CN105581788B - 具有校正功能的血管感测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有校正功能的血管感测装置，包含有一模拟处理电路、一讯号产生电路以及一直流电压侦测电路。该模拟处理电路具有一光感测模块。该光感测模块之一感光组件根据一反射光讯号产生包含一皮肤特征讯号与一血管特征讯号的一模拟讯号。该皮肤特征讯号与该血管特征讯号分别对应用户的皮肤特征和血管特征。该讯号产生电路电连接于该模拟处理电路，用以将该模拟讯号转换为一补偿讯号。该直流电压侦测电路电连接于该讯号产生电路。该直流电压侦测电路依据该补偿讯号补偿该模拟处理电路，以减少该模拟讯号内的该皮肤特征讯号。

Description

具有校正功能的血管感测装置
技术领域
本发明涉及血管感测技术领域，尤其涉及具有校正功能的血管感测装置。
背景技术
随着科技的进步，运动、健身及保健相关产品带领穿戴式装置的发展趋势。穿戴式装置具有轻巧便利的特性，便于使用者随身携带以随时操作其应用程序。由于穿戴式装置是贴附在人体表面组织上，例如手腕，穿戴式装置还能够配设生物特征传感器，用以随时监测使用者的生理和/或心理状况。举例来说，生物特征传感器可以是血管传感器，穿戴式装置利用血管传感器侦测用户的心律资料、呼吸节奏等参数，并显示在屏幕上供用户参考。然而血管组织是深埋在皮肤表层底下，不同使用者会有不同的皮肤颜色、皮肤粗糙度、或皮脂层厚度，传统血管传感器的精确度不佳，难以有效分辨这些皮肤表层特征的差异而正确过滤出所需的血管特征参数。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种，旨在解决传统血管传感器的精确度不佳的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种具有校正功能的血管感测装置，包含有：一模拟处理电路，具有一光感测模块，该光感测模块之一感光组件根据一反射光讯号产生包含一皮肤特征讯号与一血管特征讯号的一模拟讯号，其中该皮肤特征讯号对应一用户的皮肤特征，该血管特征讯号对应该用户的血管特征；一讯号产生电路，电连接于该模拟处理电路，用以将该模拟讯号转换为一补偿讯号；以及一直流电压侦测电路，电连接于该讯号产生电路，该直流电压侦测电路依据该补偿讯号补偿该模拟处理电路，以减少该模拟讯号内的该皮肤特征讯号。
优选地，该光感测模块还具有一开关，电连接于该感光组件与该讯号产生电路之间，该直流电压侦测电路改变该开关的闸极电压以控制通过该开关的讯号量，藉此补偿该模拟处理电路。
优选地，该直流电压侦测电路是降低该闸极电压以扣除一直流电压值，藉此减少该模拟讯号内的该皮肤特征讯号。
优选地，该光感测模块还具有一开关以及一充电电容，该开关电连接于该充电电容、该感光组件与该讯号产生电路之间，该直流电压侦测电路改变该开关的闸极电压以控制该充电电容的充电程度，藉此补偿该模拟处理电路。
优选地，该直流电压侦测电路是开启该开关对该充电电容充电，藉此扣除一直流电压值来减少该模拟讯号内的该皮肤特征讯号。
优选地，该模拟处理电路还具有一增益模块，电连接于该光感测模块与该讯号产生电路之间，该直流电压侦测电路改变该增益模块之一补偿电容的补偿电压值以控制该增益模块对该模拟讯号的增益量，进而补偿该模拟处理电路。
优选地，该直流电压侦测电路利用该补偿电容降低该增益模块对该模拟讯号的增益量，以减少该模拟讯号内的该皮肤特征讯号。
优选地，该开关是一N型金氧半晶体管、一P型金氧半晶体管或一传输闸。
优选地，该光感测模块还包含一发光组件，用来发射一光讯号到该用户，该感光组件是利用该光讯号经由该用户形成的该反射光讯号产生该模拟讯号。
本发明的血管感测装置在侦测不同肤色表面组织时，能够自动扣除组织表层因皮肤特征讯号造成的冗余干扰电压值，提高血管特征讯号在模拟处理电路输出端的模拟讯号中的比例。本发明使用直流电压侦测电路动态校正模拟处理电路，模拟处理电路预先扣除皮肤特征讯号才会输出模拟讯号，故模拟讯号的数据量可大幅缩小，降低血管感测装置中其它电子组件的运算/转换规格需求，使血管感测装置兼具低功耗、小面积及高感测精度的优点。
附图说明
图1为本发明第一实施例之血管感测装置之示意图；
图2为本发明第二实施例之血管感测装置之示意图；
图3为本发明第三实施例之血管感测装置之示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，图1为本发明第一实施例之血管感测装置10之示意图。血管感测装置10包含模拟处理电路12、讯号产生电路14以及直流电压侦测电路16。血管感测装置10通常应用在智能型手机、智能型手表或其它穿戴式平台，其是利用模拟处理电路12以非侵入式光感技术去感测使用者(待测人体)表面组织而产生对应的模拟讯号，且模拟讯号会同时包含组织表层的皮肤特征讯号和组织底层的血管特征讯号。其中，皮肤特征讯号对应于用户的皮肤特征，例如肤色或粗糙度；血管特征讯号则对应用户的血管特征，例如血管收缩变化量。对于血管感测装置10来说，模拟讯号中的皮肤特征讯号是冗余噪声。
根据种族和/或生活习惯的差异，不同使用者会有不同的皮肤特征讯号，例如深肤色用户的皮肤特征讯号在模拟讯号中所占比例较大，浅肤色用户的皮肤特征讯号在模拟讯号中所占比例较小。若模拟处理电路12取得的模拟讯号内皮肤特征讯号比例过大，血管感测装置10将难以辨析其中的血管特征讯号，无法提供正确的心律数据及对应的情绪和/或压力指数供使用者参考。因此，血管感测装置10是利用讯号产生电路14将模拟处理电路12的模拟讯号转换为补偿讯号。在感测到不同肤色的表面组织时，直流电压侦测电路16可依据补偿讯号去动态补偿模拟处理电路12，扣除模拟讯号内的皮肤特征讯号，以减低皮肤色彩或粗糙度对血管感测结果的干扰。
在第一实施例中，模拟处理电路12具有光感测模块18与增益模块20。光感测模块18可使用非侵入式光感技术，例如光容积(photoplethysmogram)技术等，藉由渗透到皮肤底下的光讯号去感测因为血管收缩所导致的光变化，并产生对应模拟讯号。举例来说，光感测模块18包含感光组件24，一个光讯号的波长范围对应于感光组件24的感测范围。光讯号通常为不可见光讯号以避免环境背景的噪声干扰。该光讯号被发射到用户的表面组织，且感光组件24能够根据光讯号在用户表面组织形成的反射光讯号产生感光讯号。其中感光讯号含有用户皮肤特征讯号和血管特征讯号的对应参数。
增益模块20电连接于光感测模块18和讯号产生电路14之间，用来放大光感测模块18的感光讯号，并由模拟处理电路12的输出端产生对应的模拟讯号；讯号产生电路14电连接于模拟处理电路12与直流电压侦测电路16之间，用来将模拟处理电路12的模拟讯号转换成补偿讯号供直流电压侦测电路16使用。讯号产生电路14可为模拟数字转换器，能将模拟讯号转换成数字型态的补偿讯号。为了减低皮肤特征讯号对血管感测结果的干扰，第一实施例是在光感测模块18设置一个第一开关26，电连接在感光组件24与讯号产生电路14之间。血管感测装置10利用直流电压侦测电路16动态补偿第一开关26的闸极电压，藉由改变其闸极电压来控制通过第一开关26的感光讯号量。例如，直流电压侦测电路16可用以降低第一开关26的闸极电压，减少感光讯号通过第一开关26的流量，以对应扣除(或减少比例)隶属于皮肤特征讯号的直流电压值，完整保留模拟处理电路12输出的模拟讯号中所需的血管特征讯号。
请参阅图2，图2为本发明第二实施例之血管感测装置10’之示意图。第二实施例中，与第一实施例具有相同编号之组件具有相同的结构与功能，于此不再重复说明。血管感测装置10’之光感测模块18’还具有第二开关28以及充电电容30，第二开关28电连接在充电电容30、感光组件24与讯号产生电路14之间。直流电压侦测电路16是改变第二开关28的闸极电压以控制充电电容30的充电程度，以达到动态补偿模拟处理电路12的目的。详细来说，直流电压侦测电路16能够开启第二开关28对充电电容30进行充电，部分的感光讯号在通过节点A时会经由第二开关28流向充电电容30，意即感光讯号中对应于皮肤特征讯号的直流电压值会被扣除(或减少比例)。第二开关28的开启程度越大，感光讯号被扣除的数值越大，模拟处理电路12输出端的模拟讯号才能够完整保留(或大比例地保留)重要的血管特征讯号。
请参阅图3，图3为本发明第三实施例之血管感测装置10”之示意图。第三实施例中，与前述实施例具有相同编号之组件具有相同的结构与功能，于此不再重复说明。增益模块20’会同步放大模拟讯号中的血管特征讯号及皮肤特征讯号。为了从模拟讯号减少冗余的皮肤特征讯号，第三实施例是在增益模块20’内设置补偿电容32，血管感测装置10”利用直流电压侦测电路16改变补偿电容32的补偿电压值，藉此控制增益模块20’对模拟讯号的增益量。在模拟讯号的增益过程中，虽然皮肤特征讯号和血管特征讯号的增益相当，但透过补偿电容可扣除皮肤特征讯号值，故血管感测装置10”可藉由改变模拟讯号的增益量，达到减少皮肤特征讯号对血管感测结果形成干扰之目的。
综合来说，本发明的血管感测装置在侦测不同肤色表面组织时，能够自动扣除组织表层因皮肤特征讯号造成的冗余干扰电压值，提高血管特征讯号在模拟处理电路输出端的模拟讯号中的比例。第一实施例的直流电压侦测电路操作电连接于感光组件的第一开关，限制第一开关的讯号流通量以从感光组件的感光讯号扣除对应皮肤特征讯号的直流电压值；第二实施例的直流电压侦测电路另操作电连接于充电电容的第二开关，藉由调整第二开关的开启程度决定充电电容的充电量，以对应扣除特定直流电压值。其中第一与第二实施例的开关可为N型金氧半晶体管、P型金氧半晶体管或传输闸。第三实施例的直流电压侦测电路则是藉由控制增益模块的增益量，达到扣除或减少模拟讯号内皮肤特征讯号的目的。因此，本发明使用直流电压侦测电路动态校正模拟处理电路，模拟处理电路预先扣除皮肤特征讯号才会输出模拟讯号，故模拟讯号的数据量可大幅缩小，降低血管感测装置中其它电子组件的运算/转换规格需求，使血管感测装置兼具低功耗、小面积及高感测精度的优点。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种具有校正功能的血管感测装置，其特征在于，所述具有校正功能的血管感测装置，包含有：
一模拟处理电路，具有一光感测模块，该光感测模块之一感光组件根据一反射光讯号产生包含一皮肤特征讯号与一血管特征讯号的一模拟讯号，其中该皮肤特征讯号对应一用户的皮肤特征，该血管特征讯号对应该用户的血管特征；
一讯号产生电路，电连接于该模拟处理电路，用以将该模拟讯号转换为一补偿讯号；以及
一直流电压侦测电路，电连接于该讯号产生电路，该直流电压侦测电路依据该补偿讯号补偿该模拟处理电路，以减少该模拟讯号内的该皮肤特征讯号；
该光感测模块还具有一开关，电连接于该感光组件与该讯号产生电路之间，该直流电压侦测电路改变该开关的闸极电压以控制通过该开关的讯号量，藉此补偿该模拟处理电路。
2.如权利要求1所述之血管感测装置，其特征在于，该直流电压侦测电路是降低该闸极电压以扣除一直流电压值，藉此减少该模拟讯号内的该皮肤特征讯号。
3.如权利要求1所述之血管感测装置，其特征在于，该模拟处理电路还具有一增益模块，电连接于该光感测模块与该讯号产生电路之间，该直流电压侦测电路改变该增益模块之一补偿电容的补偿电压值以控制该增益模块对该模拟讯号的增益量，进而补偿该模拟处理电路。
4.如权利要求3所述之血管感测装置，其特征在于，该直流电压侦测电路利用该补偿电容降低该增益模块对该模拟讯号的增益量，以减少该模拟讯号内的该皮肤特征讯号。
5.如权利要求1所述之血管感测装置，其特征在于，该开关是一N型金氧半晶体管、一P型金氧半晶体管或一传输闸。
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