CN107348959A - 生理信号感测装置及其开机及关机的运作方法 - Google Patents

Abstract

本发明的生理信号检测装置包括一电源控制电路、一稳压电路、一控制电路、一隔离电路及一信号处理电路。电源控制电路连接一电源。稳压电路连接电源控制电路。控制电路连接稳压电路与信号处理电路。隔离电路连接电源控制电路、控制电路及信号处理电路，且具有至少两侦测端。使用时，两侦测端之间连接一生理阻抗。在生理阻抗的一阻抗值在一阻抗范围内时，电源控制电路通过一触发路径触发稳压电路，且通过一供电路径供电至稳压电路，稳压电路供电至控制电路。触发路径与供电路径是并联连接。

Description

生理信号感测装置及其开机及关机的运作方法

技术领域

本发明是与生理信号感测装置有关，特别是指一种生理信号感测装置及其开机及关机的运作方法。

背景技术

一般EMG或ECG等生理信号检测装置在使用时，通常需先将生理信号检测装置开启后，才将多个电极片贴于人体皮肤上，或者，先将电极片贴于人体皮肤上，再行开启生理信号检测装置的电源开关。但不使用时，不仅要将贴片自人体皮肤上移除，还需关闭生理信号检测装置的开关。

目前已有利用电极片是否贴于人体皮肤作为开机及关机依据，但目前使用这种方式的生理信号检测装置需要待机电源，且当电极片相接触短路时是没有任何保护。更重要的是，目前使用电极片侦测来进行开机及关机的生理信号检测装置没有将电力与生理信号的传输路径隔离，因此，生理信号容易受到受影响。

发明内容

有鉴于上述缺点，本发明的目的在于提供一种生理信号检测装置，其是利用侦测端侦测的生理信号来进行开机及关机，并可有效分离电力及生理信号的传输路径，以减少待机电力消耗及避免生理信号被干扰。

为达成上述目的，本发明的生理信号检测装置包括一电源控制电路、一稳压电路、一控制电路、一信号处理电路及一隔离电路。电源控制电路连接一电源。稳压电路连接电源控制电路。控制电路连接稳压电路与信号处理电路。隔离电路连接电源控制电路、控制电路及信号处理电路，且具有至少两侦测端。其中，两侦测端之间连接一生理阻抗。在生理阻抗的一阻抗值在一阻抗范围内时，电源控制电路通过一触发路径触发稳压电路，且通过一供电路径供电至稳压电路，稳压电路供电至控制电路。触发路径与供电路径是并联连接。

较佳地，生理信号感测装置还包括连接电源控制电路、隔离电路、稳压电路的一短路保护电路。在生理阻抗的阻抗值小于阻抗范围的一下限阻抗值时，短路保护电路是关闭稳压电路。如此，短路保护电路能在侦测端发生短路时进行保护。

为了达成上述目的，本发明还提供一生理信号检测装置的开机及关机的运作方法，运作方法包括下列步骤：首先，一隔离电路的至少两侦测端连接一生理阻抗；接着，在生理阻抗的阻抗值在一阻抗范围内时触发一电源控制电路，以使一电源供电至一稳压电路；最后，控制隔离电路切换，以隔离电源的供电路径与生理信号的传输路径。

较佳地，运作方法还包括步骤：在生理阻抗的阻抗值大于阻抗范围的上限阻抗值时，电源控制电路不被触发。在生理阻抗的阻抗值小于阻抗范围的下限阻抗值时，关闭稳压电路。

如此，本发明的生理信号感测装置不仅可通过侦测端侦测的生理信号作为开机及关机依据，更能避免生理信号被其他电路的信号干扰及对侦测端发生短路时进行保护。

有关本发明所提供的生理信号感测装置及其开机及关机的运作方法的详细构造、特点、组装或使用方式，将于后续的实施方式详细说明中予以描述。然而，在本发明领域中具有通常知识者应能了解，所述详细说明以及实施本发明所列举的特定实施例，仅是用于说明本发明，并非用以限制本发明的专利申请范围。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1是本发明的生理信号感测装置的开机及关机的运作方法的流程图。

图2是本发明的生理信号感测装置的第一实施例的电路图。

图3是本发明的生理信号感测装置的第二实施例的电路图。

图4是本发明的生理信号感测装置的第三实施例的电路图。

具体实施方式

以下，请配合各附图列举对应的较佳实施例来对本发明的生理信号感测装置及其开机及关机的运作方法的组成构件及达成功效来说明。然各附图中生理信号感测装置及其开机及关机的运作方法的构件、尺寸及外观仅用来说明本发明的技术特征，而非对本发明构成限制。

如图1所示，本发明的生理信号感测装置的开机及关机方法包括下列步骤：

步骤S11：两侦测端连接一生理阻抗。接着，步骤S12：判断生理阻抗的阻抗值是否位在一阻抗范围内，若是，执行步骤S13：依据生理阻抗触发生理信号感测装置的一电源控制电路。然后，依序执行步骤S14-S16，也就是供电给稳压电路，稳压电路在供电给控制电路，及锁定电源控制电路的电源传输路径，步骤S16中锁定电源控制电路是指电力通过旁路(Bypass)路径传输，请容后电路中详述。然后，执行步骤S17：控制隔离电路切换，以隔离该电源的供电路径与一生理信号的传输路径。随后就执行步骤S18，接收一生理信号，及步骤S19，依据生理信号判断是否正常启动，若是，则执行步骤S20，进入正常工作模式，即侦测及处理生理信号。接着，步骤S21：判断生理信号是否为背景噪声？若是背景噪声，执行步骤S22及S23，关闭隔离电路及电源控制电路，以使电力不能传送至稳压电路，如此，生理信号感测装置就被关机。步骤S19中，若判断为否，则直接执行步骤S22，以避免生理信号感测装置开机。步骤S21中，若判断为否，则回到步骤S20，如此持续超过默认的时间或周期时，则关闭电源控制电路，使生理信号感测装置无法完成开机。

因此，生理信号感测装置开机完成时，电源控制电路是先允许电源供电至稳压电路，接着，电源控制电路是隔离两侦测端与电源的供电路径。如此，生理信号感测装置在开机后，两侦测端就仅作为生理信号的感测。

当执行步骤S12，且该步骤判断为否时，会产生两个状态，分别是生理信号的阻抗值小于阻抗范围的下限阻抗值，及阻抗值大于阻抗范围的上限阻抗值。

当生理阻抗的阻抗值大于阻抗范围的一上限阻抗值(步骤S26)时，表示，两侦测端没有确实贴于人体皮肤，使得生理阻抗的阻抗值大于上限阻抗值，因此，执行步骤S27：电源控制电路不会被启动，也就是电源控制电路不会被触发，故生理信号感测装置不会开机。

当生理阻抗的阻抗值小于阻抗范围的一下限阻抗值(步骤S24)时，表示，两侦测端相接触而形成短路，使得生理阻抗的阻抗值趋近于0，也就是阻抗值低于下限阻抗值，因此，执行步骤S25：关闭稳压电路。如此，生理信号感测装置也不会开机。

举例来说，两侦测端以两电极片为例，阻抗范围是以人体阻抗为例，人体阻抗范围的下限阻抗值为15K欧姆(Ω)，上限阻抗值为1M欧姆(Ω)。两电极片确实贴于人体皮肤时，生理阻抗的阻抗值就会在阻抗范围(15KΩ-1MΩ)内。因此，生理阻抗就能触发电源控制电路，并允许电源供电至稳压电路，及隔离生理信号与电源的传输路径，表示，生理信号感测装置已完成开机，且两电极片感测人体的生理信号不会被电源污染。

虽然上述的实施例中，步骤有顺序，但实际上，步骤顺序是可以调整的，故不以本实施例所述为限。本实施例中阻抗范围是指人体阻抗，但实际上，也可以是其他生物的阻抗，故不以人体阻抗为限。又，上述中阻抗范围是15K至1M欧姆(Ω)之间，但上限阻抗值及下限阻抗值也可以是其他数值，故不以本实施例所述为限。

本发明的生理信号感测装置要关机时，仅需将两电极片与人体皮肤分离，如此，生理信号就会被判定为背景噪声，而使，生理信号感测装置被关机。

如图2所示，该图是本发明的生理信号感测装置30的第一实施例的电路图。为了实现上述的方法，本发明的生理信号感测装置30包括一电池31、一电源控制电路32、一短路保护电路33、一稳压电路34、一控制电路35、一信号处理电路36及一隔离电路37。其中，信号处理电路36已为业界周知，故于此不对其组成及运作赘述。

电池31连接电源控制电路32，本实施例中，电源是以电池为例，电源也可以是连接市电的电源供应器，故不以电池为限。

电源控制电路32连接短路保护电路33及稳压电路34，且包括一第一电子开关、一第二电子开关、一第一电阻R1、一第二电阻R2、一第三电阻R3及一第一电容C1。第一电子开关是一第一晶体管Q1，且位在电源控制电路32的一触发路径，第一晶体管Q1是P型晶体管。第二电子开关是一第二晶体管Q2及一第三晶体管Q3组成，且位在电源控制电路32的一供电路径，第二晶体管Q2是P型晶体管，第三晶体管Q3是N型晶体管。其中，触发路径与供电路径是并联连接。第一晶体管Q1的源极连接电池31的正极。第一电阻R1连接第一晶体管Q1的源极与栅极。第一晶体管Q1的栅极连接隔离电路37。第一晶体管Q1的漏极连接第二晶体管Q2的漏极及第一电容C1，且连接短路保护电路33。第二晶体管Q2的源极连接电池31的正极。第二电阻R2连接第二晶体管Q2的源极与栅极。第三晶体管Q3的漏极连接第二晶体管Q2的栅极。第三晶体管Q3的栅极串联连接第三电阻R3及节点N5，节点N5表示连接至控制电路36。第三晶体管Q3的源极连接一接地端。

短路保护电路33连接稳压电路34，且包括一第四晶体管Q4、一第四电阻R4、一第五电阻R5及一第六电阻R6。第四晶体管Q4是P型晶体管。第四电阻R4连接第一晶体管Q1的漏极及第四晶体管Q4的栅极。第五电阻R5连接第一晶体管Q1的漏极及第四晶体管Q4的源极。第六电阻R6连接第一晶体管Q1的栅极、隔离电路37及第四晶体管Q4的栅极。

稳压电路34连接控制电路35及信号处理电路36。其中，稳压电路34已为业界周知，于此不对其组成及运作赘述，又，稳压电路34可以为多个主动及被动元件组成，或选用稳压的集成电路元件。

控制电路35连接电源控制电路32及隔离电路37。本实施例中，完成开机前，控制电路35连接隔离电路37是指控制电路35连接隔离电路37的节点N1及N2。控制电路35可以是生理信号感测装置30的处理器或其他集成电路，但开机完成后，处理器输出开机完成的信号是业界所周知，故于此不再赘述。其中，图1中步骤S19-21中的判断及正常供作模式是由控制电路35或信号处理电路36来执行判断及运作。

隔离电路37连接电源控制电路32、控制电路35、信号处理电路36及两电极片371、372。本实施例中，隔离电路37的节点N3及N4是连接信号处理电路36。隔离电路37是选用一机械式继电器(Relay)，但实务中，隔离电路37也可以选用电子式继电器或其他可执行电性传输路径切换的元件或组成。

随后说明本发明的生理信号感测装置30的运作，当两电极片371、372贴于人体皮肤时，两电极片371、372是通过隔离电路37分别连接第一晶体管Q1的栅极及一接地端，因此，第一晶体管Q1的栅极串联连接人体阻抗(即生理信号的阻抗值)，以使人体阻抗的分压可以触发第一晶体管Q1，第一晶体管Q1触发稳压电路34，也就是通过触发路径触发稳压电路34，稳压电路34触发控制电路35。接着，控制电路35是触发第三晶体管Q3，以使第二晶体管Q2的导通，这样，电池31的电力就会通过导通的第二电晶Q2体传送至稳压电路34，也就是电源控制电路32以供电路径供电至稳压电路34，最后，稳压电路34供应稳定的电力至控制电路35及信号处理电路36。此时，电池31的电力不再通过第一晶体管Q1传送至稳压电路34，这是前述电力通过旁路路径传输的对应说明。

接着，控制电路35触发隔离电路37切断两电极片371、372与电源控制电路32的连接，使两电极片371、372连接至信号处理电路36，以作生理信号的感测。表示，本发明的生理信号感测装置3()已经完成开机。由于，隔离电路37切断两电极片371、372与电源控制电路32的连接，因此，电力与生理信号的传输路径是被隔离，以避免生理信号受电路噪声影响。其中，由于继电器的结构及运作原理以为业界所周知，故于此不再赘述隔离电路37的两电极片371、372与电源控制电路35及信号处理电路36的切换。

接着，当要关机时，仅需将两电极片371、372拆离人体皮肤，如此，信号处理电路36判断两电极片371、372侦测的生理信号是背景噪声，因此，控制电路35是关闭隔离电路37及电源控制电路32，以使两侦测端371、372又回复为开机前的状态，可经由连接的生理阻抗触发来进行开机。换言之，生理信号感测装置30就会被关机。

此外，当两电极片371、372相互触碰，也就是形成短路时，第一晶体管Q1的栅极是直接连接至接地端，因此，第一晶体管Q1不会被触发，需要注意的是，第四晶体管Q4会被触发，如此，第四晶体管Q4的漏极的节点电压会是低电压准位，因此，稳压电路34不会被触发，也就是稳压电路34不会输出稳定地电力，所以，生理信号感测装置30也不会被开机，来达成两电极片371、372短路保护的目的。

由于本发明的生理信号感测装置30是通过两电极片371、372是否确实贴于人体皮肤作为开机及关机的依据，因此，本发明的生理信号感测装置30是不需要待机电源，以达省电及保护电池的目的。又，生理信号感测装置30开机完成后，其可通过隔离电路37使生理信号与其他电路隔离，来避免生理信号被干扰。再者，当电极片371、372发生短路时，生理信号感测装置30是不会开机。

如图3所示，该图是本发明的生理信号感测装置50的第二实施例的电路图。第二实施例与第一实施例大致相同，相同的部分于此不再赘述。第二与第一实施例的主要差异在于，短路保护电路53包括一比较器531、一第四电阻R4及一第五电阻R5，比较器531的一正向输入端连接第一晶体管Q1的栅极及隔离电路57，比较器531的一反向输入端连接串联连接的第四电阻R4及第五电阻R5之间的节点，第四电阻R4连接第一晶体管Q1的漏极，第五电阻R5连接接地端。比较器531的一输出端连接稳压电路54。

当两电极片571、572短路时，比较器531的正向输入端的电压准位会低于反向输入端的电压准位，因此，比较器531不会触发稳压电路54，以达成两电极片571、572短路保护的目的。

如图4所示，该图是本发明的生理信号感测装置70的第三实施例的电路图。第三实施例大致与第一实施例相同，相同的部分于此不再赘述。第三与第一实施例的主要差异在于，短路保护电路73包括一第四晶体管Q4、一第五晶体管Q5、一第四电阻R4、一第五电阻R5、一第六电阻R6及一第七电阻R7。第四晶体管Q4是N型晶体管，第五晶体管Q5是P型晶体管。第四电阻R4连接第五晶体管Q5的源极及第四晶体管Q4的栅极。第五电阻R5连接第五晶体管Q5的源极及第四晶体管Q4的漏极。第六电阻R6连接隔离电路77及第四晶体管Q4的栅极。第四晶体管Q4的漏极连接第五晶体管Q5的栅极。第四晶体管Q4的源极连接接地端。第五晶体管Q5的源极连接第一晶体管Q1的漏极。第五晶体管Q5的漏极连接稳压电路74。第七电阻R7连接第五晶体管Q5的漏极及稳压电路74。

当两电极片771、772短路时，第四晶体管Q4是被触发，以使第四晶体管Q4的漏极与第五晶体管Q5的栅极之间的节点为低电压准位，故稳压电路74不会被触发。

综上所述，由于本发明的生理信号感测装置是利用两侦测端侦测的生理信号来进行开机及关机，因此，本发明的生理信号感测装置是不需要单独的开机开关。再者，本发明的生理信号感测装置还可有效判断两侦测端是短路，来避免误动作。及，在进行生理信号侦测时，本发明的生理信号感测装置可以隔离生理信号及电源控制电路，所以本发明能有效隔离生理信号与电力的传输路径，来避免生理信号受到干扰。

此外，虽然上述的实施例中隔离电路是以两侦测端(电极片)为例，但实务中，电极片的数量可以是两个以上，故不以两个为限。再者，上述的各电路中所述的晶体管、电阻及电容的数量及类型也不以此所述为限。

最后，再次强调，本发明于前揭实施例中所揭露的构成元件，仅为举例说明，并非用来限制本案的范围，其他等效元件的替代或变化，亦应为本案的权利要求范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种生理信号感测装置，包括：

一电源控制电路，连接一电源；

一稳压电路，连接该电源控制电路；

一控制电路，连接该稳压电路；

一隔离电路，连接该电源控制电路及该控制电路，且具有至少两侦测端；及

一信号处理电路，连接该稳压电路、该控制电路及该隔离电路，其中，该两侦测端连接一生理阻抗，在该生理阻抗的一阻抗值在一阻抗范围内时，该电源控制电路通过一触发路径触发该稳压电路，该电源控制电路以一供电路径供电至该稳压电路，该稳压电路供电至该控制电路，该触发路径与该供电路径并联连接。

2.如权利要求1所述的生理信号感测装置，其中，在该稳压电路供电给控制电路时，该控制电路控制该隔离电路切断该两侦测端连接该电源控制电路，使该两侦测端连接该信号处理电路。

3.如权利要求1所述的生理信号感测装置，其中，该电源控制电路包括一第一电子开关及一第二电子开关，该第一电子开关位在该触发路径上，且连接该电源、该隔离电路及该稳压电路，该第二开关位在该供电路径上，且连接该电源、该控制电路及该稳压电路，该生理信号触发该第一电子开关，以使该电源通过导通的该第一电子开关对该稳压电路供电，该控制电路触发该第二电子开关，以使该电源通过导通的第二电子开关对该稳压电路供电，并关闭该第一电子开关。

4.如权利要求1所述的生理信号感测装置，其中，在该生理阻抗的阻抗值大于该阻抗范围的一上限阻抗值时，该电源控制电路不会被触发，该电源不对该稳压电路供电。

5.如权利要求1所述的生理信号感测装置，还包括连接该电源控制电路、该隔离电路、该稳压电路的一短路保护电路，其中，在该生理阻抗的阻抗值小于该阻抗范围的一下限阻抗值时，该短路保护电路关闭该稳压电路。

6.如权利要求5所述的生理信号感测装置，其中，该短路保护电路包括一P型晶体管，该P型晶体管的栅极连接该隔离电路，该P型晶体管的源极连接该电源控制电路及该稳压电路，该P型晶体管的漏极连接一接地端。

7.如权利要求5所述的生理信号感测装置，其中，该短路保护电路包括一N型晶体管及一P型晶体管，该N型晶体管的栅极连接该隔离电路，该N型晶体管的源极连接一接地端，该N型晶体管的漏极连接该P型晶体管的栅极，该P型晶体管的源极连接该电源控制电路，该P型晶体管的漏极连接该稳压电路。

8.如权利要求5所述的生理信号感测装置，其中，该短路保护电路包括一比较器、一第一电阻及一第二电阻，该比较器的一正向输入端连接该隔离电路，该比较器的一反向输入端连接串联连接的该第一电阻及该第二电阻之间的一节点，该第一电阻连接该电源控制电路，该第二电阻连接一接地端，该比较器的一输出端连接该稳压电路。

9.一种生理信号感测装置的开机及关机的运作方法，包括下列步骤：

一隔离电路的至少两侦测端连接一生理阻抗；

在该生理阻抗的阻抗值在一阻抗范围内时触发一电源控制电路，以使一电源供电至一稳压电路；及

控制该隔离电路切换，以隔离该电源的供电路径与该生理信号传输路径。

10.如权利要求9所述的生理信号感测装置的开机及关机的运作方法，还包括下列步骤：在该生理阻抗的阻抗值大于该阻抗范围的一上限阻抗值时，该电源控制电路不被触发；及，在该生理阻抗的阻抗值小于该阻抗范围的一下限阻抗值时，关闭该稳压电路。