型加热传感模块110之间，所述第一放大器OP的输出端连接至所述第一电阻R1和所述第二电阻R2之间，所述第三电阻R3与所述微型加热传感模块110的一端接地。具体地，如图2所示，所述微型加热传感模块110为加热电阻Rh，所述第一放大器OP为运算放大器，所述第一电阻R1的一端与所述第二电阻R2的一端连接，另一端与所述第三电阻R3的一端连接，所述第三电阻R3的另一端接地，所述第二电阻R2的另一端与所述加热电阻Rh的一端连接，所述加热电阻Rh的另一端接地。所述第一放大器OP的正电源端接输入电压VDD，负电源端接地。具体地，所述控制电路111通过所述第一放大器OP将所述加热电阻Rh的阻值控制到设定值，根据所述加热电阻Rh的电阻温度系数计算出所述设定值对应的加热温度，其中，所述加热电阻Rh的阻值通过所述第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3根据电桥平衡原理计算得到,当电桥平衡时，根据下式计算得出Rh的阻值：

相应地，当得到Rh的阻值后，所述加热电阻Rh对应的加热温度可通过以下公式计算得到：

Rh₁＝Rh₀(1+α(T₁-T₀))

其中，Rh₀为所述加热电阻Rh在温度T₀时对应的阻值，Rh₁为加热电阻Rh在温度T₁时对应的阻值，α为加热电阻Rh的电阻温度系数，温度T₀为加热电阻Rh未加热时的初始设定温度，温度T₁为加热电阻Rh加热时的目标设定温度，在本实施例中，Rh₀＝1.09kΩ，Rh₁＝1.24KΩ，α＝0.00137，T₀＝25℃，因此可计算得出T₁＝125℃，即控制电路111将加热电阻Rh控制在125℃的恒定温度下加热。可选的，控制微型加热传感模块110的加热温度可根据实际需要自行设定，并非仅局限于本实施例所述的加热温度，本申请在此不作具体限定。

在一实施例，例如本实施例，所述微型热敏传感模块121包括第一微型热敏传感模块和第二微型热敏传感模块，所述第一微型热敏传感模块和所述第二微型热敏传感模块分别放置于所述微型加热传感模块110两侧，所述第一微型热敏传感模块和所述第二微型热敏传感模块均为热敏电阻。具体地，如图3所示，所述第一微型热敏传感模块为第一热敏电阻Ru，所述第二微型热敏传感模块为第二热敏电阻Rd，所述第一热敏电阻Ru放置于所述微型加热传感模块110的一侧，所述第二热敏电阻Rd对称放置于所述微型加热传感模块110的另一侧。

在一实施例，例如本实施例，如图3所示，所述读取电路120包括第二放大器IA、第四电阻R4以及第五电阻R5，所述第二放大器IA的同相输入端连接至所述第四电阻R4和所述第一微型热敏传感模块之间，所述第二放大器IA的反相输入端连接至所述第五电阻R5和所述第二微型热敏传感模块之间，所述第四电阻R4和所述第五电阻R5的一端接输入电压，所述第一微型热敏传感模块和所述第二微型热敏传感模块的一端接地。需要说明的是，在本实施例中，所述第四电阻R4、第五电阻R5、所述第一热敏电阻Ru以及所述第二热敏电阻Rd共同组成惠斯通电桥，通过惠斯通电桥平衡原理测量所述第一热敏电阻Ru及所述第二热敏电阻Rd的变化量，并将所述变化量转换为电压信号传输给所述第二放大器IA以放大所述电压信号。

在一实施例中，例如本实施例，所述读取电路120与所述模数转换器连接，所述模数转换器用于将所述电压信号转换为数字信号。具体地，所述模数转换器与所述第二放大器IA的输出端连接，将所述第二放大器IA输出端输出的电压信号进行模数转换成数字信号，以供传输单元13发送至服务器20。

在一实施例，例如本实施例，所述传输单元13与所述读取单元12连接，所述传输单元13用于将所述数字信号发送至服务器20。具体地，所述读取单元12还包括微控制器，所述传输单元13为WiFi模块，所述微控制器用于控制所述WiFi模块将所述数字信号发送至服务器20，可理解地，所述服务器20可以为平板电脑、笔记本电脑和台式电脑等具有运算功能的计算机设备，通过所述WiFi模块将所述数字信号发送至服务器20端进行处理，无需在本地配置高端处理器处理数据，不仅节约了成本，而且还因所述便携式微型呼吸传感装置体积小、方便携带，可用于个人便携式的健康监测。

在一实施例，例如本实施例，所述便携式微型呼吸传感装置10还包括管道和呼吸面罩，所述微型加热传感模块110和所述微型热敏传感模块121封装于所述管道内，所述管道与呼吸面罩连接，所述管道用于收集并引导所述呼吸气流。具体地，所述便携式微型呼吸传感装置10中的加热电阻Rh、第一热敏电阻Ru以及第二热敏电阻Rd被封装于所述管道内，所述管道的一端与所述呼吸面罩正确佩戴时的末端连接，另一端直接与空气相通，通过所述管道可以使呼吸气流全部流经封装在所述管道中的加热电阻Rh、第一热敏电阻Ru以及第二热敏电阻Rd，从而能精确地测量呼吸气流的数据。

在一实施例，例如本实施例，所述便携式微型呼吸传感装置10还包括供电单元14，所述供电单元14包括电池及电源管理电路，所述电源管理电路与所述电池连接。具体地，所述电池为可充电锂电池，所述电源管理电路包括升压电路和降压电路，其中，所述升压电路用于向所述控制单元11提供工作电压，例如提供10V的工作电压，以保证加热电阻Rh保持在恒定的加热温度；所述降压电路用于向所述读取单元12和所述传输单元13提供工作电压，例如提供3.3V的工作电压，所述降压电路还用于向由所述第四电阻R4、所述第五电阻R5、所述第一热敏电阻Ru以及所述第二热敏电阻Rd组成的惠斯通电桥提供工作电压，例如提供1V的工作电压。

本实用新型申请的实施例还提供了一种便携式微型呼吸传感***100，如图4所示，所述便携式微型呼吸传感***100包括服务器20以及上述便携式微型呼吸传感装置10，所述便携式微型呼吸传感装置10与所述服务器20通信连接。所述服务器20接收所述WiFi模块发送的数字信号，并通过呼吸特征提取算法对所述数字信号进行特征提取以得到呼吸流量结果，当所述呼吸流量结果小于预设负阈值时，定义为吸气状态；当所述呼吸流量结果大于预设正阈值时，定义为呼吸状态；当所述呼吸流量结果处于所述负阈值和正阈值之间时，则定义为无通气状态。更进一步地，根据无通气时间的长短所述无通气状态可以分为短摆动状态和长摆动状态，短时间内的无通气，例如在0～3s内无通气时，则定义为短摆动状态；长时间内的无通气，例如4s以上无通气时，则定义为长摆动状态，其中，所述长摆动状态可用于判断用户是否出现呼吸暂停的情况。

在一实施例，例如本实施例，如图4所示，所述便携式微型呼吸传感***100还包括智能显示终端30，所述智能显示终端30与所述服务器20通信连接，用于显示所述数字信号所对应的呼吸流量结果。可选地，所述智能显示终端30可以为智能手机、平板电脑、笔记本电脑以及台式电脑等具有显示功能的电子设备，所述智能显示终端30接收服务器20传送的呼吸流量结果，并将所述呼吸流量结果渲染成对应的呼吸流量效果图进行实时显示。具体的显示结果如图5所示，包括呼吸流速、呼吸时间比、呼吸峰值、单次呼气量以及单次吸气量的效果图，通过如图5所示的效果展示，用户或监测人员可直观地对所述呼吸气流变化进行观察和了解。

为了方便理解，现将便携式微型呼吸传感装置及***采集并检测呼吸气流信号的工作过程介绍如下：

便携式微型呼吸传感装置10的控制单元11接收供电单元14提供的工作电压，通过第一放大器OP控制加热电阻Rh恒定加热到设定的温度，当呼吸面罩佩戴于脸部时，收集并引导来自口鼻的呼吸气流，并通过管道引导呼吸气流流经被封装在管道内的加热电阻Rh、第一热敏电阻Ru以及第二热敏电阻Rd，此时所述呼吸气流的温度会发生变化，所述第一热敏电阻Ru及第二热敏电阻Rd检测到所述呼吸气流的温度变化，通过读取单元12中的惠斯通电桥测量得到电压信号，经所述第二放大器IA将所述电压信号放大后，由所述读取单元12中的模数转换器将所述电压信号模数转换为数字信号，然后读取单元12中的微控制器通过传输单元13将所述数字信号发送至所述服务器20，所述服务器20接收到所述数字信号后通过呼吸信号特征提取算法对所述数字信号进行处理以得到呼吸流量结果，并将所述呼吸流量结果发送至智能显示终端30进行显示。

本实用新型所公开的便携式微型呼吸传感装置及***，通过控制电路控制微型加热传感模块恒温加热，当呼吸气流流经微型加热传感模块时，微型热敏传感模块感应呼吸气流的温度变化，读取电路读取微型热敏传感模块的电压信号，模数转换器将电压信号转换为数字信号，并通过传输单元将数字信号发送至服务器，不仅实现对呼吸气流变化的准确检测，还可将呼吸气流的数据发送至服务器处理，无需在本地进行处理，从而节约了成本及实现了实时传输呼吸气流数据。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种便携式微型呼吸传感装置，其特征在于，包括：

控制单元，所述控制单元包括微型加热传感模块和控制电路，所述微型加热传感模块与所述控制电路连接，所述控制电路用于控制所述微型加热传感模块恒温；

读取单元，所述读取单元包括读取电路、微型热敏传感模块以及模数转换器，所述微型热敏传感模块与所述读取电路连接，所述读取电路与所述模数转换器连接，所述微型热敏传感模块用于感知呼吸气流的温度变化，所述读取电路用于读取所述微型热敏传感模块的电压信号，所述模数转换器用于将所述电压信号转换为数字信号；

传输单元，所述传输单元与所述读取单元连接，所述传输单元用于将所述数字信号发送至服务器。

2.根据权利要求1所述的便携式微型呼吸传感装置，其特征在于，所述控制电路包括第一放大器、第一电阻、第二电阻以及第三电阻，所述第一放大器的同相输入端连接至所述第一电阻和所述第三电阻之间，所述第一放大器的反相输入端连接至所述第二电阻和所述微型加热传感模块之间，所述第一放大器的输出端连接至所述第一电阻和所述第二电阻之间，所述第三电阻与所述微型加热传感模块的一端接地。

3.根据权利要求2所述的便携式微型呼吸传感装置，其特征在于，所述微型加热传感模块为加热电阻。

4.根据权利要求1所述的便携式微型呼吸传感装置，其特征在于，所述微型热敏传感模块包括第一微型热敏传感模块和第二微型热敏传感模块，所述第一微型热敏传感模块和所述第二微型热敏传感模块分别放置于所述微型加热传感模块两侧。

5.根据权利要求4所述的便携式微型呼吸传感装置，其特征在于，所述第一微型热敏传感模块和所述第二微型热敏传感模块均为热敏电阻。

6.根据权利要求5所述的便携式微型呼吸传感装置，其特征在于，所述读取电路包括第二放大器、第四电阻以及第五电阻，所述第二放大器的同相输入端连接至所述第四电阻和所述第一微型热敏传感模块之间，所述第二放大器的反相输入端连接至所述第五电阻和所述第二微型热敏传感模块之间，所述第四电阻和所述第五电阻的一端接输入电压，所述第一微型热敏传感模块和所述第二微型热敏传感模块的一端接地。

7.根据权利要求1所述的便携式微型呼吸传感装置，其特征在于，所述便携式微型呼吸传感装置还包括管道和呼吸面罩，所述微型加热传感模块和所述微型热敏传感模块封装于所述管道内，所述管道与呼吸面罩连接，所述管道用于收集并引导所述呼吸气流。

8.根据权利要求1所述的便携式微型呼吸传感装置，其特征在于，所述便携式微型呼吸传感装置还包括供电单元，所述供电单元包括电池及电源管理电路，所述电源管理电路与所述电池连接。

9.一种便携式微型呼吸传感***，其特征在于，所述便携式微型呼吸传感***包括服务器以及便携式微型呼吸传感装置，所述便携式微型呼吸传感装置为权利要求1-8中任一项所述的便携式微型呼吸传感装置，所述便携式微型呼吸传感装置与所述服务器通信连接。

10.根据权利要求9所述的便携式微型呼吸传感***，其特征在于，所述便携式微型呼吸传感***还包括智能显示终端，所述智能显示终端与所述服务器通信连接，用于显示所述数字信号所对应的呼吸流量结果。