CN104856697B - 反射式血氧仪手指识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了反射式血氧仪手指识别方法，属于医疗器械领域；手指识别时主要包括以下步骤，步骤一：将发射传感器发射光信号时接收传感器所接收到的光信号转换成频率信号，然后和预先设置的光强弱阈值进行比较，判断所处的光照环境是弱光环境还是强光环境；步骤二：根据步骤一所得结果，通过分析双脉冲方波高电平时接收传感器所接收到的光信号所形成的频率信号和双脉冲方波低电平时接收传感器所接收到的光信号所形成的频率信号，判定有无手指；步骤三：决定是否开启反射式血氧仪。本发明能够准确可靠地自动开启血氧仪，设计更简单，电路更简便，可以延长血氧仪的使用寿命。

Description

反射式血氧仪手指识别方法

技术领域

本发明涉及一种反射式血氧仪识别手指的方法，属于医疗器械领域。

背景技术

血氧测量仪可用于检测人体的血氧饱和度，通过检测人体的末梢组织，如手指、耳垂等部位对不同波长的红光和红外光的吸光度变化率之比，推算出末梢组织的动脉血氧饱和度。

反射式血氧仪在同一平面内有两只或者两只以上的传感器，发射传感器在接收到发光脉冲指令时会发出光信号，发出的光线垂直照射手指面，同时接收传感器与发射传感器均位于手指的下面，光线照射到手指中，并以反射的方式射入接收传感器；接收传感器是一种将光信号转换成电信号的光电传感器，本专利中涉及到的接收传感器是将光信号中的光强信息转换成电信号中的频率信息，即以电信号频率来表征光强。反射式血氧仪一般都是依靠按键电路来识别手指，进而开启血氧测量仪然后进行血氧信号的采集。通过设置按键电路来识别手指的方法，不仅需要增加按键电路的成本，而且会由于按键或者电路器件的老化，手指识别功能失灵，导致无法开启采集。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供反射式血氧仪识别手指的方法，它能够准确可靠地自动开启血氧仪，使设计更简单，电路更简便，能够延长血氧仪的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

反射式血氧仪手指识别方法，反射式血氧仪中预先设置有光强弱阈值、弱光有无手指判定阈值、强弱有无手指判定阈值，在发射传感器上加载有双脉冲方波以使发射传感器发射的光信号；手指识别时主要包括以下步骤，

步骤一：将发射传感器发射光信号时接收传感器所接收到的光信号转换成频率信号，然后和预先设置的光强弱阈值进行比较，判断所处的光照环境是弱光环境还是强光环境；

步骤二：根据步骤一所得结果，通过分析双脉冲方波高电平时接收传感器所接收到的光信号所形成的频率信号和双脉冲方波低电平时接收传感器所接收到的光信号所形成的频率信号，判定有无手指；

步骤三：决定是否开启反射式血氧仪。

本发明的上述技术方案的进一步改进在于：所述双脉冲方波的频率为100Hz～120Hz。

本发明的上述技术方案的进一步改进在于：

步骤一中判断所处的光照环境的方法是：将一个双脉冲方波周期内的两个高电平时接收传感器所接收到的两个光信号转换成两个频率信号，然后求出此两个频率信号的平均值，再将此平均值与预先设定的光强弱阈值进行比较，如果平均值小于光强弱阈值则判定反射式血氧仪处于弱光环境，如果平均值不小于光强弱阈值则判定反射式血氧仪处于强光环境。

本发明的上述技术方案的进一步改进在于：光强弱阈值设定为128KHz～138KHz。

本发明的上述技术方案的进一步改进在于：

步骤二中判定有无手指时，是将双脉冲方波的高电平时接收传感器所接收到的光信号转换成的频率信号和同一双脉冲方波的低电平时接收传感器所接收到的光信号所转换成的频率信号进行比较，并求出此两个频率信号差值的绝对值，并将此绝对值与弱光有无手指判定阈值或强光有无手指判定阈值进行比较，如果绝对值小于弱光有无手指判定阈值或强光有无手指判定阈值，则判定为有手指，则执行步骤三，反射式血氧仪开启并采集血氧数据；如果绝对值不小于弱光有无手指判定阈值或强光有无手指判定阈值，则判定为无手指，此时返回步骤一。

本发明的上述技术方案的进一步改进在于： 弱光有无手指阈值是20KHz～30KHz；强光有无手指阈值是10KHz～20KHz。

本发明的上述技术方案的进一步改进在于：反射式血氧仪的发射传感器是红光红外光发光管，接收传感器是光频转换器；红光红外光发光管和光频转换器设置在具有弹性的平板形的遮光橡胶的两个并列的凹槽中，并且红光红外光发光管和光频转换器中间有遮光橡胶隔开，红光红外光发光管和光频转换器的中心距离不大于10mm，红光红外光发光管和光频转换器的上表面高于遮光橡胶的上平面。

本发明的上述技术方案的进一步改进在于：遮光橡胶为黑色，红光红外光发光管和光频转换器的中心距离为4～6mm；红光红外光发光管和光频转换器的上表面高出遮光橡胶的上平面的高度是0.1～0.3mm。

本发明的上述技术方案的进一步改进在于：遮光橡胶上表面进行喷塑处理或将安装有红光红外光发光管和光频转换器的遮光橡胶贴于反射式血氧仪的内表面的窗口位置。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

一种反射式血氧仪手指识别方法，该方法利用原有的反射式血氧仪，在是在原有的反射式血氧仪的发射传感器上加载上双脉冲方波，使发射传感器按照双脉冲方波的时间发射出光信号，方波为高电平的时候，发射传感器发光，方波为低电平的时候，发射传感器不发光；接收传感器会时刻接收光信号，并及时地进行光频转换。当发射传感器和接收传感器上有手指接近或者离开时，根据接收传感器接收的光信号所形成的频率信号的变化，判断反射式血氧仪上是否有手指，决定是否开启反射式血氧仪并进行检测。本发明可以避免器件损坏或者老化带来的血氧采集无法开启的问题，使得血氧采集的开启准确可靠；减少了按键电路的设置，既节省了设置按键电路的成本，同时避免了由于按键电路的损坏或老化导致的血氧仪的报废，延长了仪器的使用寿命。

本发明通过双脉冲方波控制发射传感器发射光信号，双脉冲方波的一个脉冲周期内包含两个方波，双脉冲方波的信号质量好、时间准确，能精确控制发射传感器，并有助于反射式血氧仪的处理器准确采集信号。本发明首先通过判断接收传感器接收的光信号转换成的频率信号的强弱判断反射式血氧仪处于什么样的光照环境；然后判断有无手指，决定血氧仪是否开启。血氧仪处于强光环境还是弱光环境的判断设置在有无手指的判断之前，准确的考虑了真实使用状况，使得手指开启仪器的步骤更为精准，实用性强。

本发明的双脉冲方波的频率限定为100Hz～120Hz，将光强弱阈值设定为128KHz～138KHz（可以优先133 KHz）、弱光有无手指阈值限定为20～30 KHz（优先25KHz）；强光有无手指阈值限定为10KHz～20KHz（可以优选15 KHz），能够适应血氧仪的采集频率要求。

本发明判断反射式血氧仪所处的光照环境时，是求两个频率信号平均值，并且是一个双脉冲方波周期内的两个高电平时的频率信号，使判断结果更加准确。在反射式血氧仪是否开启，是通过判断同一双脉冲方波的高电平和低电平时，接收传感器所形成的两个频率信号的差值与阈值的大小，判断有无手指，有手指则开启，无手指则继续待机。在无手指时，发光管（发射传感器）发出的光基本上到不了接受管（接收传感器），此时接收传感器形成的频率信号较小，与发光管不发光时（双脉冲方波是低电平时发射传感器不发光）接收传感器形成的频率信号的差值也较小；而有手指时，发光管发出的光会通过手指反射射入到接收管中，此时接收传感器形成的频率信号相对较大，与发光管不发光时接收传感器形成的频率信号的差值也较大，这样可以通过与阈值的大小比较，判断有无手指。

发射传感器和接收传感器窗口之间通过遮光橡胶进行光隔离，可以保证发射传感器和接收传感器之间互不干扰，遮光橡胶可以采用黑色橡胶，橡胶块是一平板，在橡胶块上开有两个凹槽，两个凹槽代表了发射传感器和接收传感器窗口，发射传感器的发射窗口和接收传感器的接收窗口均竖直向上，发射传感器和接收传感器窗口中心的直线距离小于或等于10mm（优选4～6mm），能够保证足够的反射光进入接收传感器，保证接收信号可靠，检测结果准确。用户想要使用时，只需将手指轻轻的放在传感器的窗口位置，使手指完全接触两个传感器即可。黑色遮光橡胶块的表面可以进行喷塑处理后直接作为放置手指的贴附面，也可以将黑色橡胶块粘贴固定在壳体的内表面。

红光红外光发光管和光频转换器的上表面高出遮光橡胶块上表面，可以保证手指完全与传感器接触，并且由于遮光橡胶有一定的弹性，当手指接触到传感器时，会将传感器压入遮光橡胶块中，传感器的上表面与遮光橡胶的上表面平齐。该弹性进出的功能可以通过凹槽设置的深度来实现，凹槽大小和深度可以刚好将传感器固定，并且其上部露出贴附面0.1至0.3mm，传感器的信号线从凹槽的底端引出、并连接到壳体中的血氧检测电路，当手指压迫传感器上部时，由于橡胶块的弹性作用使传感器下移进窗口中。

附图说明

图1是本发明的手指识别方法的流程图；

图2是自然光弱的弱光环境中无手指示意图；

图3是自然光弱的弱光环境中有手指示意图；

图4是自然光强的强光环境中无手指示意图；

图5是自然光强的强光环境中有手指示意图；

图6是血氧仪的发射传感器（红光红外光发光管3）与接收传感器（光频转换器4）的布置结构示意图；

图7是测量过程中手指与血氧仪的位置示意图；

其中，2、手指，3、红光红外光发光管，4、光频转换器，5、遮光橡胶。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明的反射式血氧仪手指识别方法，是利用原有的反射式血氧仪，在原有的血氧仪中输入控制血氧仪开启的计算机程序，根据接收传感器接收的光信号所形成的频率信号的变化，判断反射式血氧仪上是否有手指，从而决定是否开启反射式血氧仪并进行检测。

反射式血氧仪中预先设置有光强弱阈值、弱光有无手指判定阈值、强光有无手指判定阈值，并且在反射式血氧仪的发射传感器上加载有双脉冲方波，双脉冲方波控制发射传感器以使发射传感器按照双脉冲方波的信号规律发射的光信号，接收传感器可以不断地接收光信号。一般情况下，双脉冲方波的频率可以选为100Hz～120Hz之间的任意频率。

双脉冲方波加载到发射传感器上时，发射传感器会按照双脉冲方波的时间发射出光信号，当双脉冲方波为高电平的时候，发射传感器会发光，双脉冲方波为低电平的时候，发射传感器不发光。无论发射传感器发光还是不发光，接收传感器都会接收到光信号，并将光信号转换为频率信号。在双脉冲方波高电平时，接收传感器接收到的光信号会转换成一个频率信号（本发明的说明书附图1的将高电平时的频率信号标记为f1和f3），在双脉冲方波为低电平时，接收传感器接收到的光信号也会转换成一个频率信号（本发明的说明书附图1的流程图中标记为f2）。

手指识别时主要包括以下步骤：

步骤一：当发射传感器接收到双脉冲方波而发射光信号时，反射式血氧仪的处理器会将此时刻接收传感器接收到的光信号（不见得含有发射传感器发出的光信号）转换成频率信号，然后和预先设置在反射式血氧仪内的光强弱阈值进行比较，从而判断所处的光照环境是弱光环境还是强光环境。

本发明的具体判断所处的光照环境的方法是：

将一个双脉冲方波周期内的两个高电平时（在一个双脉冲方波周期内有两个高电平）接收传感器所接收到的两个光信号转换成两个频率信号（如附图1中的f1、f3）进行相加，然后求出此两个频率信号的平均值，再将此平均值与预先设定的光强弱阈值进行比较，如果平均值小于光强弱阈值则判定反射式血氧仪处于弱光环境，如果平均值不小于光强弱阈值则判定反射式血氧仪处于强光环境。在一个双脉冲方波周期内有两个高电平，处理器将此两个高电平时接收传感器接受到的光信号转换成的频率信号进行平均，得到一个平均值，这样使比较结果更加准确。本发明的光强弱阈值可以设定在128KHz～138KHz之间，如可以是133KHz。

步骤二：本步骤判断有无手指时，是根据步骤一所得结果，通过分析双脉冲方波高电平时接收传感器所接收到的光信号所形成的频率信号和低电平时接收传感器所接收到的光信号所形成的频率信号，判定有无手指。在一个脉冲周期内，双脉冲方波高电平时接收传感器所转换成的频率信号记为f1或者f3，低电平时接收传感器所转换成的频率信号记为f2，本发明是在判断血氧仪所处的光照环境后，通过分析f1和f2的差值的大小，判断有无手指。

在判定有无手指2时，是将发射传感器在双脉冲方波的高电平时接收传感器所接收到的光信号转换成的频率信号和同一双脉冲方波的低电平时接收传感器所接收到的光信号所转换成的频率信号进行比较，并求出此两个频率信号差值的绝对值，并将此绝对值与弱光有无手指判定阈值或强光有无手指判定阈值进行比较，如果绝对值小于弱光有无手指判定阈值或强光有无手指判定阈值，则判定为有手指，则执行步骤三，反射式血氧仪开启并采集血氧数据；如果绝对值不小于弱光有无手指判定阈值或强光有无手指判定阈值，则判定为无手指，此时返回步骤一。在双脉冲方波的高电平时，发射传感器会发出红光或者红外光，此时接收传感器会接收到光信号，并将此光信号转换成频率信号（f1或f3），在双脉冲方波的低电平时，发射传感器不会发光，但接收传感器也会接收到光信号，接收传感器也会将光信号转换成频率信号。处理器会将高电平和低电平这两个时间内的频率信号f1（或者f3）和f2进行比较，如果f1和f2的差值的绝对值小于弱光有无手指判定阈值（f弱）或强光有无手指判定阈值（f强），则认为有手指。

本发明的弱光有无手指阈值可以是20～30 KHz之间的任意数值，如25KHz；强光有无手指阈值是10KHz～20KHz之间的任意值，如可以是15 KHz。

步骤三：决定是否开启反射式血氧仪，开启反射式血氧仪就可以并进行检测。

本发明的手指识别方法中的反射式血氧仪的发射传感器可以是红光红外光发光管3，接收传感器是光频转换器4。红光红外光发光管3和光频转换器4设置在一块遮光橡胶5中，遮光橡胶5为一平板，平板形的遮光橡胶5中开有两个凹槽，两个凹槽并列设置，两个凹槽中间还有遮光橡胶相隔，红光红外光发光管3和光频转换器4中间需要有遮光橡胶5隔开。遮光橡胶5可以为具有弹性的黑色橡胶，红光红外光发光管3和光频转换器4的中心距离不大于10mm（优选为4～6mm），红光红外光发光管3和光频转换器4的上表面高于遮光橡胶5的上平面，红光红外光发光管3和光频转换器4的上表面高出遮光橡胶5的上平面的高度可以设定成0.1～0.3mm。

遮光橡胶5上表面进行喷塑处理或将安装有红光红外光发光管3和光频转换器4的遮光橡胶5贴于反射式血氧仪的内表面的窗口位置。

发明提出的手指识别方法，电路中无需设置按键电路，通过软件方法识别手指的接近或者离开，方法简单，既节省了设置按键电路的成本，同时更可靠，不会担心器件损坏或者老化带来的仪器无法开启的问题。

Claims (7)

1.反射式血氧仪手指识别方法，其特征在于：反射式血氧仪中预先设置有光强弱阈值、弱光有无手指判定阈值、强光有无手指判定阈值，在发射传感器上加载有双脉冲方波以使发射传感器发射光信号；手指识别时主要包括以下步骤，

步骤一：将发射传感器发射光信号时接收传感器所接收到的光信号转换成频率信号，然后和预先设置的光强弱阈值进行比较，判断所处的光照环境是弱光环境还是强光环境；

步骤一中判断所处的光照环境的方法是：将一个双脉冲方波周期内的两个高电平时接收传感器所接收到的两个光信号转换成两个频率信号，然后求出此两个频率信号的平均值，再将此平均值与预先设定的光强弱阈值进行比较，如果平均值小于光强弱阈值则判定反射式血氧仪处于弱光环境，如果平均值不小于光强弱阈值则判定反射式血氧仪处于强光环境；

步骤二：根据步骤一所得结果，通过分析双脉冲方波高电平时接收传感器所接收到的光信号所形成的频率信号和双脉冲方波低电平时接收传感器所接收到的光信号所形成的频率信号，判定有无手指；

步骤二中判定有无手指时，是将双脉冲方波的高电平时接收传感器所接收到的光信号转换成的频率信号和同一双脉冲方波的低电平时接收传感器所接收到的光信号所转换成的频率信号进行比较，并求出此两个频率信号差值的绝对值，并将此绝对值与弱光有无手指判定阈值或强光有无手指判定阈值进行比较，如果绝对值小于弱光有无手指判定阈值或强光有无手指判定阈值，则判定为有手指，则执行步骤三，反射式血氧仪开启并采集血氧数据；如果绝对值不小于弱光有无手指判定阈值或强光有无手指判定阈值，则判定为无手指，此时返回步骤一；

步骤三：决定是否开启反射式血氧仪。

2.根据权利要求1所述的反射式血氧仪手指识别方法，其特征在于：所述双脉冲方波的频率为100Hz～120Hz。

3.根据权利要求1或2任一项所述的反射式血氧仪手指识别方法，其特征在于：光强弱阈值设定为128KHz～138KHz。

4.根据权利要求1所述的反射式血氧仪手指识别方法，其特征在于：弱光有无手指阈值是20KHz～30 KHz；强光有无手指阈值是10KHz～20KHz。

5.根据权利要求1所述的反射式血氧仪手指识别方法，其特征在于：反射式血氧仪的发射传感器是红光红外光发光管（3），接收传感器是光频转换器（4）；

红光红外光发光管（3）和光频转换器（4）设置在具有弹性的平板形的遮光橡胶（5）的两个并列的凹槽中，并且红光红外光发光管（3）和光频转换器（4）中间有遮光橡胶（5）隔开，红光红外光发光管（3）和光频转换器（4）的中心距离不大于10mm，红光红外光发光管（3）和光频转换器（4）的上表面高于遮光橡胶（5）的上平面。

6.根据权利要求5所述的反射式血氧仪手指识别方法，其特征在于：遮光橡胶（5）为黑色，红光红外光发光管（3）和光频转换器（4）的中心距离为4～6mm；红光红外光发光管（3）和光频转换器（4）的上表面高出遮光橡胶（5）的上平面的高度是0.1～0.3mm。

7.根据权利要求6所述的反射式血氧仪手指识别方法，其特征在于：遮光橡胶（5）上表面进行喷塑处理或将安装有红光红外光发光管（3）和光频转换器（4）的遮光橡胶（5）贴于反射式血氧仪的内表面的窗口位置。