CN107525626A - 用于生理压力传感器动态特性测试的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于生理压力传感器动态特性测试的装置，包括压力腔、生理压力传感器、标准压力传感器、静压加载装置和液体抽注装置，且生理压力传感器和标准压力传感器均连接有信号调理装置，信号调理装置连接有数据采集卡，信号调理装置、数据采集卡、静压加载装置和液体抽注装置均连接有计算机；压力腔的两端分别连接有弹性隔膜一、弹性隔膜二、电磁振动装置一和电磁振动装置二。本发明的动态特性测试装置具有结构简单可靠，易于实现的优点，另外，本发明不仅可以实现固定频率下生理压力传感器动态特性测量，还可以实现以扫频方式来测试生理压力传感器在整个频率范围的动态特性。

Description

用于生理压力传感器动态特性测试的装置及方法

技术领域

本发明涉及传感器测试技术领域技术领域，具体来说，涉及一种用于生理压力传感器动态特性测试的装置及方法。

背景技术

人体内的生理压力，如血压、颅内压等由于受到呼吸、心跳、外界刺激等作用，其压力值并不会是一个固定的数值，生理压力中既包括非周期变化压力静力，也包括周期变化的动压，波形中所含的频率成分比较多。生理压力传感器作为一种医用的传感器，必须要具有足够宽的频率响应范围，并且其固有频率要远远高于生理压力中的最高频率范围，因此需要对生理压力传感器的动态特性进行测试。测试生理压力传感器动态特性的核心装置是正弦压力发生器，但是国内外的正弦压力发生器结构通常比较复杂，加工精度较高，测试时通常逐个测试各个频率时的动态特性。本发明设计的正弦压力发生器结构简单，易于制造，不仅可以实现固定频率下生理压力传感器动态特性的测量，还可以实现以扫频方式来测试生理压力传感器在整个频率范围的动态特性。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种用于生理压力传感器动态特性测试的装置及方法，能够克服现有技术的上述不足。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于生理压力传感器动态特性测试的装置，包括压力腔，所述压力腔中分别安装有生理压力传感器和标准压力传感器；所述的压力腔通过连接孔连接有静压加载装置和液体抽注装置，其中所述生理压力传感器和标准压力传感器对称安装在压力腔两侧的同等高度处，且所述生理压力传感器和标准压力传感器均连接有信号调理装置，所述的信号调理装置连接有数据采集卡，所述的信号调理装置、数据采集卡、静压加载装置和液体抽注装置均连接有计算机；所述压力腔的两端分别密封连接有弹性隔膜一和弹性隔膜二，所述弹性隔膜一的外侧连接有电磁振动装置一，所述弹性隔膜二的外侧连接有电磁振动装置二，所述的电磁振动装置一和电磁振动装置二均通过功率放大器连接有正弦信号发生器，所述的正弦信号发生器与所述计算机连接，所述的压力腔通过恒温装置与所述计算机连接。

进一步的，所述的计算机为计算机。

进一步的，所述的电磁振动装置一连接有电磁振动装置推板一，所述的电磁振动装置推板一贴合连接在所述弹性隔膜一的外侧。

进一步的，所述的电磁振动装置二连接有电磁振动装置推板二，所述的电磁振动装置推板二贴合连接在所述弹性隔膜二的外侧。

进一步的，所述静压加载装置与压力腔连接的管路上设有电磁开关阀一。

进一步的，所述液体抽注装置与压力腔连接的管路上设有电磁开关阀二。

进一步的，所述生理压力传感器包括血压传感器和颅内压传感器。

进一步的，所述的电磁振动装置一和电磁振动装置二为振动喇叭和音圈电机。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于生理压力传感器动态特性测试的方法，包括如下步骤：

S1：安装标准压力传感器和生理压力传感器，并在安装完成后打开电源；

S2：通过液体抽注装置向压力腔中注入一定体积的液体，通过静压加载装置向压力腔内加载一定的静压，并通过恒温装置设定温度值；

S3：设置数据采集卡的输入电压范围和采样频率，并设置信号调理装置的放大倍数；

S4：计算机控制正弦信号发生器产生固定频率的正弦压力波或者产生相位连续频率不断变化的正弦压力波，经功率放大器放大后加载到电磁振动装置一和电磁振动装置二；

S5：测量生理压力传感器的动态特性；

S6：生成生理压力传感器的动态特性报告；

S7：通过静压加载装置卸载压力腔中的静压，通过液体抽注装置抽出压力腔中的液体，并关闭电源；

S8：取出标准压力传感器和生理压力传感器即完成动态特性测试。

进一步的，步骤S5具体为：

S5.1：将生理压力传感器和标准压力传感器在测试频率下的压力值序列取2的幂次方个数据点；

S5.2：将取出的数据点加窗函数后进行快速傅立叶变化，并提取出测试频率下的幅值和相位；

S5.3：分别计算生理压力传感器和标准压力传感器的幅值比和相位差，即得到生理压力传感器在测试频率下的幅频特性和相频特性。

本发明的有益效果：本发明的动态特性测试装置具有结构简单可靠，易于实现的优点，另外，本发明不仅可以实现固定频率下生理压力传感器动态特性测量，还可以实现以扫频方式来测试生理压力传感器在整个频率范围的动态特性。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的一种用于生理压力传感器动态特性测试的装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例所述的压力腔部分的结构示意图；

图3是扫频方式测量生理压力传感器的流程图；

图4是压力腔中为气体，加载一定静压，正弦信号发生器频率为30Hz，采样频率为384Hz时标准压力传感器测量的正弦压力波；

图5是压力腔中为气体，加载一定静压，利用扫频法得出的幅频特性曲线；

图6是压力腔中注入一定体积液体，加载一定静压，正弦信号发生器频率为30Hz，采样频率为384Hz时标准压力传感器测量的正弦压力波；

图7是压力腔中注入一定体积液体，加载一定静压，利用扫频法得出的幅频特性曲线；

图8是压力腔中为空气时测试的某颅内压传感器样品的动态特性曲线；

图9是压力腔中为注入一定体积液体时测试的某颅内压传感器样品的动态特性曲线；

图中：1、生理压力传感器；2、标准压力传感器；3、电磁振动装置一；4、电磁振动装置二；5、电磁振动装置推板一；6、电磁振动装置推板二；7、弹性隔膜一；8、弹性隔膜二；9、固定板一；10、压力腔；11、固定板二；12、静压加载装置；13、液体抽注装置；14、恒温装置；15、功率放大器；16、正弦信号发生器；17、计算机；18、数据采集卡；19、信号调理装置。

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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，根据本发明实施例所述的一种用于生理压力传感器动态特性测试的装置，包括压力腔10，所述压力腔10中分别安装有生理压力传感器1和标准压力传感器2；所述的压力腔10通过连接孔连接有静压加载装置12和液体抽注装置13，其中所述生理压力传感器1和标准压力传感器2对称安装在压力腔10两侧的同等高度处，且所述生理压力传感器1和标准压力传感器2均连接有信号调理装置19，所述的信号调理装置19连接有数据采集卡18；所述压力腔10的两端分别密封连接有弹性隔膜一7和弹性隔膜二8，所述弹性隔膜一7的外侧连接有电磁振动装置一3，所述弹性隔膜二8的外侧连接有电磁振动装置二4，所述的电磁振动装置一3和电磁振动装置二4均通过功率放大器15连接有正弦信号发生器16，所述的正弦信号发生器16、信号调理装置19、数据采集卡18、静压加载装置12和液体抽注装置13均连接有计算机17，所述的压力腔10通过恒温装置14与所述计算机17连接。

在一具体实施例中，所述的弹性隔膜一7通过固定板一9固定在所述压力腔10的一端；所述的弹性隔膜二8通过固定板二11固定在所述压力腔10的另一端。

在一具体实施例中，所述的电磁振动装置一3连接有电磁振动装置推板一5，所述的电磁振动装置推板一5贴合连接在所述弹性隔膜一7的外侧。

在一具体实施例中，所述的电磁振动装置二4连接有电磁振动装置推板二6，所述的电磁振动装置推板二6贴合连接在所述弹性隔膜二8的外侧。

在一具体实施例中，所述静压加载装置12与压力腔10连接的管路上设有电磁开关阀一。

在一具体实施例中，所述液体抽注装置13与压力腔10连接的管路上设有电磁开关阀二。

在一具体实施例中，所述生理压力传感器1包括血压传感器和颅内压传感器。

在一具体实施例中，所述的电磁振动装置一3和电磁振动装置二4为振动喇叭和音圈电机。

本发明还提供一种用于生理压力传感器动态特性测试的方法，包括如下步骤：

S1：安装标准压力传感器2和生理压力传感器1，并在安装完成后打开电源；

S2：通过液体抽注装置13向压力腔10中注入一定体积的液体，通过静压加载装置12向压力腔10内加载一定的静压，并通过恒温装置14设定温度值；

S3：设置数据采集卡18的输入电压范围和采样频率，并设置信号调理装置19的放大倍数；

S4：计算机控制正弦信号发生器16产生固定频率的正弦压力波或者产生相位连续频率不断变化的正弦压力波，经功率放大器15放大后加载到电磁振动装置一3和电磁振动装置二4；

S5：测量生理压力传感器1的动态特性；

S6：生成生理压力传感器1的动态特性报告；

S7：通过静压加载装置12卸载压力腔中的静压，通过液体抽注装置13抽出压力腔10中的液体，并关闭电源；

S8：取出标准压力传感器2和生理压力传感器1即完成动态特性测试。

在一具体实施例中，步骤S5具体为：

S5.1：将生理压力传感器1和标准压力传感器2在测试频率下的压力值序列取2的幂次方个数据点；

S5.2：将取出的数据点加窗函数后进行快速傅立叶变化，并提取出测试频率下的幅值和相位；

S5.3：分别计算生理压力传感器1和标准压力传感器2的幅值比和相位差，即得到生理压力传感器1在测试频率下的幅频特性和相频特性。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

在具体使用时，根据本发明所述的一种用于生理压力传感器动态特性测试的装置，包括压力腔中有四个安装孔，分别为生理压力传感器安装孔1，标准压力传感器安装孔2，静压加载装置与压力腔连接孔和液体抽注装置与压力腔连接孔，压力腔的两端分别密封连接有弹性隔膜一7和弹性隔膜二8，弹性隔膜一和弹性隔膜二弹性较好，用来将压力腔与外界隔开，实现压力腔的密封，避免产生压力泄露，与电磁振动装置直接贴合，压力腔、弹性隔膜一和弹性隔膜二、电磁振动装置一和电磁振动装置二构成正弦压力发生器，用来产生正弦压力波，正弦压力发生器由计算机控制，计算机控制正弦信号发生器产生一定频率和幅值的正弦电压，经功率放大器放大后加载到电磁振动装置，电磁振动装置由于与弹性隔膜相贴合，因此将挤压弹性隔膜，使正弦压力发生器压力腔中的气体体积按照正弦规律变化，从而在正弦压力发生器压力腔中产生相同频率的正弦压力波，电磁振动装置一和电磁振动装置二用来产生直线正弦运动，包括但不限于振动喇叭、继电器音圈电机等电磁类直线运动结构；生理压力传感器1和标准压力传感器2在同等高度对称安装在压力腔两侧，静压加载装置通过连接孔12将静态压力加载到压力腔中，液体抽注装置通过连接孔13将液体注入到压力腔中，当液体抽注装置未向压力腔中注入液体时，可以测量生理压力传感器在空气中的动态特性；当液体抽注装置向压力腔中注入的液体淹没生理压力传感器和标准压力传感器时，可以测量生理压力传感器在液体中的动态特性。

生理压力传感器是需要测量的压力传感器。标准压力传感器是作为生理压力传感器的参照传感器，必须为标准级压力传感器。生理压力传感器和标准压力传感器需在同等高度对称安装在压力腔中，生理压力传感器和标准压力传感器的压感面之间的距离要小于压力波波长的1/100，同时保证安装后压力腔密封性良好。

静压加载装置通过管路和电磁开关阀与压力腔连接，电磁开关阀与压力腔之间的管路尽可能短，静压加载装置的作用是向压力腔中加载大小稳定的静态压力，可以通过计算机来设定压力值。

液体抽注装置通过管路和电磁开关阀与压力腔连接，电磁开关阀与压力腔之间的管路尽可能短，液体抽注装置的作用是向压力腔中注入或者抽取一定体积的液体，使压力腔中的液体体积保持恒定，可以通过计算机来设定注入或者抽取的液体体积。当液体抽注装置未向压力腔中注入液体时，可以测量生理压力传感器在空气中的动态特性；当液体抽注装置向压力腔中注入的液体淹没生理压力传感器和标准压力传感器时，可以测量生理压力传感器在液体中的动态特性。

恒温装置的作用是使压力腔保持恒温，以便测量生理压力传感器在不同温度点的动态特性，可以通过计算机来控制温度。正弦信号发生器是用来产生频率幅值相位可调的正弦电压，可以通过计算机来控制幅值和相位。功率放大器用来将正弦信号发生器产生的正弦电压进行功率放大后加载到电磁振动装置一和电磁振动装置二。信号调理装置的作用是将标准压力传感器和生理压力传感器的微弱电压响应信号放大到合适的电压范围内。数据采集卡的作用是将信号调理后的输出信号同步采集并进行A/D转换，采样频率必须至少为测试最高频率的两倍，通常选择五到十倍以上，采样通道数不小于两个。

计算机是整个动态特性测试系统的控制核心，其作用如下：

1）控制正弦压力发生器中产生一定频率和幅值的正弦压力；

2）控制静压加载装置在压力腔中加载一定的静压；

3）控制液体抽注装置向压力腔中注入一定量的液体；

4）控制恒温装置产生一定的温度；

5）读取数据采集卡转换后的A/D转换值；

6）当生理压力传感器灵敏度已知时，可以通过标准压力传感器和生理压力传感器调理信号的放大倍数计算出传感器测量的压力值；当生理压力传感器灵敏度未知时，以电压值替代；

7）计算生理压力传感器在所测试频率下的动态特性，计算步骤主要为：将生理压力传感器和标准压力传感器在测试频率下的压力值序列取2的幂次方个数据点，然后将此序列加窗函数后进行快速傅立叶变化，并提取出测试频率下的幅值和相位，最后分别计算生理压力传感器和标准压力传感器的幅值比和相位差，即得到生理压力传感器在测试频率下的幅频特性和相频特性。当采用固定频率点测量时，可以将各个测试频率的动态特性绘制成一条动态特性曲线；当采用扫频方式测量时，如图3所示，可以根据采样频率将采集到的压力序列中不同频率的压力序列分段提取出，之后计算各个频率点生理压力传感器动态特性。当生理压力传感器灵敏度未知时，以电压值替代计算后得到的多个频率下的幅频特性可以作如下处理：将所有幅频特性值序列除以前4~6个幅频特性值的平均值，得到处理后的幅频特性值序列，图4-9为本申请在不同条件下向压力腔中注入液体或者压力时得到的图像。

计算机设置信号调理装置的放大倍数，生理压力传感器和标准压力传感器的响应信号经过信号调理放大后由数据采集卡采集，并最终由计算机读取，计算机计算出生理压力传感器在所测试频率下的动态特性；计算机控制正弦信号发生器中产生固定频率的正弦压力波时，可以实现该频率下的动态特性测量；控制正弦信号发生器中产生相位连续频率不断变化的正弦压力波时，可以实现以扫频方式来测试生理压力传感器在整个频率范围的动态特性。

本发明通过计算机控制静压加载装置、液体抽注装置和恒温装置使压力腔中产生一定的静压、注入一定体积的液体（也可以不注入液体）和保持一定的温度，通过计算机设置信号调理装置放大倍数后控制正弦信号发生器产生一定频率和幅值的正弦电压，经功率放大器放大后加载到电磁振动装置，使正弦压力发生器产生同频率和一定幅值的正弦压力波作为生理压力传感器和标准压力传感器的激励源，生理压力传感器和标准压力传感器的响应信号经过信号调理装置放大后由数据采集卡采集，并最终由计算机读取，计算机计算出生理压力传感器在所测试频率下的幅频特性和相频特性。

综上所述，本发明的动态特性测试装置具有结构简单可靠，易于实现的优点，另外，本发明不仅可以实现固定频率下生理压力传感器动态特性测量，还可以实现以扫频方式来测试生理压力传感器在整个频率范围的动态特性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于生理压力传感器动态特性测试的装置，其特征在于，包括压力腔（10），所述压力腔（10）中分别安装有生理压力传感器（1）和标准压力传感器（2）；所述的压力腔（10）通过连接孔连接有静压加载装置（12）和液体抽注装置（13），其中所述生理压力传感器（1）和标准压力传感器（2）对称安装在压力腔（10）两侧的同等高度处，且所述生理压力传感器（1）和标准压力传感器（2）均连接有信号调理装置（19），所述的信号调理装置（19）连接有数据采集卡（18）；所述压力腔（10）的两端分别密封连接有弹性隔膜一（7）和弹性隔膜二（8），所述弹性隔膜一（7）的外侧连接有电磁振动装置一（3），所述弹性隔膜二（8）的外侧连接有电磁振动装置二（4），所述的电磁振动装置一（3）和电磁振动装置二（4）均通过功率放大器（15）连接有正弦信号发生器（16），所述的正弦信号发生器（16）、信号调理装置（19）、数据采集卡（18）、静压加载装置（12）和液体抽注装置（13）均连接有计算机（17），所述的压力腔（10）通过恒温装置（14）与所述计算机（17）连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于生理压力传感器动态特性测试的装置，其特征在于，所述的弹性隔膜一（7）通过固定板一（9）固定在所述压力腔（10）的一端；所述的弹性隔膜二（8）通过固定板二（11）固定在所述压力腔（10）的另一端。

3.根据权利要求1所述的一种用于生理压力传感器动态特性测试的装置，其特征在于，所述的电磁振动装置一（3）连接有电磁振动装置推板一（5），所述的电磁振动装置推板一（5）贴合连接在所述弹性隔膜一（7）的外侧。

4.根据权利要求1所述的一种用于生理压力传感器动态特性测试的装置，其特征在于，所述的电磁振动装置二（4）连接有电磁振动装置推板二（6），所述的电磁振动装置推板二（6）贴合连接在所述弹性隔膜二（8）的外侧。

5.根据权利要求1一种用于生理压力传感器动态特性测试的装置，其特征在于，所述静压加载装置（12）与压力腔（10）连接的管路上设有电磁开关阀一。

6.根据权利要求1一种用于生理压力传感器动态特性测试的装置，其特征在于，所述液体抽注装置（13）与压力腔（10）连接的管路上设有电磁开关阀二。

7.根据权利要求1一种用于生理压力传感器动态特性测试的装置，其特征在于，所述生理压力传感器（1）包括血压传感器和颅内压传感器。

8.根据权利要求1一种用于生理压力传感器动态特性测试的装置，其特征在于，所述的电磁振动装置一（3）和电磁振动装置二（4）为振动喇叭和音圈电机。

9.一种如权利要求1-8任一所述的用于生理压力传感器动态特性测试的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：安装标准压力传感器（2）和生理压力传感器（1），并在安装完成后打开电源；

S2：通过液体抽注装置（13）向压力腔（10）中注入一定体积的液体，通过静压加载装置（12）向压力腔（10）内加载一定的静压，并通过恒温装置（14）设定温度值；

S3：设置数据采集卡（18）的输入电压范围和采样频率，并设置信号调理装置（19）的放大倍数；

S4：计算机控制正弦信号发生器（16）产生固定频率的正弦压力波或者产生相位连续频率不断变化的正弦压力波，经功率放大器（15）放大后加载到电磁振动装置一（3）和电磁振动装置二（4）；

S5：测量生理压力传感器（1）的动态特性；

S6：生成生理压力传感器（1）的动态特性报告；

S7：通过静压加载装置（12）卸载压力腔中的静压，通过液体抽注装置（13）抽出压力腔（10）中的液体，并关闭电源；

S8：取出标准压力传感器（2）和生理压力传感器（1）即完成动态特性测试。

10.一种如权利要求9所述的用于生理压力传感器动态特性测试的方法，其特征在于，步骤S5具体为：

S5.1：将生理压力传感器（1）和标准压力传感器（2）在测试频率下的压力值序列取2的幂次方个数据点；

S5.2：将取出的数据点加窗函数后进行快速傅立叶变化，并提取出测试频率下的幅值和相位；

S5.3：分别计算生理压力传感器（1）和标准压力传感器（2）的幅值比和相位差，即得到生理压力传感器（1）在测试频率下的幅频特性和相频特性。