CN104605837B - 一种基于微流体传感器的脉搏监测系统 - Google Patents

一种基于微流体传感器的脉搏监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于微流体传感器的脉搏监测系统，通过将微流体传感器置于手环内侧，当靠近手腕动脉位置时，微流体传感器感应手腕动脉压力变化，改变其电阻值，同时在微流体传感器外部接交流电压信号，随着电阻变化，微流体传感器的输出电压也发生改变，再通过放大器的放大和滤波模块的滤波后输入到比较器，通过对输出电压和预设的阀值比较，进而判断脉搏的跳动，同时用计数器对脉搏的跳动进行计数，将单位时间内统计的结果输入到控制模块，从控制显示模块的显示和终端的接收，具有测试精确度高，系统体积小，可扩展性强，适合随身携带。

Description

一种基于微流体传感器的脉搏监测系统
技术领域
本发明属于健康监测技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于微流体传感器的脉搏监测系统。
背景技术
随着人们生活水平的增高，人们患病的比例以及患病的数量也在增高，及时预防才是最有效最直接的方法。
中医是中国特有的一门医术，是研究人体生理、病理以及疾病的诊断和防治等的一门学科，中医通过脉搏的跳动频率、速度、轻重就可以判断出患者患病的部位以及轻重，可以毫不夸张地说：人的动、静、情绪、疾病都会影响脉搏的跳动，每种不同情况都会随之影响脉搏，中医就是从这个脉搏的微小差异中来诊断疾病的。尤其是白领一族很少有时间去定时体检身体，也有一些年轻人对自己的亚健康状态一直处于无知的状态，最终导致疾病的加重甚至丧失生命。再加上生活节奏的加快，越来越多的人背负的压力也是越来越沉重，生活、工作、社会等各种压力向接踵而来，由于没有适当的方式来释放和解决压力，导致很多人的心理以及健康状态处于下滑趋势，为疾病创造了良好的条件，尤其是高血压、冠心病、急性心肌梗赛、慢性心力衰竭等随时突发致命的高发人群疾病更要时刻监测自己脉搏的频率跳动情况，更好地对自己的身体以及状况有一个很好的了解，避免以为疏忽或者一次偶然而造成不可挽回的损失。
有上述可知，脉搏监测系统对身体健康的重要性。但是现在已经具有的脉搏监测系统中，单独用来监测脉搏的比较少，大多是监测多项身体指标的系统，并不能随身携带，并不适合特殊人的需求。除此之外，已经具有的脉搏监测系统所用的传感器的精度没有微流体传感器精度高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于微流体传感器的脉搏监测系统，对被检测者进行实时监测，具有测试精确度高、系统体积小、可扩展性强等特点。
为实现上述发明目的，本发明一种基于微流体传感器的脉搏监测系统，其特征在于，包括：
一脉搏检测模块，包括部署在手环内侧的微流体传感器和外部电路；
所述的微流体传感器包括聚合板，以及嵌入在聚合板上的微流体传感器主体和分布在聚合板长度方式上的五对电极；
在微流体传感器主体内部为充满电解液的微通道，在微通道的两个末端，分布着两个为微通道填充电解液的相同储液器，当微流体传感器运行时，电解液可以在其内自由流动；
所述的五对电极的一端均连接固定频率的交流电压，另一端均与外部电路的跨阻放大器连接，当微流体传感器附着在人体手腕时，人体的脉搏跳动驱使微通道内的部分电解液流向储液器，此时，五对电极的功能相当于五对分散式的传感器，用于检测出相邻两个电极之间的电阻；
所述的外部电路包括跨阻放大器、乘法器、低通滤波器、比较强、计数器和时钟发生器；
跨阻放大器将微流体传感器输出的交流电流放大为交流电压，再通过乘法器和低通滤波器进行解调和滤波，得到放大后的交流电压峰峰值电压Vout，再输入到比较器，与比较器中预设的阀值Vb进行比较，当Vout＞Vb时，则脉搏跳动一次，同时将与比较器连接的计数器加1，否则计数器保持不变；其中，计数器还与时钟发生器并联，通过时钟发生器对计数器进行记时，最后将单位时间内计数器统计的结果输入到控制模块；
一控制模块，用于接收脉搏检测模块的检测结果，再根据检测结果生成控制命令发送给显示模块，同时将检测结果通过无线传输模块发送给终端接收模块；其中：
当检测结果在60～100次/分钟时，控制模块生成控制命令a；
当检测结果超过100次/分钟时，控制模块生成控制命令b；
当检测结果超过预设的阀值时，控制模块生成控制命令c；
一显示模块，包括显示器、蜂鸣器和振动器，用于接收控制模块发送的控制命令，并按照控制命令进行显示；
当显示模块接收到控制命令a时，控制命令驱动显示模块中的显示器显示；当显示模块接收到控制命令b时，控制命令驱动显示模块中的蜂鸣器鸣叫；当显示模块接收到控制命令c时，控制命令驱动显示模块中的振动器振动；
一无线传输模块和一终端接收模块，终端接收模块通过无线传输模块接收控制模块发送的检测结果，并对检测结果进行存储。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明基于微流体传感器的脉搏监测系统，通过将微流体传感器置于手环内侧，当靠近手腕动脉位置时，微流体传感器感应手腕动脉压力变化，改变其电阻值，同时在微流体传感器外部接交流电压信号，随着电阻变化，微流体传感器的输出电压也发生改变，再通过放大器的放大和滤波模块的滤波后输入到比较器，通过对输出电压和预设的阀值比较，进而判断脉搏的跳动，同时用计数器对脉搏的跳动进行计数，将单位时间内统计的结果输入到控制模块，从控制显示模块的显示和终端的接收。具有测试精确度高，系统体积小，可扩展性强，适合随身携带。
同时，本发明基于微流体传感器的脉搏监测系统还具有以下有益效果：
(1)、本发明利用微流体传感器检用户的脉搏，具有测试精确度高，系统体积小，可扩展性强，适合随身携带，使用便捷，使用范围比较广泛；
(2)、本发明可以监测用户的脉搏频率；脉搏频率出现异常对用户来说是十分不利的，通过脉搏的监测可以实时监测用户的身体状况，在出现异常时及时警告，使使用者及时采取相应的措施使得脉搏恢复正常，避免了与心率有关疾病因为时间耽搁导致死亡的概率。
(3)、本发明监测的结果还可以在移动终端、PC端进行查看，这样可以让医生或用户的家属实时掌握用户的身体状况，适合当代医学发展的需要。
附图说明
图1是本发明基于微流体传感器的脉搏监测系统的结构图；
图2是图1所示微流体传感器的结构图；
图3是图1所示微流体传感器从侧面观察的分布结构图；
图4是图1所示脉搏检测模块的电路结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
图1是本发明基于微流体传感器的脉搏监测系统的结构图。
在本实施例中，如图1所示，本发明基于微流体传感器的脉搏监测系统，包括：脉搏检测模块1、控制模块2、显示模块3、无线传输模块4和终端接收模块5。
脉搏检测模块1，又包括：部署在手环内侧的微流体传感器6和外部电路7；
其中，如图2所示，微流体传感器6包括聚合板201，以及嵌入在聚合板上的微流体传感器主体202和分布在聚合板201长度方式上的五对电极203；在本实施例中，聚合板201采用派热克斯玻璃板，微流体传感器主体202材质采用具有弹性的聚二甲基硅氧烷聚合物。
在微流体传感器主体202内部为充满电解液的微通道204，在微通道的两个末端，分布着两个为微通道204填充电解液的相同储液器205，当微流体传感器6运行时，电解液可以在其内自由流动；本实施例中，微流体传感器6尺寸如表1所示；
结构名称 值 表示符号
微通道的宽度 1mm ωe
微通道的高度 80μm he
相邻两个电极之间的间距 1.5μm de
微流体传感器主体的宽度 3.5μm ωp
微流体传感器主体的厚度 2mm hx
表1
整个微流体传感器6从一侧进行观测时的形状，如图3所示，其中de是相邻两个电极之间的间距，间距de的设置将对微流体传感器6的整体效果和结果存在影响，间距de的不同会导致得到的结果有差异。
五对电极的一端均连接固定频率的交流电压vac，另一端均与外部电路204的放大器连接；当微流体传感器6附着在人体手腕时，人体的脉搏跳动将驱使微流体传感器6的运行，从而驱使微通道204内的部分电解液流向储液器205，这样就使得微流体传感器6整体的电阻减小，流入外部电路7的交流电流i(ω)也会发生变化，在整个微流体传感器6中，五对电极203的功能相当于五对分散式的传感器，每对电极都可以检测出相邻两个电极之间的电阻；
其中，外部电路7包括跨阻放大器8、乘法器9、低通滤波器10、比较器11、计数器12和时钟发生器13；
跨阻放大器8将微流体传感器6输出的交流电流i(ω)放大为交流电压v1(ω)，再通过乘法器9和低通滤波器10进行解调和滤波，得到放大后的交流电压的峰峰值电压Vout，再输入到比较器11，与比较器11中预设的阀值Vb进行比较，当Vout＞Vb时，则脉搏跳动一次，同时将与比较器11连接的计数器12加1，否则计数器12保持不变；其中，计数器12还与时钟发生器13并联，通过时钟发生器13对计数器12进行记时，最后将单位时间内计数器12统计的结果输入到控制模块2；
在本实施例中，时钟发生器的固定频率为100KHZ。
在本实施例中，脉搏检测模块的电路结构如图4所示，设微流体传感器接交流电压为vac，整个微流体传感器的电阻为R(z)，其中，vpp为交流电压的波峰值，ω为交流电压vac的频率；
则微流体传感器输出的交流电流为：
跨阻放大器输出的交流电压为：v1(ω)＝i(ω)·RF；
其中，RF为跨阻放大器的内阻；
经过低通滤波器输出的交流电压的峰峰值电压Vout为：
通过联立上述式子就可以得到整个微流体传感器的电阻为：
当微流体传感器6未运行时，微流体传感器6内部的电阻最大，此时输出的交流电压的峰峰值电压Vout是最小，这样可以设置控制模块2里面的阈值Vb，再通过比较Vout与Vb的值来判断是否脉搏跳动。
控制模块2，用于接收脉搏检测模块1的检测结果，再根据检测结果生成控制命令发送给显示模块3，同时将检测结果通过无线传输模块4发送给终端接收模块5；其中：
当检测结果在60～100次/分钟时，控制模块2生成控制命令a；
当检测结果超过100次/分钟时，控制模块2生成控制命令b；
当检测结果超过预设的阀值时，控制模块2生成控制命令c；
显示模块3，包括显示器14、蜂鸣器15和振动器16，用于接收控制模块2发送的控制命令，并按照控制命令进行显示；
当显示模块3接收到控制命令a时，控制命令驱动显示模块3中的显示器14显示；当显示模块3接收到控制命令b时，控制命令驱动显示模块3中的蜂鸣器15鸣叫；当显示模块3接收到控制命令c时，控制命令驱动显示模块3中的振动器16振动；
无线传输模块4和终端接收模块5，终端接收模块5通过无线传输模块4接收控制模块3发送的检测结果，并对检测结果进行存储。
在本实施例中，无线传输模块4可以采用无线WiFi或蓝牙；终端接收模块5可以采用PC端或移动终端。
控制模块2可以将检测的结果通过无线WiFi或蓝牙发送到移动终端或PC端，这样医生或用户的家属可以进行查看，实时掌握用户的身体状况，当发现异常时可以预防和处理。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (3)

1.一种基于微流体传感器的脉搏监测系统，其特征在于，包括：
一脉搏检测模块，包括部署在手环内侧的微流体传感器和外部电路；
所述的微流体传感器包括聚合板，以及嵌入在聚合板上的微流体传感器主体和分布在聚合板长度方向上的五对电极；
在微流体传感器主体内部为充满电解液的微通道，在微通道的两个末端，分布着两个为微通道填充电解液的相同储液器，当微流体传感器运行时，电解液可以在其内自由流动；
所述的五对电极的一端均连接固定频率的交流电压，另一端均与外部电路的跨阻放大器连接，当微流体传感器附着在人体手腕时，人体的脉搏跳动驱使微通道内的部分电解液流向储液器，此时，五对电极的功能相当于五对分散式的传感器，用于检测出相邻两个电极之间的电阻；
所述的外部电路包括跨阻放大器、乘法器、低通滤波器、比较强、计数器和时钟发生器；
跨阻放大器将微流体传感器输出的幅度较小的交流电流放大为幅度较大的交流电压，再通过乘法器和低通滤波器进行解调和滤波，得到放大后的交流电压峰峰值电压Vout，再输入到比较器，与比较器中预设的阀值Vb进行比较，当Vout＞Vb时，则脉搏跳动一次，同时将与比较器连接的计数器加1，否则计数器保持不变；其中，计数器还与时钟发生器并联，通过时钟发生器对计数器进行计时，最后将单位时间内计数器统计的结果输入到控制模块；
一控制模块，用于接收脉搏检测模块的检测结果，再根据检测结果生成控制命令发送给显示模块，同时将检测结果通过无线传输模块发送给终端接收模块；其中：
当检测结果在60～100次/分钟时，控制模块生成控制命令a；
当检测结果超过100次/分钟时，控制模块生成控制命令b；
当检测结果超过预设的阀值时，控制模块生成控制命令c；
一显示模块，包括显示器、蜂鸣器和振动器，用于接收控制模块发送的控制命令，并按照控制命令进行显示；
当显示模块接收到控制命令a时，控制命令驱动显示模块中的显示器显示；当显示模块接收到控制命令b时，控制命令驱动显示模块中的蜂鸣器鸣叫；当显示模块接收到控制命令c时，控制命令驱动显示模块中的振动器振动；
一无线传输模块和一终端接收模块，终端接收模块通过无线传输模块接收控制模块发送的检测结果，并对检测结果进行存储。
2.根据权利要求1所述的基于微流体传感器的脉搏监测系统，其特征在于，所述的时钟发生器还可以通过测量相邻两次脉搏跳动的时间差，计算出人体脉搏跳动的频率。
3.根据权利要求1所述的基于微流体传感器的脉搏监测系统，其特征在于，所述的微流体传感器主体的材质为具有弹性的聚二甲基硅氧烷聚合物。
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