CN104224138A - 基于多传感器的可自动调压的脉象信号采集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于多传感器的可自动调压的脉象信号采集装置及方法，其中，所述采集装置包括底座、手腕托、滑动调整机构、传感器固定机构支柱、传感器固定机构、步进电机驱动器、步进电机、脉象传感器、信号预处理电路、单片机和计算机，手腕托和滑动调整机构均设在底座上；传感器固定机构通过传感器固定机构支柱设在滑动调整机构上；脉象传感器包括寸位脉象传感器、关位脉象传感器和尺位脉象传感器，分别独立连接在传感器固定机构上；信号预处理电路、单片机、计算机依次连接，单片机、步进电机驱动器、步进电机和传感器固定机构依次连接。与现有技术相比，本发明具有测量信号精确、实现自动搜索最佳切脉力等优点。

Description

基于多传感器的可自动调压的脉象信号采集装置及方法

技术领域

本发明涉及中医脉象信息采集技术领域，尤其是涉及一种基于多传感器的可自动调压的脉象信号采集装置及方法。

背景技术

在中医理论中，之所以对疾病的诊断与治疗绝大多数是以脉诊为依据是因为脉象是多方面生理功能协调、平衡的综合结果，携带着丰富的人体健康状况信息。但是传统脉诊单凭医者手指感觉辨别脉象的特征，受到感觉、经验和表述的限制，并且难免存在许多主观臆断因素，对脉象判断的规范化存在很大影响。因此，利用现代科学技术，客观地再现脉搏波形并对其进行相应的信号处理、分析，提高中医脉诊的客观性，对于推动中医脉诊客观化研究和发扬中国传统医学具有非常深远的现实意义。

在中医脉诊客观化、定量化的研究方面，前人也做了大量的工作，早在上世纪50年代初开始，人们就开始研制各式各样的脉象仪，并且对检测到的脉象信号进行了相应的分析。近年来，随着传感器技术的发展，国内外研究人员目前已经研制出一系列种类繁多的用于采集和分析脉搏信号的脉象仪，如南昌无线电仪器厂研制的MX-811型脉象仪、北京医疗总厂研制的BYS-14型脉象心电仪、上海医疗器械研究所研制的MX-3型脉象仪、天津医疗器械研究所研制的MTY-A型脉象仪、上海中医药大学研制的ZM-III型脉象仪和日本Colin公司研制的CMB-3000/2000型脉象检测仪等。

尽管上述脉象仪对脉象信号进行了不同程度的描述和分析，但是这些脉象采集仪器大多是以单探头压力式传感器为主，只能检测寸、关、尺中某一部的脉象信息，并主要以检测“关部”脉象稳为主，其将医生指面的多维信息精细感受器简化、点化后用一个触头来代替，不能全面反映表达中医脉象的信息特征，与中医实际临床“三部九侯”的切脉方法尚有一定差距。此外，虽然有关于多探头多部脉象仪的报道，但其传感器固定方式大多是表带式，容易引起采样点周围软组织过量变形而产生测量误差，在真正临床中还未见应用。无论使用哪种上述的脉象仪对脉象信号进行采集，均不能模拟中医实际的“三部九侯”的切脉方法，确保在最佳切脉力下进行脉象的提取。

常用于脉象信号滤波的方法有傅立叶变换、小波变换、时频分析等，都包含了基函数固定的积分运算，且受到测不准原理的限制。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种测量信号精确、可实现自动搜索最佳切脉力的基于多传感器的可自动调压的脉象信号采集装置及方法，可以准确模拟中医实际的“三部九候”的切脉方法，能在最佳切脉力下进行脉象的提取来全面反映中医脉象信息特征。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于多传感器的可自动调压的脉象信号采集装置，包括底座、手腕托、滑动调整机构、传感器固定机构支柱、传感器固定机构、步进电机驱动器、步进电机、脉象传感器、信号预处理电路、单片机和计算机，其中，

所述的手腕托和滑动调整机构均设在底座上；

所述的传感器固定机构通过传感器固定机构支柱设在滑动调整机构上；

所述的脉象传感器包括寸位脉象传感器、关位脉象传感器和尺位脉象传感器，分别独立连接在传感器固定机构上；

所述的寸位脉象传感器、关位脉象传感器和尺位脉象传感器分别连接一信号预处理电路，所述的信号预处理电路、单片机和计算机依次连接，所述的单片机、步进电机驱动器、步进电机和传感器固定机构依次连接。

所述的滑动调整机构包括滑动导轨台支撑住、滑动导轨台、连接背板和精密手动调整平台，所述的滑动导轨台通过滑动导轨台支撑住设在底座上，所述的精密手动调整平台通过连接背板设在滑动导轨台上，所述的传感器固定机构支柱连接在精密手动调整平台上。

所述的传感器固定机构包括固定框架、寸位脉象传感器固定及调压模块、关位脉象传感器固定及调压模块和尺位脉象传感器固定及调压模块，所述的寸位脉象传感器固定及调压模块、关位脉象传感器固定及调压模块和尺位脉象传感器固定及调压模块依次间隔连接在固定框架上，所述的寸位脉象传感器固定及调压模块和尺位脉象传感器固定及调压模块以关位脉象传感器固定及调压模块为对称轴设置，其中，

所述的固定框架包括背板、底板、左边板、右边板、左支架和右支架，所述的底板、左边板、右边板分别与背板连接，形成半封闭矩形框架，所述的左支架和右支架分别与左边板、右边板对应连接；

所述的寸位脉象传感器固定及调压模块通过水平光轴、水平螺纹轴与左边板或右边板连接，并通过垂直光轴、垂直螺纹轴分别连接背板和左支架或右支架；

所述的尺位脉象传感器固定及调压模块通过水平光轴、水平螺纹轴与左边板或右边板连接，并通过垂直光轴、垂直螺纹轴分别连接背板和左支架或右支架；

所述的关位脉象传感器固定及调压模块通过螺栓连接在背板和底板上。

所述的寸位脉象传感器固定及调压模块和尺位脉象传感器固定及调压模块的结构相同，均包括步进电机安装支座、轴承座、滚珠丝杠副、上轴承端盖、下轴承端盖、导轨、导轨固定支座、寸/尺传感器支座、水平方向移动平台、短光轴和光轴固定件，其中，

所述的步进电机安装支座用于安装步进电机，呈U形；所述的滚珠丝杠副通过联轴器与步进电机连接，滚珠丝杠副上连接有丝杠滚动轴承，丝杠滚动轴承通过轴承座与步进电机安装支座连接，所述的轴承座设有两个，所述的上轴承端盖、下轴承端盖分别与连接一个轴承座；所述的导轨与滚珠丝杠副连接，并通过导轨固定支座与步进电机安装支座连接；所述的寸/尺传感器支座一端与连接滚珠丝杠副，另一端设有用于连接寸位脉象传感器或尺位脉象传感器的传感器支座挡板；所述的水平方向移动平台、短光轴和光轴固定件两两分别连接，短光轴与步进电机安装支座连接。

所述的关位脉象传感器固定及调节模块包括关位步进电机安装支座、滚珠丝杠副、轴承座、上轴承端盖、下轴承端盖、导轨、导轨固定支座和关位传感器支座，其中，

所述的关位步进电机安装支座里倒L型，与背板连接；所述的滚珠丝杠副一端通过联轴器与步进电机连接，另一端与底板连接，滚珠丝杠副上连接有丝杠滚动轴承，丝杠滚动轴承通过轴承座与关位步进电机安装支座连接，所述的轴承座设有一个；所述的上轴承端盖与轴承座连接，下轴承端盖与底板连接；所述的导轨与滚珠丝杠副连接，并通过导轨固定支座与分别连接关位步进电机安装支座和背板；所述的关位传感器支座分别连接滚珠丝杠副和关位脉象传感器，关位传感器支座与关位脉象传感器连接处设有关位传感器挡板。

所述的信号预处理电路包括一级放大电路、直流放大电路、交流放大电路和信号混合电路，所述的直流放大电路和交流放大电路分别与一级放大电路连接，所述的信号混合电路分别与直流放大电路和交流放大电路连接。

一种基于多传感器的可自动调压的脉象信号采集方法，包括以下步骤：

1)手腕置于手腕托上，调节滑动调整机构及传感器固定机构，使寸位脉象传感器、关位脉象传感器和尺位脉象传感器位于正确位置；

2)各脉象传感器分别采集连续增大压力下的脉象信号并发送给信号调理电路；

3)信号调理电路将处理后的脉搏信号传送给单片机，并储存于单片机中；

4)单片机通过串口将信号发送给计算机，计算机显示实时脉象信号曲线和实时取脉压力值；

5)计算机根据接收到的信号实时计算取脉压力值和脉象峰峰值，搜索得到寸位脉象传感器、关位脉象传感器和尺位脉象传感器对应的最佳取脉压力；

6)各脉象传感器工作于最佳取脉压力下，采集最佳脉象后发送给信号调理电路；

7)依次执行步骤3)和步骤4)后，跳转至步骤8)；

8)计算机存储接收到的最佳脉象信号曲线和取脉压力，完成脉象信号的采集，并对脉象信号进行滤波处理，获得最终的脉象信号。

所述的步骤2)中的采集连续增大压力下的脉象信号和步骤6)中的各脉象传感器工作于最佳取脉压力下需要对取脉压力进行控制，具体包括以下步骤：

a)单片机接收计算机的设定压力值X；

b)单片机接收采集到的实际压力值Y；

c)判断Y与X是否相等，若是，则执行步骤d)，若否，则执行步骤e)；

d)维持原有状态；

e)判断Y是否小于X，若是，则执行步骤f)，若否，则执行步骤g)；

f)单片机通过步进电机驱动器驱动步进电机加压并返回步骤b)；

g)单片机通过步进电机驱动器驱动步进电机减压并返回步骤b)。

所述的步骤5)中最佳取脉压力的搜索具体为：

5a)启动步进电机；

5b)单片机通过步进电机驱动器驱动步进电机正向加压，此处最大允许压力为250克力；

5c)实时计算当前取脉压力值和脉象信号峰峰值并存储；

5d)判断相邻两次存储的脉象信号峰峰值是否减小，若是，则执行步骤5e)，若否，则执行步骤5b)；

5e)取出上一次的取脉压力值即为最佳取脉压力值。

所述的步骤8)中，对脉象信号进行滤波处理具体为：

8a)采用基于聚合经验模态分解算法将采集到的脉象信号分解成一系列频率由高到低分布的IMF分量；

8b)根据皮尔逊相关性定义，对各IMF分量进行初步筛选，将相关系数λ满足|λ|＞3的IMF分量作为目标IMF分量，对其余IMF分量进行相应的阈值去噪处理：

对于高尺度IMF分量，根据白噪声的能量估计对IMF进行阈值选取，并采用硬阈值或软函数对其进行去噪处理；

对于低尺度IMF分量，基于噪声均方误差最大原则对其进行阈值网格优化后，采用软阈值函数进行阈值去噪；

8c)信号重构：将步骤8b)中筛选出的目标IMF分量与经阈值去噪后的其它IMF分量进行线性叠加，完成脉象信号的去噪处理。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、测量信号更精确，由于采用了手腕托固定患者的手腕，而非表带式固定方式，因此可以避免采样点周围软组织过量变形而产生测量误差，得到精确脉象信号且更符合临床实际采脉的方式；

2、可实现自动搜索最佳切脉力，由于采用了步进电机与滚珠丝杠的自动调压结构，因此可以通过缓慢加压采集脉象并搜索脉象最大峰峰值来自动确定最佳切脉力。

3、可模拟中医“三部九候”的取脉方式，由于采用了寸、关、尺三个独立的传感器，因此在每个单独的脉位能够进行单独的不同采集压力采集，从而实现“三部九候”的取脉方式

4、滤波的真实性强，由于采用EEMD对信号进行处理，摆脱了对基函数的依赖，不需要再对信号作任何平稳性假设，保留了信号的内在性质；

5、滤波的去噪性能好，由于采用EEMD方法与阈值去噪相结合的方法，在IMF分量的基础上，对其进行阈值去噪处理，有效去除了IMF分量上的噪声污染；

6、滤波的自动性能好，在阈值去噪的基础上，采用网格搜索对其进行阈值优化，因此，不需要对阈值进行手动设定，提高了整个分析过程的自动性能；

7、滤波的针对性强，由于针对脉搏信号的干扰源的特点，采用时空滤波器根据IMF分量的尺度分别进行阈值去噪处理，有效滤除高频噪声的同时，对相应的低频干扰源进行了针对性处理

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为传感器固定机构的结构示意图；

图3为图2中A-A剖面图；

图4为传感器固定机构的俯视图；

图5为寸、尺位脉象传感器结构示意图；

图6为图5中B-B剖面图；

图7为关位脉象传感器结构示意图；

图8为图7中C-C剖面图；

图9为一级放大电路示意图；

图10为直流放大电路示意图；

图11为交流放大电路示意图；

图12为信号混合电路示意图；

图13为最佳取脉压力下采集脉象信号流程图；

图14为压力控制流程图；

图15为脉象信号滤波算法流程图；

图16为脉象信号滤波结果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种基于多传感器的可自动调压的脉象信号采集装置，包括底座2、手腕托1、滑动调整机构、传感器固定机构支柱7、传感器固定机构8、步进电机驱动器16、步进电机17、脉象传感器9、信号预处理电路、单片机14和计算机15，其中，手腕托1和滑动调整机构均设在底座2上；传感器固定机构8通过传感器固定机构支柱7设在滑动调整机构上；脉象传感器9包括寸位脉象传感器、关位脉象传感器和尺位脉象传感器，分别独立连接在传感器固定机构上；寸位脉象传感器、关位脉象传感器和尺位脉象传感器分别连接一信号预处理电路，信号预处理电路、单片机14和计算机15依次连接，单片机14、步进电机驱动器16、步进电机17和传感器固定机构8依次连接。

滑动调整机构包括滑动导轨台支撑住3、滑动导轨台4、连接背板5和精密手动调整平台6，滑动导轨台4通过滑动导轨台支撑住3设在底座2上，精密手动调整平台6通过连接背板5设在滑动导轨台4上，传感器固定机构支柱7连接在精密手动调整平台6上。精密手动调整平台6采用LY90-CM型XY轴交叉导轨高精度千分尺手动调整平台，其负载可达93.1N，约合9.5千克力，行程±12.5mm，精度0.01mm，最小刻度0.01mm。

手腕托1、底座2、滑动导轨台支撑住3、连接背板5、滑动导轨台4、传感器固定机构支柱7、传感器固定机构8所用的材料均为7075T6铝合金，表面均经过阳极氧化处理。寸位脉象传感器、关位脉象传感器和尺位脉象传感器均采用GENPI-12系列固态介质隔离压力传感器，该传感器包含了最先进的IsoSensor技术，即使在恶劣的环境下也能提供卓越的灵敏度、线性度和迟滞效应。该传感器的灵敏度为0.20mV/V/psi、精确度为±0.1％、工作温度为10～40摄氏度，工作电压在5V，同时，其线性度、压力迟滞效应、重复性和温度的综合误差不超过±4％FSO，电气连接使用标准的0.025平方英寸的4芯接插件。

步进电机17采用20BYGH28-0204A型两项步进电机，该步进电机额定电压4.8V，额定电流0.2A，最大静力矩0.16千克厘米，步进角为1.8度，在450克力负载情况下，转轴径向跳动最大0.02mm，转轴轴向跳动最大0.08mm，工作环境温度在-10～50摄氏度，最大温升为80设置度。步进电机驱动器16采用SH-215B步进电机驱动器，该驱动器采用美国高性能专用微步距电脑控制芯片，可提供步进角细分功能，细分数可达到64细分，由于采用新型的双极性恒流斩波技术，使电机运行精度高，振动小，噪声低，运行平稳。

信号预处理电路包括一级放大电路10、直流放大电路11、交流放大电路12和信号混合电路13，直流放大电路11和交流放大电路12分别与一级放大电路10连接，信号混合电路13分别与直流放大电路11和交流放大电路12连接，各电路的结构如图9-图12所示。本发明一级放大电路10将传感器输出的脉象信号进行前置放大，以便后续处理，放大器选用高输入阻抗、低功耗、低噪声的AD系列仪表运算放大器，放大倍数在50倍左右，直流放大电路11将脉象信号中的低频部分取出进行二级放大，该电路由低通滤波和通用运算放大器组成，放大倍数为4倍，交流放大电路12将脉象信号中的交流部分取出进行二级放大，该电路由带通滤波和通用运算放大器组成，根据脉象信号的特点，带通滤波的通带为0.1～34.8Hz之间，放大倍数为50倍，混合电路13将经过放大的脉象信号低频部分和交流部分进行混合，通过通用放大器来实现。

单片机14采用STM32F107VCT6，该控制器以ARM Cortex-M32作为核心控制器，内置了高性能的RISC内核，工作频率达到了72Mhz，本发明中使用了该控制器A/D转换、DMA、定时中断、串行中断、串行通信等资源。

如图2-图4所示，传感器固定机构8包括固定框架、寸位脉象传感器固定及调压模块、关位脉象传感器固定及调压模块和尺位脉象传感器固定及调压模块，寸位脉象传感器固定及调压模块、关位脉象传感器固定及调压模块和尺位脉象传感器固定及调压模块依次间隔连接在固定框架上，寸位脉象传感器固定及调压模块和尺位脉象传感器固定及调压模块以关位脉象传感器固定及调压模块为对称轴设置，其中，固定框架包括背板18、底板23、左边板19、右边板25、左支架20和右支架24，底板23、左边板19、右边板25分别与背板18连接，形成半封闭矩形框架，左支架20和右支架24分别与左边板19、右边板25对应连接；寸位脉象传感器固定及调压模块通过水平光轴29、水平螺纹轴27与左边板19或右边板25连接，并通过垂直光轴34、垂直螺纹轴33分别连接背板18和左支架20或右支架24；尺位脉象传感器固定及调压模块通过水平光轴29、水平螺纹轴27与左边板19或右边板25连接，并通过垂直光轴34、垂直螺纹轴33分别连接背板18和左支架20或右支架24；关位脉象传感器固定及调压模块通过螺栓连接在背板18和底板23上。水平螺纹轴27上连接有滚动轴承26和水平调节旋钮28，垂直光轴34与背板18的连接处设有背板上滑块30，与左支架20或右支架24的连接处设有支架上滑块32，垂直螺纹轴33与背板18的连接处设有背板下滑块35，与左支架20或右支架24的连接处设有支架下滑块31。垂直螺纹轴33上连接有垂直调节旋钮22，所述支架上滑块32上连接有固定旋钮21。

如图5-图6所示，寸位脉象传感器固定及调压模块和尺位脉象传感器固定及调压模块的结构相同，均包括步进电机安装支座36、轴承座38、滚珠丝杠副39、上轴承端盖49、下轴承端盖47、导轨43、导轨固定支座42、寸/尺传感器支座40、水平方向移动平台41、短光轴45和光轴固定件44，其中，步进电机安装支座36用于安装步进电机17连接，呈U形；滚珠丝杠副39通过联轴器37与步进电机17连接，滚珠丝杠副39上连接有丝杠滚动轴承48，丝杠滚动轴承48通过轴承座38与步进电机安装支座36连接，轴承座38设有两个，上轴承端盖49、下轴承端盖47分别与连接一个轴承座38；导轨43与滚珠丝杠副39连接，并通过导轨固定支座42与步进电机安装支座36连接；寸/尺传感器支座40一端与连接滚珠丝杠副39，另一端设有用于连接寸位脉象传感器或尺位脉象传感器的传感器支座挡板46；水平方向移动平台41、短光轴45和光轴固定件44两两分别连接，短光轴45与步进电机安装支座36连接。

如图7-图8所示，关位脉象传感器固定及调节模块包括关位步进电机安装支座50、滚珠丝杠副39、轴承座38、上轴承端盖49、下轴承端盖47、导轨43、导轨固定支座42和关位传感器支座52，其中，关位步进电机安装支座50呈倒L型，与背板18连接；滚珠丝杠副39一端通过联轴器37与步进电机17连接，另一端与底板23连接，滚珠丝杠副39上连接有丝杠滚动轴承48，丝杠滚动轴承48通过轴承座38与关位步进电机安装支座50连接，轴承座38设有一个；上轴承端盖49与轴承座38连接，下轴承端盖47与底板23连接；导轨43与滚珠丝杠副39连接，并通过导轨固定支座42与分别连接关位步进电机安装支座50和背板18；关位传感器支座52分别连接滚珠丝杠副39和关位脉象传感器，关位传感器支座52与关位脉象传感器连接处设有关位传感器挡板51。

上述基于多传感器的可自动调压的脉象信号采集装置的采集方法，包括以下步骤：

1)手腕置于手腕托上，调节滑动调整机构及传感器固定机构，使寸位脉象传感器、关位脉象传感器和尺位脉象传感器位于正确位置；

2)各脉象传感器分别采集连续增大压力下的脉象信号并发送给信号调理电路；

3)信号调理电路将处理后的脉搏信号传送给单片机，并储存于单片机中；

4)单片机通过串口将信号发送给计算机，计算机显示实时脉象信号曲线和实时取脉压力值；

5)计算机根据接收到的信号实时计算取脉压力值和脉象峰峰值，搜索得到寸位脉象传感器、关位脉象传感器和尺位脉象传感器对应的最佳取脉压力；

6)各脉象传感器工作于最佳取脉压力下，采集最佳脉象后发送给信号调理电路；

7)依次执行步骤3)和步骤4)后，跳转至步骤8)；

8)计算机存储接收到的最佳脉象信号曲线和取脉压力，完成脉象信号的采集，并对脉象信号进行滤波处理，获得最终的脉象信号。

步骤2)中的采集连续增大压力下的脉象信号和步骤6)中的各脉象传感器工作于最佳取脉压力下需要对取脉压力进行控制，如图14所示，具体包括以下步骤：

s201：单片机接收计算机的设定压力值X；

s202：单片机接收采集到的实际压力值Y；

s203：判断Y与X是否相等，若是，则执行步骤s204，若否，则执行步骤s205；

s204：维持原有状态；

s205：判断Y是否小于X，若是，则执行步骤s206，若否，则执行步骤s207；

s206：单片机通过步进电机驱动器控制步进电机加压并返回步骤s202；

s207：单片机通过步进电机驱动器控制步进电机减压并返回步骤s202。

步骤3)中单片机采集三路脉象信号通过STM32F107VCT6的A/D转换模块、DMA模块及定时器模块实现，采集使用了A/D模块ADC0的通道8、通道9和通道10，同时开启ADC0的DMA功能，即在每个数据转换完成后随即将数据存储至单片机内，ADC0的采样频率为8000Hz，每采集一组三通道数据便存储至一个3*8的矩阵中，当采集满24个数据后，对矩阵数组进行均值滤波。

如图13所示，步骤5)中的搜索得到寸、关、尺最佳取脉压力包括以下步骤：s101，启动步进电机；s102，缓慢加压，单片机通过步进电机驱动器驱动步进电机正向加压，此处最大允许压力为250克力；s103，实时计算当前取脉压力值和脉象信号峰峰值并存储；s104，判断相邻两次存储的脉象信号峰峰值是否减小，是则执行步骤s105，否则执行步骤s102；s105，取出上一次的取脉压力值即为最佳取脉压力值。

在脉搏信号的采集过程中，会引入肌电高频干扰、工频干扰、基线漂移等，在后续的客观化研究之前，必须要对脉搏信号进行去噪处理，将脉搏信号真实的从噪声污染的采集信号中提取出来。脉搏信号的去噪处理就是把脉搏信号从采集到的信号中还原出来。在步骤s108的去噪处理过程中，结合EEMD方法，把脉搏信号分解成多个IMF分量，再对各IMF层进行分析处理，以达到理想的去噪效果，如图15所示，具体为；

s301：采用基于聚合经验模态分解算法(EEMD方法)将采集到的脉象信号分解成一系列频率由高到低分布的IMF分量；

s302：根据皮尔逊相关性定义，获得相关系数λ；

s303：对各IMF分量进行初步筛选，判断相关系数λ是否满足|λ|＞3，若是，则将对应的IMF分量作为目标IMF分量，执行步骤307，若否，则执行步骤s304；

s304：判断IMF分量的尺度；

s305：对于高尺度IMF分量，根据白噪声的能量估计对IMF进行阈值选取，并采用硬阈值或软函数对其进行去噪处理；

s306：对于低尺度IMF分量，基于噪声均方误差最大原则对其进行阈值网格优化后，其优化基于噪声均方误差最大原则：

$N_{\mathrm{RMS}}=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i^{\′}\left(n\right)-x_i\left(n\right))}^2}$

式中，N_RMS表示经过阈值去噪后信号噪声部分的RMS值，其值越大，滤波效果越好。x′_i(n)为滤波后的信号，x_i(n)为含有噪声的原始信号。

网格搜索和值的范围根据IMF分量的中值进行调整：

${\mathrm{thr}}_i^1=\mathrm{median}\left(\mathrm{abs}\left(x_i\right)\right)~\max \left(\mathrm{abs}\left(x_i\right)\right)$

${\mathrm{thr}}_i^2=0~\mathrm{median}\left(\mathrm{abs}\left(x_i\right)\right)$

直到搜索完成，选取噪声均方误差最大时的值作为阈值，再根据经验定义阈值函数，采用软阈值函数对低尺度IMF分量进行相应的阈值去噪处理，其阈值函数如下：

s307：信号重构，将步骤s302中筛选出的目标IMF分量与经阈值去噪后的其它IMF分量进行线性叠加，完成脉象信号的去噪处理，结果如图16所示。

Claims (10)

1.一种基于多传感器的可自动调压的脉象信号采集装置，其特征在于，包括底座(2)、手腕托(1)、滑动调整机构、传感器固定机构支柱(7)、传感器固定机构(8)、步进电机驱动器(16)、步进电机(17)、脉象传感器(9)、信号预处理电路、单片机(14)和计算机(15)，其中，

所述的手腕托(1)和滑动调整机构均设在底座(2)上；

所述的传感器固定机构(8)通过传感器固定机构支柱(7)设在滑动调整机构上；

所述的脉象传感器(9)包括寸位脉象传感器、关位脉象传感器和尺位脉象传感器，分别独立连接在传感器固定机构上；

所述的寸位脉象传感器、关位脉象传感器和尺位脉象传感器分别连接一信号预处理电路，所述的信号预处理电路、单片机(14)和计算机(15)依次连接，所述的单片机(14)、步进电机驱动器(16)、步进电机(17)和传感器固定机构(8)依次连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的可自动调压的脉象信号采集装置，其特征在于，所述的滑动调整机构包括滑动导轨台支撑住(3)、滑动导轨台(4)、连接背板(5)和精密手动调整平台(6)，所述的滑动导轨台(4)通过滑动导轨台支撑住(3)设在底座(2)上，所述的精密手动调整平台(6)通过连接背板(5)设在滑动导轨台(4)上，所述的传感器固定机构支柱(7)连接在精密手动调整平台(6)上。

3.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的可自动调压的脉象信号采集装置，其特征在于，所述的传感器固定机构(8)包括固定框架、寸位脉象传感器固定及调压模块、关位脉象传感器固定及调压模块和尺位脉象传感器固定及调压模块，所述的寸位脉象传感器固定及调压模块、关位脉象传感器固定及调压模块和尺位脉象传感器固定及调压模块依次间隔连接在固定框架上，所述的寸位脉象传感器固定及调压模块和尺位脉象传感器固定及调压模块以关位脉象传感器固定及调压模块为对称轴设置，其中，

所述的固定框架包括背板(18)、底板(23)、左边板(19)、右边板(25)、左支架(20)和右支架(24)，所述的底板(23)、左边板(19)、右边板(25)分别与背板(18)连接，形成半封闭矩形框架，所述的左支架(20)和右支架(24)分别与左边板(19)、右边板(25)对应连接；

所述的寸位脉象传感器固定及调压模块通过水平光轴(29)、水平螺纹轴(27)与左边板(19)或右边板(25)连接，并通过垂直光轴(34)、垂直螺纹轴(33)分别连接背板(18)和左支架(20)或右支架(24)；

所述的尺位脉象传感器固定及调压模块通过水平光轴(29)、水平螺纹轴(27)与左边板(19)或右边板(25)连接，并通过垂直光轴(34)、垂直螺纹轴(33)分别连接背板(18)和左支架(20)或右支架(24)；

所述的关位脉象传感器固定及调压模块通过螺栓连接在背板(18)和底板(23)上。

4.根据权利要求3所述的一种基于多传感器的可自动调压的脉象信号采集装置，其特征在于，所述的寸位脉象传感器固定及调压模块和尺位脉象传感器固定及调压模块的结构相同，均包括步进电机安装支座(36)、轴承座(38)、滚珠丝杠副(39)、上轴承端盖(49)、下轴承端盖(47)、导轨(43)、导轨固定支座(42)、寸/尺传感器支座(40)、水平方向移动平台(41)、短光轴(45)和光轴固定件(44)，其中，

所述的步进电机安装支座(36)用于安装步进电机(17)，呈U形；所述的滚珠丝杠副(39)通过联轴器(37)与步进电机(17)连接，滚珠丝杠副(39)上连接有丝杠滚动轴承(48)，丝杠滚动轴承(48)通过轴承座(38)与步进电机安装支座(36)连接，所述的轴承座(38)设有两个，所述的上轴承端盖(49)、下轴承端盖(47)分别与连接一个轴承座(38)；所述的导轨(43)与滚珠丝杠副(39)连接，并通过导轨固定支座(42)与步进电机安装支座(36)连接；所述的寸/尺传感器支座(40)一端与连接滚珠丝杠副(39)，另一端设有用于连接寸位脉象传感器或尺位脉象传感器的传感器支座挡板(46)；所述的水平方向移动平台(41)、短光轴(45)和光轴固定件(44)两两分别连接，短光轴(45)与步进电机安装支座(36)连接。

5.根据权利要求3所述的一种基于多传感器的可自动调压的脉象信号采集装置，其特征在于，所述的关位脉象传感器固定及调节模块包括关位步进电机安装支座(50)、滚珠丝杠副(39)、轴承座(38)、上轴承端盖(49)、下轴承端盖(47)、导轨(43)、导轨固定支座(42)和关位传感器支座(52)，其中，

所述的关位步进电机安装支座(50)呈倒L型，与背板(18)连接；所述的滚珠丝杠副(39)一端通过联轴器(37)与步进电机(17)连接，另一端与底板(23)连接，滚珠丝杠副(39)上连接有丝杠滚动轴承(48)，丝杠滚动轴承(48)通过轴承座(38)与关位步进电机安装支座(50)连接，所述的轴承座(38)设有一个；所述的上轴承端盖(49)与轴承座(38)连接，下轴承端盖(47)与底板(23)连接；所述的导轨(43)与滚珠丝杠副(39)连接，并通过导轨固定支座(42)与分别连接关位步进电机安装支座(50)和背板(18)；所述的关位传感器支座(52)分别连接滚珠丝杠副(39)和关位脉象传感器，关位传感器支座(52)与关位脉象传感器连接处设有关位传感器挡板(51)。

6.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的可自动调压的脉象信号采集装置，其特征在于，所述的信号预处理电路包括一级放大电路(10)、直流放大电路(11)、交流放大电路(12)和信号混合电路(13)，所述的直流放大电路(11)和交流放大电路(12)分别与一级放大电路(10)连接，所述的信号混合电路(13)分别与直流放大电路(11)和交流放大电路(12)连接。

7.一种如权利要求1所述的基于多传感器的可自动调压的脉象信号采集装置的采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)手腕置于手腕托上，调节滑动调整机构及传感器固定机构，使寸位脉象传感器、关位脉象传感器和尺位脉象传感器位于正确位置；

2)各脉象传感器分别采集连续增大压力下的脉象信号并发送给信号调理电路；

3)信号调理电路将处理后的脉搏信号传送给单片机，并储存于单片机中；

4)单片机通过串口将信号发送给计算机，计算机显示实时脉象信号曲线和实时取脉压力值；

5)计算机根据接收到的信号实时计算取脉压力值和脉象峰峰值，搜索得到寸位脉象传感器、关位脉象传感器和尺位脉象传感器对应的最佳取脉压力；

6)各脉象传感器工作于最佳取脉压力下，采集最佳脉象后发送给信号调理电路；

7)依次执行步骤3)和步骤4)后，跳转至步骤8)；

8)计算机存储接收到的最佳脉象信号曲线和取脉压力，完成脉象信号的采集，并对脉象信号进行滤波处理，获得最终的脉象信号。

8.根据权利要求7所述的一种基于多传感器的可自动调压的脉象信号采集方法，其特征在于，所述的步骤2)中的采集连续增大压力下的脉象信号和步骤6)中的各脉象传感器工作于最佳取脉压力下需要对取脉压力进行控制，具体包括以下步骤：

a)单片机接收计算机的设定压力值X；

b)单片机接收采集到的实际压力值Y；

c)判断Y与X是否相等，若是，则执行步骤d)，若否，则执行步骤e)；

d)维持原有状态；

e)判断Y是否小于X，若是，则执行步骤f)，若否，则执行步骤g)；

f)单片机通过步进电机驱动器驱动步进电机加压并返回步骤b)；

g)单片机通过步进电机驱动器驱动步进电机减压并返回步骤b)。

9.根据权利要求7所述的一种基于多传感器的可自动调压的脉象信号采集方法，其特征在于，所述的步骤5)中最佳取脉压力的搜索具体为：

5a)启动步进电机；

5b)单片机通过步进电机驱动器驱动步进电机正向加压，此处最大允许压力为250克力；

5c)实时计算当前取脉压力值和脉象信号峰峰值并存储；

5d)判断相邻两次存储的脉象信号峰峰值是否减小，若是，则执行步骤5e)，若否，则执行步骤5b)；

5e)取出上一次的取脉压力值即为最佳取脉压力值。

10.根据权利要求7所述的一种基于多传感器的可自动调压的脉象信号采集方法，其特征在于，所述的步骤8)中，对脉象信号进行滤波处理具体为：

8a)采用基于聚合经验模态分解算法将采集到的脉象信号分解成一系列频率由高到低分布的IMF分量；

8b)根据皮尔逊相关性定义，对各IMF分量进行初步筛选，将相关系数λ满足|λ|＞3的IMF分量作为目标IMF分量，对其余IMF分量进行相应的阈值去噪处理：

对于高尺度IMF分量，根据白噪声的能量估计对IMF进行阈值选取，并采用硬阈值或软函数对其进行去噪处理；

对于低尺度IMF分量，基于噪声均方误差最大原则对其进行阈值网格优化后，采用软阈值函数进行阈值去噪；

8c)信号重构：将步骤8b)中筛选出的目标IMF分量与经阈值去噪后的其它IMF分量进行线性叠加，完成脉象信号的去噪处理。