CN105193396A - 一种脉搏检测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种脉搏检测系统和方法。脉搏检测系统包括：用于检测用户脉搏信息的石墨烯传感器；与石墨烯传感器连接，用于将石墨烯传感器检测到的脉搏信息转换为第一模拟信号的压电转换电路；与压电转换电路连接，用于将所述第一模拟信号转换为数字信号的模数转换器；与模数转换器连接，用于对所述数字信号进行处理，以提取出完整的脉搏信号的处理器；与处理器连接，用于将所述完整的脉搏信号转换为第二模拟信号的数模转换器；与数模转换器连接，用于将所述第二模拟信号输出显示的显示器。本发明提供的脉搏检测系统利用传统的模数转换器、数模转换器实现，硬件电路结构简单，且本发明中石墨烯传感器成本低、使用环境不受限制，功耗低。

Description

一种脉搏检测系统和方法

技术领域

本发明涉及医疗检测技术领域，更具体地说，涉及一种脉搏检测系统和方法。

背景技术

脉象，指的是医生用手指感觉出来的脉搏形象，包括动脉搏显现部位的深浅、速率的快慢、强度的大小、节律的均匀与否等，通过对人脉象的诊断可以判断一个人的健康程度。

传统的脉搏检测方法一般都是通过医生感觉来进行判断，而由于每个人的学识、经验等因素的不同，对脉象的感觉和判断也会不一致，因此传统的脉搏检测方法得到的脉搏检测结果的误差较大。基于此，现有技术提出了一种反射式光电脉搏测量技术，其基于人心脏跳动时，动脉血流的浓度会发生变化，透过血液的光亮度也会随之发生变化的原理，利用红外光或绿光照射人手指或腕部脉搏，将光亮度信号转变为模拟电信号来实现脉搏检测。

然而，由于反射式光电脉搏测量技术在测量过程中具有发射光束回路和反射接收回路，因此在测量过程中需要尽可能的保证测量和接收部分保持稳定，因此反射式光电脉搏测量技术仅适合测量静息心率，其使用环境受限，用户的佩戴方式也存在一定要求。此外，反射式光电脉搏测量技术需要发射光束和接收光束，功耗较高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种脉搏检测系统和方法，以解决现有技术中的脉搏检测方法使用环境受限、功耗较高的问题。技术方案如下：

基于本发明的一方面，本发明提供一种脉搏检测系统，包括：

用于检测用户脉搏信息的石墨烯传感器；

与所述石墨烯传感器连接，用于将所述石墨烯传感器检测到的脉搏信息转换为第一模拟信号的压电转换电路；

与所述压电转换电路连接，用于将所述第一模拟信号转换为数字信号的模数转换器；

与所述模数转换器连接，用于对所述数字信号进行处理，以提取出完整的脉搏信号的处理器；

与所述处理器连接，用于将所述完整的脉搏信号转换为第二模拟信号的数模转换器；

与所述数模转换器连接，用于将所述第二模拟信号输出显示的显示器。

优选地，所述处理器包括：

对所述数字信号进行过滤，以提取出第一脉搏信号的数字滤波电路；

对所述第一脉搏信号依次进行识别处理、平滑处理、放大处理，以得到所述完整的脉搏信号的脉搏信号识别处理电路。

优选地，所述压电转换电路包括：电阻分压电路。

优选地，所述石墨烯传感器贴合在所述用户的手腕的寸关尺处。

基于本发明的另一方面，本发明提供一种脉搏检测方法，应用于前述任一项所述的脉搏检测系统中，所述方法包括：

利用石墨烯传感器检测用户的脉搏信息；

将所述石墨烯传感器检测到的脉搏信息转换为第一模拟信号；

将所述第一模拟信号转换为数字信号；

对所述数字信号进行处理，以提取出完整的脉搏信号；

将所述完整的脉搏信号转换为第二模拟信号；

将所述第二模拟信号输出显示。

优选地，所述对所述数字信号进行处理，以提取出完整的脉搏信号包括：

对所述数字信号进行过滤，以提取出第一脉搏信号；

对所述第一脉搏信号依次进行识别处理、平滑处理、放大处理，以得到所述完整的脉搏信号。

应用本发明的上述技术方案，本发明提供的一种脉搏检测系统中，通过利用石墨烯传感器检测用户的脉搏信息，进而由压电转换电路将所述脉搏信息转换为第一模拟信号，进一步由模数转换器将第一模拟信号转换为数字信号，由处理器对数字信号进行处理，以提取出完整的脉搏信号，由数模转换器将所述完整的脉搏信号转换为第二模拟信号，最后由显示器输出显示第二模拟信号，因此本发明提供的脉搏检测系统基于数字信号处理的方法原理，利用传统的模数转换器、数模转换器实现，硬件电路结构简单，且本发明利用的石墨烯传感器成本低、使用环境不受限制，功耗低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种脉搏检测系统的结构示意图；

图2为本发明中压电转换电路的结构示意图；

图3为本发明中处理器的结构示意图；

图4为本发明提供的一种脉搏检测方法的流程图；

图5为本发明提供的一种脉搏检测方法的另一种流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

石墨烯传感器是一种通过形变来改变自身电阻值的材料，其轻薄柔软、可塑性强，对形变反应灵敏，成本低廉，易于大规模生产制造，因此本发明提供的脉搏检测系统正是基于石墨烯传感器的上述优点，将石墨烯传感器作为脉搏传感器，实现对用户脉搏信息的检测。

具体地，如图1所示，其示出了本发明提供的一种脉搏检测系统的结构示意图，包括：石墨烯传感器100、压电转换电路200、模数转换器300、处理器400、数模转换器500和显示器600。其中，

石墨烯传感器100具体用于检测用户的脉搏信息。

其中，脉搏信息指的是用户脉搏跳动的信息。

在本发明中，石墨烯传感器100作为脉搏传感器使用，用于检测用户的脉搏信息。在具体实际应用时，该石墨烯传感器100贴合在用户待检测位置，例如贴合在用户的手腕的寸关尺处，检测用户手腕处的脉搏信息。

压电转换电路200与石墨烯传感器100连接，用于将所述石墨烯传感器100检测到的脉搏信息转换为第一模拟信号。

在本发明中，当用户的脉搏跳动时，会引起用户皮肤的微弱跳动。当石墨烯传感器100接触到用户皮肤时，该微弱跳动便会引起石墨烯传感器100发生形变，此时石墨烯传感器100发生的形变便会导致石墨烯传感器100自身的电阻值发生变化，最终使得整个石墨烯传感器100呈现出不同的电阻。其中，石墨烯传感器100自身的电阻值发生的变化即为检测到的用户的脉搏信息。

压电转换电路200与石墨烯传感器100连接，将石墨烯传感器100自身的电阻值发生的变化转换为第一模拟信号。具体的压电转换电路200的结构如图2所示，即压电转换电路可以采用电阻分压电路。其中，石墨烯传感器100在电阻分压电路中等效为一个可变电阻器，当石墨烯传感器100的电阻值发生变化时，压电转换电路200将石墨烯传感器100变化的电阻转换为变化的电压或变化的电流。其中，压电转换电路200获得的变化的电压或变化的电流即为第一模拟信号。

当然，本发明中的压电转换电路200还可以为通过运放实现带预放大功能的压电转换电路。

模数转换器300与所述压电转换电路200连接，用于将所述第一模拟信号转换为数字信号。

在本发明中，模数转换器300将压电转换电路200输出的第一模拟信号转换为数字信号。

处理器400与所述模数转换器300连接，用于对所述数字信号进行处理，以提取出完整的脉搏信号。

在本发明中，模数转换器300输出给处理器400的数字信号中不仅带有脉搏信号，还会带有干扰信号，因此本发明首先需要对数字信号进行处理，以去除掉干扰信号，而只提取出完整的脉搏信号，以此保证脉搏检测的准确度。

具体地，如图3所示，本发明中的处理器400具体包括：数字滤波电路401和脉搏信号识别处理电路402。其中，

数字滤波电路401用于对所述数字信号进行过滤，以提取出第一脉搏信号。

在本发明中，本发明针对脉搏信号的特点和数字信号处理理论，设计具有针对性的数字滤波算法，对模数转换器300输出的数字信号进行过滤处理，即过滤掉干扰信号，提取出第一脉搏信号。

在实际应用过程中，干扰信号可以分为大噪声信号和小噪声信号。其中，大噪声信号可能是由误触碰产生，或者测量过程中不期望的动作使得石墨烯传感器100产生不希望的形变导致的，小噪声信号可以包括电路器件的本征噪声，量化噪声等噪声。但是无论是大噪声信号还是小噪声信号，其干扰信号的频率一般大于5Hz。而本发明中脉搏信号的频率不大于5Hz，因此本发明基于脉搏信号的频率不大于5Hz的频率特征来设计数字滤波电路401，即利用数字滤波电路401将频率大于5Hz的信号进行过滤即可将第一脉搏信号从干扰信号中提取出来。具体地，本发明中的数字滤波电路401可以具体为数字滤波器，其可以使用无限冲击响应(IIR)或有限冲击响应(FIR)方法实现。

脉搏信号识别处理电路402用于对所述第一脉搏信号依次进行识别处理、平滑处理、放大处理，以得到所述完整的脉搏信号。

具体在本发明中，经过数字滤波电路401的处理后，数字信号中携带的大部分干扰信号都被过滤掉了，其只剩下频率不大于5Hz的第一脉搏信号。此时本发明还需要从剩下的频率不大于5Hz的第一脉搏信号中识别出完整的脉搏信号，因此，本发明根据脉搏信号的特征设计脉搏信号的识别算法，由脉搏信号识别处理电路402将完整的脉搏信号从剩下的频率不大于5Hz的第一脉搏信号中识别提取出来。

具体地，脉搏信号具有固定的频率范围，通过对抓取信号进行时域频域变换，对得到的频域特性进行分析，就可以识别出是否存在脉搏信号，以此实现对第一脉搏信号的识别提取。

进一步，由于提取后的第一脉搏信号的波形并不是连续的，其有的地方甚至发生缺失或突变情况，因此脉搏信号识别处理电路402需要进一步对第一脉搏信号进行平滑处理，使其成为一个完整正常的波形。

而更进一步的，由于用户脉搏跳动引起的石墨烯传感器100的形变本身很微弱，此处得到的第一脉搏信号的动态范围会非常小，不便于后续使用，因此脉搏信号识别处理电路402进一步对第一脉搏信号进行放大处理。

因此，本发明中的第一脉搏信号依次经过脉搏信号识别处理电路402的识别处理、平滑处理和放大处理后，最终获得完整的脉搏信号。

数模转换器500与所述处理器400连接，用于将所述完整的脉搏信号转换为第二模拟信号。

处理器400获得完整的脉搏信号后，将其发送至数模转换器500，数模转换器500将该完整的脉搏信号转换与第二模拟信号。

显示器600与所述数模转换器500连接，用于将所述第二模拟信号输出显示。

在本发明中，本发明对于显示器600的结构形式不做限制。作为优选地，本发明可以使用0.96寸OLED(OrganicLight-EmittingDiode，有机发光二极管)屏，其分辨率为128*64，即每行128个点，每列64个点，并采用横屏显示的方式。由于一个脉搏信号的波形持续时间为0.5-2秒，为了在显示器600上能够清楚地显示最少一个完整的波形，且显示速度能够让人看清，故显示器600每次显示2秒的波形。将IIR算法处理后的数据以64Hz进行等时间间隔抽样，每秒抽64个点，将这些点从左到右依次显示到OLED屏上，显示满128个点后进行清除显示，再从左到右依次显示，这样就实现了周而复始不停的循环显示。

因此应用本发明的上述技术方案，本发明提供的一种脉搏检测系统中，通过利用石墨烯传感器100检测用户的脉搏信息，进而由压电转换电路200将所述脉搏信息转换为第一模拟信号，进一步由模数转换器300将第一模拟信号转换为数字信号，由处理器400对数字信号进行处理，以提取出完整的脉搏信号，由数模转换器500将所述完整的脉搏信号转换为第二模拟信号，最后由显示器600输出显示第二模拟信号，因此本发明提供的脉搏检测系统基于数字信号处理的方法原理，利用传统的模数转换器300、数模转换器500实现，硬件电路结构简单，且本发明利用的石墨烯传感器100成本低、使用环境不受限制，功耗低。

此外，本发明将传统使用运算放大器、电阻、电容等器件搭建的模拟滤波放大电路的方案，以数字滤波电路401进行替代，减小了电路规模，使得产品可以做的更小，且通过修改程序就能改变算法的滤波和放大等参数，不用修改电路板，方便快捷，极大地降低了各种生产成本，也降低了电路故障。

基于前文本发明提供的一种脉搏检测系统以及对该脉搏检测系统具体结构形式的描述，本发明还提供一种脉搏检测方法，应用于前文所述的脉搏检测系统中，如图4所示，方法具体包括：

步骤101，利用石墨烯传感器检测用户的脉搏信息。

其中，脉搏信息指的是用户脉搏跳动的信息。

在本发明中，石墨烯传感器作为脉搏传感器使用，用于检测用户的脉搏信息。在具体实际应用时，该石墨烯传感器贴合在用户待检测位置，例如贴合在用户的手腕的寸关尺处，检测用户手腕处的脉搏信息。

步骤102，将所述石墨烯传感器检测到的脉搏信息转换为第一模拟信号。

具体在本发明中，压电转换电路与石墨烯传感器连接，用于将石墨烯传感器检测到的脉搏信息转换为第一模拟信号。

在本发明中，当用户的脉搏跳动时，会引起用户皮肤的微弱跳动。当石墨烯传感器接触到用户皮肤时，该微弱跳动便会引起石墨烯传感器发生形变，此时石墨烯传感器发生的形变便会导致石墨烯传感器自身的电阻值发生变化，最终使得整个石墨烯传感器呈现出不同的电阻。其中，石墨烯传感器自身的电阻值发生的变化即为检测到的用户的脉搏信息。

压电转换电路与石墨烯传感器连接，将石墨烯传感器自身的电阻值发生的变化转换为第一模拟信号。具体的压电转换电路的结构如图2所示，即压电转换电路可以采用电阻分压电路。其中，石墨烯传感器在电阻分压电路中等效为一个可变电阻器，当石墨烯传感器的电阻值发生变化时，压电转换电路将石墨烯传感器变化的电阻转换为变化的电压或变化的电流。其中，压电转换电路获得的变化的电压或变化的电流即为第一模拟信号。

当然，本发明中的压电转换电路还可以为通过运放实现带预放大功能的压电转换电路。

步骤103，将所述第一模拟信号转换为数字信号。

具体在本发明中，模数转换器与压电转换电路连接，用于将压电转换电路输出的第一模拟信号转换为数字信号。

步骤104，对所述数字信号进行处理，以提取出完整的脉搏信号。

具体在本发明中，处理器与模数转换器连接，用于对所述数字信号进行处理，以提取出完整的脉搏信号。

在本发明中，模数转换器输出给处理器的数字信号中不仅带有脉搏信号，还会带有干扰信号，因此本发明首先需要对数字信号进行处理，以去除掉干扰信号，而只提取出完整的脉搏信号，以此保证脉搏检测的准确度。

具体地，如图5所示，步骤104具体包括：

步骤1041，对所述数字信号进行过滤，以提取出第一脉搏信号；

在本发明中，本发明针对脉搏信号的特点和数字信号处理理论，设计具有针对性的数字滤波算法，对模数转换器输出的数字信号进行过滤处理，即过滤掉干扰信号，提取出第一脉搏信号。

在实际应用过程中，干扰信号可以分为大噪声信号和小噪声信号。其中，大噪声信号可能是由误触碰产生，或者测量过程中不期望的动作使得石墨烯传感器产生不希望的形变导致的，小噪声信号可以包括电路器件的本征噪声，量化噪声等噪声。但是无论是大噪声信号还是小噪声信号，其干扰信号的频率一般大于5Hz。而本发明中脉搏信号的频率不大于5Hz，因此本发明基于脉搏信号的频率不大于5Hz的频率特征进行设计，将频率大于5Hz的信号进行过滤即可将第一脉搏信号从干扰信号中提取出来。具体地，本发明可以利用数字滤波器来实现对数字信号的过滤处理，其可以使用无限冲击响应(IIR)或有限冲击响应(FIR)方法实现。

步骤1042，对所述第一脉搏信号依次进行识别处理、平滑处理、放大处理，以得到所述完整的脉搏信号。

具体在本发明中，数字信号经过过滤处理后，该处理后的数字信号中携带的大部分干扰信号都被过滤掉了，其只剩下频率不大于5Hz的第一脉搏信号。此时本发明还需要从剩下的频率不大于5Hz的第一脉搏信号中识别出完整的脉搏信号，因此，本发明根据脉搏信号的特征设计脉搏信号的识别算法，以实现将完整的脉搏信号从剩下的频率不大于5Hz的第一脉搏信号中识别提取出来。

具体地，脉搏信号具有固定的频率范围，通过对抓取信号进行时域频域变换，对得到的频域特性进行分析，就可以识别出是否存在脉搏信号，以此实现对第一脉搏信号的识别提取。

进一步，由于提取后的第一脉搏信号的波形并不是连续的，其有的地方甚至发生缺失或突变情况，因此本发明需要进一步对第一脉搏信号进行平滑处理，使其成为一个完整正常的波形。

而更进一步的，由于用户脉搏跳动引起的石墨烯传感器的形变本身很微弱，此处得到的第一脉搏信号的动态范围会非常小，不便于后续使用，因此本发明进一步对第一脉搏信号进行放大处理。

因此，本发明中的第一脉搏信号依次经过识别处理、平滑处理和放大处理后，最终获得完整的脉搏信号。

步骤105，将所述完整的脉搏信号转换为第二模拟信号。

具体在本发明中，数模转换器与所述处理器连接，用于将所述完整的脉搏信号转换为第二模拟信号。

步骤106，将所述第二模拟信号输出显示。

具体在本发明中，显示器与数模转换器连接，用于将所述第二模拟信号输出显示。

在本发明中，本发明对于显示器的结构形式不做限制。作为优选地，本发明可以使用0.96寸OLED屏，其分辨率为128*64，即每行128个点，每列64个点，并采用横屏显示的方式。由于一个脉搏信号的波形持续时间为0.5-2秒，为了在显示器600上能够清楚地显示最少一个完整的波形，且显示速度能够让人看清，故显示器600每次显示2秒的波形。将IIR算法处理后的数据以64Hz进行等时间间隔抽样，每秒抽64个点，将这些点从左到右依次显示到OLED屏上，显示满128个点后进行清除显示，再从左到右依次显示，这样就实现了周而复始不停的循环显示。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种脉搏检测系统和方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种脉搏检测系统，其特征在于，包括：

用于检测用户脉搏信息的石墨烯传感器；

与所述石墨烯传感器连接，用于将所述石墨烯传感器检测到的脉搏信息转换为第一模拟信号的压电转换电路；

与所述压电转换电路连接，用于将所述第一模拟信号转换为数字信号的模数转换器；

与所述模数转换器连接，用于对所述数字信号进行处理，以提取出完整的脉搏信号的处理器；

与所述处理器连接，用于将所述完整的脉搏信号转换为第二模拟信号的数模转换器；

与所述数模转换器连接，用于将所述第二模拟信号输出显示的显示器。

2.根据权利要求1所述的脉搏检测系统，其特征在于，所述处理器包括：

对所述数字信号进行过滤，以提取出第一脉搏信号的数字滤波电路；

对所述第一脉搏信号依次进行识别处理、平滑处理、放大处理，以得到所述完整的脉搏信号的脉搏信号识别处理电路。

3.根据权利要求1所述的脉搏检测系统，其特征在于，所述压电转换电路包括：电阻分压电路。

4.根据权利要求1-3任一项所述的脉搏检测系统，其特征在于，

所述石墨烯传感器贴合在所述用户的手腕的寸关尺处。

5.一种脉搏检测方法，其特征在于，应用于上述权利要求1-4任一项所述的脉搏检测系统中，所述方法包括：

利用石墨烯传感器检测用户的脉搏信息；

将所述石墨烯传感器检测到的脉搏信息转换为第一模拟信号；

将所述第一模拟信号转换为数字信号；

对所述数字信号进行处理，以提取出完整的脉搏信号；

将所述完整的脉搏信号转换为第二模拟信号；

将所述第二模拟信号输出显示。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对所述数字信号进行处理，以提取出完整的脉搏信号包括：

对所述数字信号进行过滤，以提取出第一脉搏信号；

对所述第一脉搏信号依次进行识别处理、平滑处理、放大处理，以得到所述完整的脉搏信号。