CN102292549B - 隔膜泵及血压计 - Google Patents
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Abstract
提供一种使排出的气体的加压脉动减小的隔膜泵。隔膜泵(1)是借助泵室(12)的容积变化来输送气体的泵,具有:排出阀(30),允许从泵室(12)流出的气体的流动,并且禁止气体向相反方向流动;空气室(41),从泵室(12)流出的气体经由排出阀(30)流入该空气室(41)中;排出口(43),用于向隔膜泵(1)的外部排出气体;贯通孔部(44),对从空气室(41)向排出口(43)流动的气体的流量进行限制。
Description
技术领域
本发明涉及隔膜泵及血压计。
背景技术
近年来,对血压的自我管理越来越受到重视,使得家庭用血压计被广泛应用。在计测血压时,将内置有空气袋的臂带缠绕在身体的一部分上,向该空气袋中充入空气来加压。根据压迫身体得到的动脉信息来测定血压。为了对空气袋进行加压而使用空气泵。空气泵具有在壳体内形成泵室的橡胶状的隔膜部、设置在隔膜部上的活塞、安装在活塞上的驱动体。驱动体摆动而使活塞往复移动,从而使泵室内的容积发生变化。借助泵室的容积变化发挥输送空气的泵作用。为了避免排出的空气和吸入的空气相互反向流动,在空气泵上分别设置有止回阀。
借助泵室的容积变化,从泵前端连续地排出空气。在活塞向下方移动时,空气流入泵室内,在活塞向上方移动时,从泵室排出空气。通过使活塞反复进行上下运动,产生泵的加压脉动(pressure ripple),即,产生从泵排出的气体的压力变动。当发生泵的加压脉动时,因振幅进行波动的声音(加压音)变大,泵噪声增大。
在血压计中使用的泵通过气管与气阀、压力传感器以及臂带连接。通过压力传感器计测臂带所检测的人体压脉搏波。此时,为了准确地测定血压,要求除去泵产生的加压脉动,而纯粹地计测人体压脉搏波。因此,以往提出了用于除去加压脉动的各种技术(例如,参照JP特开2003-162283号公报(专利文献1)、JP特开平7-210167号公报(专利文献2)、JP特开平11-276447号公报(专利文献3))。
在JP特开2003-162283号公报(专利文献1)中,提出了一种具有容器和细管的滤声器,通过使滤声器壳体重合而形成容器及细管。在JP特开平7-210167号公报(专利文献2)中,提出了一种具有容器和细管的滤声器,通过使滤声器壳体和密封件(packing)重合而形成容器及细管。
在JP特开平11-276447号公报(专利文献3)中,提出了一种血压计,该血压计具有输出空气泵的脉动(ripple)成分的低通截止滤波器、将低通截止滤波器的输出作为输入的抑制脉动用比较器以及将抑制脉动用比较器的输出和容积补偿用比较器的输出相加的加法器。另外,提出了如下的除去血压计中的泵脉动信号的方法,即,通过压力传感器得到的袖带内的压力信号通过低通截止滤波器而仅形成为不含有血压信号成分的泵的脉动成分,来自低通截止滤波器的信号在抑制脉动用比较器中与基准值零比较,通过加法器将从抑制脉动用比较器输出的误差信号加上容积补偿用比较器的误差信号后输入阀控制器,来控制泄漏阀。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:JP特开2003-162283号公报;
专利文献2:JP特开平7-210167号公报;
专利文献3:JP特开平11-276447号公报。
发明内容
发明要解决的问题
但是,在JP特开2003-162283号公报(专利文献1)、JP特开平7-210167号公报(专利文献2)、JP特开平11-276447号公报(专利文献3)中提出的以往的方法并不是减少泵产生的加压脉动本身的方法。因此,因泵的加压脉动引起的加压噪声大的问题依然存在。另外,因为是在压力传感器入口部设置滤声器的结构,所以存在气管的配置变得复杂,部件数增加,成本增大等问题。另外,在JP特开平11-276447号公报(专利文献3)记载的方法中,需要抑制脉动用比较器、低通截止滤波器、阀控制器等,存在空气系统部件增加而结构变得复杂的问题。
本发明是鉴于上述问题而提出的,其主要目的在于提供能够减少从泵排出的气体的加压脉动的隔膜泵。另外,本发明的另一目的为提供具有上述的隔膜泵的血压计。
用于解决问题的手段
本发明的隔膜泵为借助泵室的容积变化输送气体的泵,具有:排出阀,允许从泵室流出的气体的流动,并且禁止气体向相反方向的流动,空气室,从泵室流出的气体经由排出阀流入该空气室,排出口,用于使气体经由排气路向隔膜泵的外部排出,隔壁部,用于使空气室和排气路隔开。在隔壁部上形成有使空气室和排气路连通的贯通孔部。贯通孔部对从空气室向排出口流动的气体的流量进行限制。
在上述隔膜泵中,可以使泵室设置有多个,空气室和贯通孔部设置有与泵室的数量相等的数量。
在上述隔膜泵中,可以使泵室设置有多个,空气室设置有1个,从多个泵室流出的气体汇集在空气室内。
本发明的血压计具有袖带,该袖带装戴在被测定者的血压测定部位上,并具有用于填充气体的气体袋。另外,血压计具有向气体袋输送气体的上述任一个技术方案的隔膜泵。另外,血压计具有对袖带内的压力进行检测的压力检测部。另外,血压计具有根据压力检测部检测到的压力值测定被测定者的血压的测定部。
发明的效果
根据该隔膜泵,在使气体从泵室流出的排出阀和向隔膜泵的外部排出气体的排出口之间设置有空气室和节流部,以构成滤声器。通过该滤声器的作用,能够减小从泵排出的气体的加压脉动,因而不需要以往使用的压力传感器入口部的滤声器,使得泵小型化。另外,因为能够在泵内部使加压脉动减小,从而能够减少因加压脉动引起的泵噪声。
附图说明
图1是表示本发明的隔膜泵的结构的俯视示意图。
图2是沿图1中示出的II-II线的隔膜泵的剖视示意图。
图3是沿图1中示出的III-III线的隔膜泵的剖视示意图。
图4是用电气上的等效电路表示滤声器的电路图。
图5是表示隔膜泵的频率和加压脉动的降低率的关系的曲线图。
图6是表示血压计的外观的整体立体图。
图7是表示血压计的内部结构的框图。
具体实施方式
下面,基于附图说明本发明的实施方式。此外,在下面的附图中,相同或相当的部分标注相同的附图标记,不重复说明。
此外,在下面说明的实施方式中,各结构构件除了有特别记载的情况以外,对本发明来说不一定是必须。另外,在下面的实施方式中,在言及个数、数量的情况下,除了有特别记载,这些个数等都是例示,本发明的范围并不限于上述的个数、数量等。
图1是表示本发明的隔膜泵的结构的俯视示意图。图2是沿图1所示的II-II线的隔膜泵的剖视示意图。图3是沿图1所示的III-III线的隔膜泵的剖视示意图。如图1~图3所示,在隔膜泵1的下部设置有作为小型的直流马达的马达2。在马达2上安装有通过马达2的旋转运动进行旋转的输出轴3。输出轴3延伸到隔膜泵1的下部壳体4的内部。
在输出轴3的端部上固定有旋转体5。旋转体5与输出轴3成一体地进行旋转运动。在旋转体5上固定有驱动轴6。驱动轴6的基端位于偏离输出轴3的旋转中心的延长线的位置,驱动轴6的基端指驱动轴6的固定在旋转体5上的一侧端部。另一方面,在驱动轴6的另一侧的端部侧,驱动轴6的中心轴的延长线与输出轴3的旋转中心的延长线相交。因此,驱动轴6相对于输出轴3倾斜。
驱动体7能够旋转地插入在驱动轴6的前端侧。驱动体7的俯视形状为圆形。在驱动体7上相互以120°间隔形成有3个贯通孔8。在驱动体7的下方形成有筒状的支撑部9,该支撑部9在驱动轴6延伸的方向上延长,驱动轴6的前端部能够旋转地插入在设置在支撑部9的中央的孔中。以包围驱动体7的周围的方式配置有上部壳体10。上部壳体10在其下端部借助螺纹作用等固定在下部壳体4的上端部上。
在上部壳体10的上侧设置有隔膜主体11。隔膜主体11由柔软且薄的橡胶等弹性材料等形成,并成形为圆板状。在隔膜主体11的下方形成有以120°相等的角度间隔形成的泵室12。如图1所示,俯视观察,泵室12的形状为圆形。
在泵室12的下方设置有吊钟形的驱动部13。在驱动部13的前端经由细的颈部形成有头部14。头部14贯通驱动体7上所形成的贯通孔8,上述颈部配置位于贯通孔8的内部,在驱动体7上组装着隔膜主体11。在驱动部13的外周部安装有薄膜状的隔膜部15,该隔膜部15能够自由伸缩。隔膜部 15将隔膜主体11和驱动部13的外周部连接成气密状态,隔膜主体11形成泵室12的俯视为圆形的周缘部。
在隔膜主体11的上侧设置有从上侧覆盖泵室12而将泵室12盖住的阀罩16。泵室12是由驱动部13、隔膜部15、隔膜主体11以及阀罩16包围形成的。此外,也可以以泵室12的内表面含有上部壳体10的内侧面的方式形成泵室12。
在阀罩16的更上侧设置有气体汇集体17。以夹持在阀罩16和气体汇集体17之间的方式配置有吸气阀20和排出阀30。吸气阀20是设置在使气体向泵室12内流入的通气路内的止回阀。排出阀30是设置在使气体从泵室12中流出的通气路内的止回阀。此外,在图1所示的俯视示意图中,示出了设置有吸气阀20和排出阀30的截面处的隔膜泵1的俯视图。
通过该隔膜泵1输送来的气体经由形成在气体汇集体17的内部的空气室41、排气路42从排出口43排出到隔膜泵1的外部。气体汇集体17的一部分向内侧突出,形成将空气室41和排气路42隔开的隔壁部18。在隔壁部18的一部分上形成有小径的贯通孔部44,通过贯通孔部44使空气室41和排气路42连通。从空气室41到排出口43的通气路的直径在贯通孔部44处变得相对小。
如图1所示,泵室12以120°的角度间隔设置在3处。从泵室12流出的空气经由排出阀30流入空气室41。与3个泵室相对应地,空气室41也设置有3个,另外,成为来自空气室41的空气的出口的贯通孔部44也形成有3个。也就是说,空气室41和贯通孔部44设置有与泵室12的数量相等的数量。
由下部壳体4、上部壳体10以及隔膜主体11包围着的空间形成隔膜泵1的内部空间。吸气路19形成在下部壳体4和上部壳体10中的至少任意一个上的一处或多处,使隔膜泵1的内部空间与隔膜泵1的外部连通。大气从系统外经由吸气路19流入隔膜泵1的内部空间。
隔膜主体11和驱动部13通过薄膜状的隔膜部15连接成气密状态。因此,隔膜泵1的内部空间和泵室12形成为不同的空间。隔膜泵1的内部空间和泵室12,仅在吸气阀20形成开启状态时,经由包括吸气阀20的通气路连通。
下面说明隔膜泵1的动作。当马达2通电而输出轴3进行旋转时,输出轴3的旋转经由旋转体5传递至驱动轴6,倾斜的作为偏心旋转轴的驱动轴6进行旋转。驱动轴6能够旋转地组装在驱动体7上,并且,各泵室12的驱动部13在连接头部14的颈部处固定在驱动体7上。因此,若驱动轴6进行旋转,驱动体7和各泵室12的组装部以120°的相位差在上下方向上振动。
通过该振动,驱动部13在上下方向上往复运动。通过该驱动部13在上下方向上的振动,使隔膜部15伸缩,而使泵室12的容积周期性地变化。也就是说,当驱动部13向下方移动时,泵室12的容积增大,当驱动部13向上方移动时,泵室12的容积减小。泵室12是容积能够变化的可变容积室。隔膜部15因为由橡胶等薄壁的弹性材料形成而易于变形,所以能够借助被驱动体7支撑着而能够往复移动的驱动部13的往复运动进行输送气体的泵作用。
在驱动部13向下方移动而使泵室12的容积变大时,泵室12内部的压力减小。当泵室12内部的压力减小时,排出阀30的阀芯紧贴着阀罩16,排出阀30关闭,防止空气从空气室41经由排出阀30向泵室12内逆流。另一方面,吸气阀20的阀芯因泵室12内部的压力的变化发生弹性变形。由此,吸气阀20开启,如图2和图3的图左侧的空心箭头所示,空气从隔膜泵1的内部空间经由吸气阀20流动,空气流入泵室12。
当驱动部13向上方移动而泵室12的容积减小时,泵室12内部的压力增大。当泵室12内部的压力增大时,吸气阀20的阀芯紧贴着阀罩16,吸气阀20关闭,从而防止空气从泵室12向隔膜泵1的内部空间逆流。另一方面,排出阀30的阀芯通过泵室12内部的压力的变化发生弹性变形。由此,排出阀30开启,如图3的图中右侧的空心箭头所示,空气从泵室12经由排出阀30流出至空气室41。
如上所述,通过使各泵室12所具有的驱动部13往复运动来改变泵室12的容积,经由吸气阀20将空气吸入泵室12内,另外经由排出阀30将空气从泵室12排出,使得隔膜泵1能够输送空气。吸气阀20起到止回阀的作用,允许气体从隔膜泵1的内部空间朝向泵室12流动,并且禁止气体向相反方向流动。排出阀30起到止回阀的作用,允许气体从泵室12流出朝向排出口43的流动,并且禁止气体向相反方向流动。
如上所述,经由排出阀30从泵室12流出的空气通过形成在气体汇集体17的内部的空气室41、排气路42从排出口43流出到外部。空气室41和排气路42通过隔壁部18隔离开。空气经由形成在隔壁部18上的贯通孔部44从空气室41流动至排气路42。贯通孔部44的空气的流路截面积相对于空气室41和排气路42来说小,通过贯通孔部44限制空气的流动。通过隔壁部18形成的贯通孔部44具有节流部的功能,对从空气室41经由排气路42向排出口43流动的空气的流量进行限制。
因为通过泵室12的容积变化使空气断续地从泵室12排出,所以空气断续地从泵室12流入空气室41。也就是说,从泵室12流出的空气的流量,不是总是恒定的,而是进行变动的。通过使用以120°相等的角度间隔设置有3个泵室12的3汽缸型的隔膜泵,与仅具有1个泵室12的单汽缸型的隔膜泵相比,能够抑制空气流量的变动,但是空气流量的变动依然存在。当从泵流出的空气的流量发生变动时,泵产生加压脉动,泵噪声变大。
因此,本实施方式的隔膜泵1,从泵室12流出的空气暂时滞留在空气室41中,通过贯通孔部44对从空气室41向排气路42流动的空气的流量进行节流,调整使得向排气路42流动的空气的量更均匀。在设置有空气室41和贯通孔部44的本实施方式的隔膜泵1中,提高从空气室41向排气路42流动的空气的流量的均匀性。
也就是说,隔膜泵1具有暂时积蓄从泵室12向排出口43流动的空气的空气室41,该空气室41具有储压器(accumulator)的功能,在隔壁部18上形成有对从空气室41流出的空气的流量进行限制的贯通孔部44。因此,抑制从隔膜泵1流出的空气的流量的变动。因而,能够抑制从隔膜泵1排出的空气的压力变动,即加压脉动。空气室41和贯通孔部44具有除去隔膜泵1的加压脉动的滤声器的功能。
这样,滤声器配置在从泵室12到排出口43的通气路上,在隔膜泵1的内部设置有滤声器,从而能够在隔膜泵1的内部减小加压脉动。伴随随着对加压脉动的抑制,加压音也减小,因而也能够抑制隔膜泵1产生的噪声。
图4是用电气上的等效电路表示滤声器的电路图。在本实施方式的滤声器中,若将从滤声器流出的空气(即要向排气路42流出的空气)产生的加压脉动设为电压V,将该空气的流量设为电流I,则如图4所示,能够用如 下的R-C电路表示,即,将形成细管的贯通孔部44作为电阻R,将发挥储存空气的空气容器的功能的空气室41作为电容器C。电阻R与贯通孔部44将隔壁部18贯通而形成的长度成正比,另外,电容器C的静电容量与空气室41的容积成正比。
电压V0表示输入图4所示的电气电路的输入电压,相当于未设置滤声器时的加压脉动。另外,电压V1表示从图4所示的电气电路输出的输出电压,相当于设置有滤声器时的加压脉动。若频率为f,则该电压V0与电压V1之间满足式1的关系式。
[式1]
在此,ω是角频率,频率f与角频率ω之间满足式2的关系式。
[式2]
ω=2πf
因而,在滤声器中产生的衰减率用式3表示的式子表示成频率f的函数。
[式3]
图5是表示隔膜泵1的频率与加压脉动的降低率的关系的曲线图。图5中的横轴是频率(单位:Hz),左侧的纵轴表示使用了FFT(高速傅里叶变换)的频谱分析器的输出值(单位:dBV),右侧的纵轴表示隔膜泵1的马达2的电压(单位:V)。图5所示的曲线(1)表示设置有滤声器时的频率与FFT频谱输出的关系。曲线(2)表示未设置滤声器时的频率与FFT频谱输出的关系。曲线(3)表示频率与马达电压的关系。
某一特定频率下的曲线(1)与曲线(2)的FFT频谱输出的值之差表示该频率下的通过滤声器产生的加压脉动的衰减率。如图5所示,曲线(1)与曲线(2)的FFT频谱输出的值之差,与在频率100Hz附近相比较,在频率195Hz附近进一步增大。也就是说,在频率195Hz附近,能够更显著地获 得滤声器的使加压脉动衰减的效果。
根据图5的曲线(3),频率195Hz附近的马达2的电压约为3V。在使用3汽缸的隔膜泵1的情况下,使马达2的转速为4000rpm时的频率为200Hz。也就是说,在使用本实施方式的隔膜泵1的情况下,使施加在马达2上的电压为约3V且马达2的转速为将近4000rpm时,能够更好地获得通过滤声器(空气室41和贯通孔部44)降低加压脉动的效果。
如上述说明,本实施方式的隔膜泵1具有用于从泵室12流出的气体流入的空气室41和隔壁部18,该隔壁部18上形成有对从空气室41朝向排出口43流动的空气的流量进行限制的贯通孔部44。这样一来,因为空气室41和贯通孔部44起到滤声器的作用,所以能够减小从隔膜泵1排出的空气压的加压脉动。
另外,独立设置有分别与多个泵室12对应的空气室41和贯通孔部44,空气室41和贯通孔部44设置有与泵室12的数量相等的数量,但是不限于这样的结构。例如可以是如下结构,泵室12设置有多个,空气室设置有1个,另外,成为来自空气室的空气的出口的贯通孔部也形成有1个,从多个泵室12流出的气体汇集在1个空气室中。即使形成这样的结构,相对于空气室41和贯通孔部44设置有与多个泵室12相等数量的并列结构,从等效电路来看获得同等的衰减率,对加压脉动的衰减效果也是同等的。
下面,参照图6和图7说明家庭用的血压计300的概率结构。图6是表示血压计的外观的整体立体图,图7是表示血压计在内部结构的框图。参照图6和图7,血压计300具有:主体部301,内置有用于测定血压的控制装置;袖带302,装戴在被测定者的血压测定部位上,用于借助空气压对血压测定部位进行加压;气管312,连接主体部301和袖带302。
如图6所示,主体部301的外表面具有:显示部303,设置为被测定者能够确认血压值等显示内容;操作部304,设置为被测定者能够从外部操作血压计300。袖带302具有压迫用的空气袋309,该空气袋309中充填并储存从主体部301送出并经由气管312输送来的空气,并且用于对被测定者的血压测定部位(上臂部)的动脉进行压迫。另外,袖带302具有在内表面侧设置空气袋309并装戴在被测定者的上臂部的带状的带310和用于将带310卷绕固定在上臂部的面粘扣311。
如图7所示,在主体部301的内部设置有血压测定用空气系统305。血压测定用空气系统305包括:作为压力检测部的压力传感器102,检测袖带302内的压力(袖带压);隔膜泵1,向空气袋309输送气体(空气)来使袖带压上升;控制阀104,对从空气袋309排出的气体的流量进行控制。
压力传感器102将借助内置于袖带302中的空气袋309而被检测的被测定部位的脉搏压的变化作为脉搏波的信号输出。隔膜泵1和控制阀104调整空气袋309的加压(空气压)等级。空气袋309和压力传感器102、隔膜泵1以及控制阀104通过气管312连接。
另外,在主体部301的内部设置有作为测定部的一个例子的CPU(Central Processing Unit:中央处理器)110。CPU110控制压力传感器102、隔膜泵1、控制阀104等设备,并且根据压力传感器102检测到的压力值测定被测定者的血压值、脉拍数等。
另外,主体部301具有:放大器105,将从压力传感器102输出的袖带压的信号放大;A/D(模拟/数字)变换器109,输入从放大器105输出的放大后的袖带压的模拟信号,并变换为数字信号输出至CPU110;泵驱动电路107,驱动隔膜泵1;阀驱动电路108,用于调整控制阀104的开关。另外,主体部301具有存储器111,在存储器111中存储有测定结果数据、用于控制血压测定动作、显示部303的显示动作、通信动作等的各种程序和数据。
在具有上述机构的血压计300中,在测定被测定者的血压时,袖带302装戴在被测定者的血压测定部位(上臂)上。在CPU110的控制下,使控制阀104形成为关闭状态,使得从隔膜泵1排出的空气全部流出至空气袋309,来对空气袋309加压。另一方面,使控制阀104形成为开启状态,将空气袋309内的空气经由控制阀104放出至外部,使空气袋309减压。此时,CPU110将输入至压力传感器102的人体压脉搏波信号变换为数字数据后,针对该数据使用规定算法来决定最高血压和最低血压,并且计算脉拍数。
在该血压计300中,构成滤声器的空气室41和贯通孔部44形成在隔膜泵1的内部,能够除去隔膜泵1产生的加压脉动。因为能够减小从隔膜泵1排出的空气的加压脉动,所以在从人体传感检测到的压脉搏波中没有噪音的影响,能够提高血压测定精度。另外,在现有的隔膜泵中,产生因加压脉动引起的加压噪声,但是采用本发明的结构,能够通过减小泵脉动而减小泵本 身的加压噪声。
另外,不需要在为计测人体压脉搏波而设置的压力传感器102的入口设置除去噪音用滤声器。因而,因为能够减少构成血压计300的部件数量,所以能够降低血压计300的成本,另外能够使血压计300的主体部301小型化。
以上那样说明了本发明的实施方式,应该认为本次公开的实施方式的全部内容为例示,不是限制。本发明范围不是通过上述的说明来表示,而通过权利要求来表示,包括与权利要求等同的意思以及范围内的全部变更。
附图标记的说明
1隔膜泵,2马达,3输出轴,4下部壳体,5旋转体,6驱动轴,7驱动体,8贯通孔,9支撑部,10上部壳体,11隔膜主体,12泵室,13驱动部,14头部,15隔膜部,16阀罩,17气体汇集体,18隔壁部,19吸气路,20吸气阀,30排出阀,41空气室,42排气路,43排出口,44贯通孔部,102压力传感器,104控制阀,300血压计,301主体部,302袖带,305血压测定用空气系统,309空气袋,312气管。
Claims (4)
1.一种隔膜泵(1),借助泵室(12)的容积变化来输送气体,其特征在于,
具有:
排出阀(30),允许从所述泵室(12)流出的气体的流动,并且禁止所述气体向相反方向的流动,
空气室(41),从所述泵室(12)流出的气体经由所述排出阀(30)流入该空气室(41),
排出口(43),用于使气体经由排气路(42)向所述隔膜泵(1)的外部排出,
隔壁部(18),用于使所述空气室(41)和所述排气路(42)隔开;
在所述隔壁部(18)上形成有使所述空气室(41)和所述排气路(42)连通的贯通孔部(44);
所述贯通孔部(44)对从所述空气室(41)向所述排出口(43)流动的气体的流量进行限制。
2.如权利要求1所述的隔膜泵(1),其特征在于,
所述泵室(12)设置有多个,
所述空气室(41)及所述贯通孔部(44)设置有与所述泵室(12)的数量相等的数量。
3.如权利要求1所述的隔膜泵(1),其特征在于,
所述泵室(12)设置有多个,
所述空气室(41)设置有1个,
从多个所述泵室(12)流出的气体汇集在所述空气室(41)内。
4.一种血压计(300),其特征在于,具有:
袖带(302),装戴在被测定者的血压测定部位上,并具有用于填充气体的气体袋(309);
权利要求1所述的隔膜泵(1),向所述气体袋(309)输送气体;
压力检测部(102),检测所述袖带(302)内的压力;
测定部(110),根据所述压力检测部(102)检测到的压力值来测定被测定者的血压。
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