CN104545848A - 手指检测用传感装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种手指检测用传感装置。外壳内装有充气指环和环形橡胶包裹套，充气指环两端分别连接外壳开口和环形橡胶包裹套，近端指节套在充气指环内，远、中端指节套在环形橡胶包裹套内；环形橡胶包裹套外周面通过弹性支撑网支撑在外壳内壁，充气指环通气口连接气体压力传感器，气体压力传感器固定在外壳内，充气指环的充气口和放气口经气管连接外部的压力调节装置；第一、第二光电传感器分别安装在与远端指节、中端指节对应的环形橡胶包裹套侧面开口处。发明将多种手指检测集成在一个传感装置内，使用便利；充气指环取代了传统的手指袖带，减少了使用者的不适感与疼痛感；并紧密贴合手指，在保证舒适的前提下提高了测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及了一种传感装置，特别是涉及了一种手指检测用传感装置。
背景技术
目前，以手指动脉为检测对象的血压检测多采用容积补偿法。该方法利用压力调节装置调节套在手指上的袖带的压力。袖带内压力从高于手指动脉压力处开始逐步下降到低于手指动脉压力处。在此过程中脉搏波光电传感器能随着袖带压力的变化检测到血流波动，进而间接得到动脉的收缩压与舒张压。在此过程中还可根据血流波动图形得到心率。
以手指动脉为检测对象的血氧饱和度检测多采用脉搏血氧测定法。该方法利用氧合血红蛋白和非氧合血红蛋白对不同波长入射光有着不同的吸收率的特性，并运用Lambert-Bear定律推出动脉血氧饱和度。
传统的手指动脉血压检测装置中的袖带对于手指的压迫面积过大，给被检测者带来不适甚至是疼痛感。传统的手指动脉血氧饱和度检测装置多为夹指型指套。该指套一方面给被检测者带来不适，另一方面，手指与光电传感器之间存在间隙，引入测量误差。
此外，手指动脉血压、血氧饱和度检测通常使用不同的检测装置，较为不便。
发明内容
为了解决现有手指动脉检测血压传感装置以及手指动脉检测血氧饱和度传感装置带来的不适感甚至是疼痛感，手指动脉检测血氧饱和度传感装置中手指与光电传感器存在结合间隙，以及血压、血氧饱和度分开检测带来的不便等问题，本发明提出了一种手指检测用传感装置。
本发明解决上述问题所采取的技术方案为：
本发明包括外壳、充气指环、气体压力传感器、第一光电传感器、第二光电传感器、弹性支撑网和环形橡胶包裹套；外壳一侧具有开口，外壳内装有充气指环和环形橡胶包裹套，充气指环两端分别连接外壳开口和环形橡胶包裹套，手指从开口伸入外壳内，手指的近端指节套在充气指环内，手指的远端指节和中端指节套在环形橡胶包裹套内；环形橡胶包裹套外周面通过弹性支撑网支撑在外壳内壁，充气指环外侧面与外壳内壁紧贴连接；充气指环侧面设有充气口、放气口和通气口，充气指环通气口连接气体压力传感器，气体压力传感器固定在外壳内，充气指环侧面的充气口和放气口经气管连接外部的压力调节装置；用于检测手指动脉血压、血氧饱和度和心率的第一光电传感器和第二光电传感器分别安装在与手指远端指节、中端指节对应的环形橡胶包裹套侧面开口处。
所述的外壳安装有金属防护壳，金属防护壳内安装有信号预处理电路，第一光电传感器、第二光电传感器和气体压力传感器分别连接信号预处理电路。
所述的第一光电传感器包含第一红外发射二极管、第二红外发射二极管和第一红外光敏接收三极管；第一红外光敏接收三极管安装在手指中端指节对应的环形橡胶包裹套一侧开口处，第一红外发射二极管和第二红外发射二极管平行安装在与第一红外光敏接收三极管对称的环形橡胶包裹套另一侧开口处，第一红外发射二极管和第二红外发射二极管之间设有不透红外光的隔板。
所述的第二光电传感器包含第三红外发射二极管与第二红外光敏接收二极管，第三红外发射二极管与第二红外光敏接收二极管之间设有不透红外光的隔板。
所述的第一光电传感器的第一红外发射二极管和第二红外发射二极管正对于手指的中端指节腹部，并与手指皮肤接触；第一红外光敏接收三极管正对于手指的中端指节背部，并与手指皮肤接触；第一红外发射二极管和第二红外发射二极管发出的红外光经手指透射后被第一红外光敏接收三极管接收。
所述的第一红外发射二极管发射的红外波长为660nm，第二红外发射二极管发射的红外波长为940nm。
所述的第二光电传感器的第三红外发射二极管与第二红外光敏接收二极管正对于手指的远端指节腹部，并与手指皮肤接触；第三红外发射二极管发出的红外光经手指内部血管反射后被第二红外光敏接收二极管接收。
所述的充气指环充气时压紧手指近端指节；未充气时，手指可自由出入充气指环。
本发明其有益效果为：
本发明手指检测装置，将基于手指动脉的血压、血氧饱和度、心率检测集成在一个传感装置内，使用便利。充气指环取代了传统的手指袖带，在不影响测量结果的同时使手指的受压迫面积大大减少，减小了使用者的不适感与疼痛感。
此外，本发明的弹性支撑网与橡胶包裹层的辅助支撑使得光电传感器紧密贴合手指，在保证舒适的前提下提高了测量精度。
附图说明
图1为本发明结构剖视图。
图2为本发明充气指环未充气状态示意图。
图3为本发明充气指环充气状态示意图。
图4为本发明第一光电传感器示意图。
图5为本发明第二光电传感器示意图。
图中：1、充气指环，2、气体压力传感器，3、充气口，4、第一光电传感器，5、第二光电传感器，6、信号处理电路，7、金属防护壳，8、信号线及气管通孔，9、弹性支撑网，10、环形橡胶包裹套，11、放气口，12、外壳，13、第一红外发射二极管，14、第二红外发射二极管，15、第一红外光敏接收三极管16、第三红外发射二极管，17、第二红外光敏接收二极管、18、手指。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括外壳12、充气指环1、气体压力传感器2、第一光电传感器4、第二光电传感器5、弹性支撑网9和环形橡胶包裹套10；外壳12一侧具有开口，外壳12内装有充气指环1和环形橡胶包裹套套10，充气指环1两端分别连接外壳12开口和环形橡胶包裹套10，手指18从开口伸入外壳12内，手指18的近端指节套在充气指环1内，手指18的远端指节和中端指节套在环形橡胶包裹套10内。
如图1所示，环形橡胶包裹套10外周面通过弹性支撑网9支撑在外壳12内壁，充气指环1外侧面与外壳12内壁紧贴连接，弹性支撑网9内侧面与环形橡胶包裹套10外环面紧贴连接；充气指环1侧面设有充气口3、放气口11和通气口，充气指环1通气口连接气体压力传感器2，气体压力传感器2固定在外壳12内，充气指环1侧面的充气口3和放气口11经气管连接外部的压力调节装置；用于检测手指动脉血压、血氧饱和度和心率的第一光电传感器4和第二光电传感器5分别安装在与手指远端指节、中端指节对应的环形橡胶包裹套10侧面开口处。
外壳12安装有金属防护壳7，金属防护壳7内安装有信号预处理电路6，第一光电传感器4、第二光电传感器5和气体压力传感器2分别连接信号预处理电路6采集信号后输出，信号预处理电路6的输出端的信号线穿过外壳12上的管线通孔8后与外围电路相连。
如图4所示，第一光电传感器4包含第一红外发射二极管13、第二红外发射二极管14和第一红外光敏接收三极管15；第一红外光敏接收三极管15安装在手指18中端指节对应的环形橡胶包裹套10一侧开口处，第一红外发射二极管13和第二红外发射二极管14平行安装在与第一红外光敏接收三极管15对称的环形橡胶包裹套10另一侧开口处，第一红外发射二极管13和第二红外发射二极管14之间设有不透红外光的隔板。
如图5所示，第二光电传感器5包含第三红外发射二极管16与第二红外光敏接收二极管17，第三红外发射二极管16与第二红外光敏接收二极管17之间设有不透红外光的隔板。第三红外发射二极管16采用普通的红外发射二极管。
第一光电传感器4的第一红外发射二极管13和第二红外发射二极管14正对于手指18的中端指节腹部，并与手指18皮肤接触；第一红外光敏接收三极管15正对于手指18的中端指节背部，并与手指18皮肤接触；第一红外发射二极管13和第二红外发射二极管14发出的红外光经手指18透射后被第一红外光敏接收三极管15接收。
由于血液中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白对于不同波长光的吸收系数差异明显，为了有效区分两种蛋白含量，因此将第一红外发射二极管13发射的红外波长设定为660nm，第二红外发射二极管14发射的红外波长设定为940nm。
第二光电传感器5的第三红外发射二极管16与第二红外光敏接收二极管17正对于手指18的远端指节腹部，并与手指18皮肤接触；第三红外发射二极管16发出的红外光经手指18内部血管反射后被第二红外光敏接收二极管17接收。
充气指环1正对手指18近端指节，如图3所示，充气指环1充气时压紧手指18近端指节；未充气时，如图2所示，手指18可自由出入充气指环1。
本发明的具体实施过程如下：
本传感装置进行血氧饱和度测定时，利用了Lambert-Bear定律。根据Lambert-Bear定律，当以一个特定波长入射至指节中，透射光强主要表征为两部分，一部分是恒定量，主要反映肌肉、骨骼、脂肪、水分、静脉血等对于光的吸收，另一部分是脉动量，跟随心脏搏动而变化，主要反映动脉血中脱氧血红蛋白与氧合血红蛋白对光的吸收。
使用本传感装置时将手指伸入装置中，此时，在橡胶包裹套与弹性支撑网的共同作用下，第一光电传感器的第一红外发射二极管和第二红外发射二极管正对于手指的中端指节腹部，并与手指皮肤紧密接触；第一红外光敏接收三极管正对于手指的中端指节背部，并与手指皮肤紧密接触。手指位置固定后外部分时驱动电路让第一红外发射二极管和第二红外发射二极管按一定的时间间隔并以较低的占空比分别发光，外围电路采集第一红外光敏接收三极管中传回的信号。根据Lambert-Bear定律，当第一红外发射二极管发射660nm红外光时，第一红外光敏接收三极管中能检测到反映透射光强恒定量的信号D660与反映透射光强脉动量的信号A660；当第一红外发射二极管发射940nm红外光时，第一红外光敏接收三极管中能检测到反映透射光强恒定量的信号D940与反映透射光强脉动量的信号A940。由此可得到氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白对于不同波长光的吸收度变化之比得到Q之后按照公式SpO2＝A+BQ计算得到血氧饱和度，其中A与B分别表示第一、第二标定常数。整个血氧饱和度测定过程耗时30秒左右。
本传感装置进行血压与心率测定时，动脉血压随心室的收缩和舒张而发生规律性波动，当心室收缩时动脉血压的最大值称为收缩压；心室舒张时动脉血压的最小值称为舒张压。使用本传感装置时，将手指伸入装置中，此时，在橡胶包裹套与弹性支撑网的共同作用下，第二光电传感器的第三红外发射二极管与第二红外光敏接收二极管正对于手指的远端指节腹部，并与手指皮肤紧密接触。当手指位置固定后，外部压力调节装置的充气泵给充气指环充气，直至气体压力传感器测得充气指环内的压力达到200mmHg，这时充气指环紧压手指血管，使手指内部血液不流动。
压力调节装置主要包括电动充气泵，充气控制电磁阀，放气控制电磁阀。其中，电动充气泵的气体出口通过气管与充气控制电磁阀一端相连，充气控制电磁阀另一端与充气指环充气口相连；放气控制电磁阀一端通过气管与充气指环放气口相连，另一端与大气环境相连。当需要给充气指环充气时，电动充气泵开启，充气控制电磁阀打开，放气控制电磁阀关闭。充气指环内压力值达到设定值之后，同时关闭电动充气泵与充气控制电磁阀。当需要给充气指环放气时，开启放气控制电磁阀。当充气指环内压力下降到设定值时，关闭放气控制电磁阀。
充气结束后，通过外部压力调节装置控制充气指环内压力以3～5mmHg的速率下降，同时气体压力传感器始终测量充气指环内的压力。与此同时，第二光电传感器开始工作，即第三红外发射二极管发射红外光，第二红外光敏接收二极管实时检测是否接收到反射红外光。
当充气指环内压力大于收缩压时，因手指血管受压迫从而内部血液停止流动，此时第二红外光敏接收二极管检测不到反射红外光，即检测不到脉搏信号；充气指环内压力继续下降，当达到收缩压时，手指内血液开始断续流动，此时第二红外光敏接收二极管检测到反射红外光，即检测出脉搏信号，此信号被外围电路采集，此时气体压力传感器测出的充气指环压力即为收缩压；当充气指环内压力继续下降，达到舒张压，此时由于手指内血管不受压迫，血流均匀，第二红外光敏接收二极管检测不到反射红外光，即脉搏信号消失，当外围电路检测到该状态时，气体压力传感器测出的充气指环压力即为舒张压。
由于手指动脉的收缩压与舒张压以及主动脉的收缩压与舒张压呈一定的线性关系，修正手指的动脉收缩压与舒张压，得到准确的血压指标。计算心率时，只需要在检测到脉搏信号之后在固定时间内对测得的脉搏信号进行计数并按比例推算即可得到心率。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1. 一种手指检测用传感装置，其特征在于：包括外壳（12）、充气指环（1）、气体压力传感器（2）、第一光电传感器（4）、第二光电传感器（5）、弹性支撑网（9）和环形橡胶包裹套（10）；外壳（12）一侧具有开口，外壳（12）内装有充气指环（1）和环形橡胶包裹套（10），充气指环（1）两端分别连接外壳（12）开口和环形橡胶包裹套（10），手指（18）从开口伸入外壳（12）内，手指（18）的近端指节套在充气指环（1）内，手指（18）的远端指节和中端指节套在环形橡胶包裹套（10）内；
环形橡胶包裹套（10）外周面通过弹性支撑网（9）支撑在外壳（12）内壁，充气指环（1）外侧面与外壳（12）内壁紧贴连接；充气指环（1）侧面设有充气口（3）、放气口（11）和通气口，充气指环（1）通气口连接气体压力传感器（2），气体压力传感器（2）固定在外壳（12）内，充气指环（1）侧面的充气口（3）和放气口（11）经气管连接外部的压力调节装置；用于检测手指动脉血压、血氧饱和度和心率的第一光电传感器（4）和第二光电传感器（5）分别安装在与手指远端指节、中端指节对应的环形橡胶包裹套（10）侧面开口处。
2. 根据权利要求1所述的一种手指检测用传感装置，其特征在于：
所述的外壳（12）安装有金属防护壳（7），金属防护壳（7）内安装有信号预处理电路（6），第一光电传感器（4）、第二光电传感器（5）和气体压力传感器（2）分别连接信号预处理电路（6）。
3. 根据权利要求1所述的一种手指检测用传感装置，其特征在于：
所述的第一光电传感器（4）包含第一红外发射二极管（13）、第二红外发射二极管（14）和第一红外光敏接收三极管（15）；第一红外光敏接收三极管（15）安装在手指（18）中端指节对应的环形橡胶包裹套（10）一侧开口处，第一红外发射二极管（13）和第二红外发射二极管（14）平行安装在与第一红外光敏接收三极管（15）对称的环形橡胶包裹套（10）另一侧开口处，第一红外发射二极管（13）和第二红外发射二极管（14）之间设有不透红外光的隔板。
4. 根据权利要求1所述的一种手指检测用传感装置，其特征在于：
所述的第二光电传感器（5）包含第三红外发射二极管（16）与第二红外光敏接收二极管（17），第三红外发射二极管（16）与第二红外光敏接收二极管（17）之间设有不透红外光的隔板。
5. 根据权利要求3所述的一种手指检测用传感装置，其特征在于：
所述的第一光电传感器（4）的第一红外发射二极管（13）和第二红外发射二极管（14）正对于手指（18）的中端指节腹部，并与手指（18）皮肤接触；第一红外光敏接收三极管（15）正对于手指（18）的中端指节背部，并与手指（18）皮肤接触；第一红外发射二极管（13）和第二红外发射二极管（14）发出的红外光经手指（18）透射后被第一红外光敏接收三极管（15）接收。
6. 根据权利要求3所述的一种手指检测用传感装置，其特征在于：
所述的第一红外发射二极管（13）发射的红外波长为660nm，第二红外发射二极管（14）发射的红外波长为940nm。
7. 根据权利要求4所述的一种手指检测用传感装置，其特征在于：
所述的第二光电传感器（5）的第三红外发射二极管（16）与第二红外光敏接收二极管（17）正对于手指（18）的远端指节腹部，并与手指（18）皮肤接触；第三红外发射二极管（16）发出的红外光经手指（18）内部血管反射后被第二红外光敏接收二极管（17）接收。
8. 根据权利要求1所述的一种手指检测用传感装置，其特征在于：
所述的充气指环（1）充气时压紧手指（18）近端指节；未充气时，手指（18）可自由出入充气指环（1）。
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