CN107928682B - 一种信息采集传感器以及生理参数获取装置 - Google Patents

一种信息采集传感器以及生理参数获取装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种信息采集传感器，用于采集人体手指处的生理参数，包括：第一感测模块、第二感测模块以及第三感测模块；第一感测模块由红外滤光片和辐射温度传感器组成，用于获取辐射温度；第二感测模块包括两个相同的微透镜、近红外光源、两个不同的小孔滤波器以及近红外接收器，用于获取血氧；第三感测模块包括红色光源、微透镜、红色滤光片以及光敏接收传感器，用于获取心率；所述信号采集传感器可以有效滤除噪声以及杂散光带来的干扰，准确获取心率、血氧以及辐射温度的光谱信号。本发明还提供了生理参数获取装置，对上述信息采集传感器获取的光谱信号进行处理，利用处理后的参数值计算获得血糖浓度值。

Description

一种信息采集传感器以及生理参数获取装置
技术领域
本发明涉及医疗电子技术领域，更具体地，涉及一种信息采集传感器以及生理参数获取装置。
背景技术
血氧饱和度、心率、辐射温度以及血糖这些生理参数是用来评估人体健康状况的非常重要的参考指标。其中，血氧饱和度是反映人体呼吸功能及氧含量是否正常的重要生理参数，具有极其重要的临床价值。心率是反映心脏工作状态的重要生理参数，血糖浓度是临床上治疗糖尿病的重要指标参数，所以心率和血糖浓度的检测也显得尤为重要。同时，人体辐射温度即体温也是临床治疗上的一项基本检测指标。
获取这些生理参数，一般是先利用辐射方法中的近红外技术获取血氧饱和度、心率以及辐射温度三个参数值，再利用代谢热法通过上述三个参数值计算出血糖浓度值。而目前基于近红外技术的测量装置都是使用单片机等进行电子运算，而电子运算较为耗时，效率低下。另一方面，目前基于近红外技术的测量装置不能有效地抑制参数采集过程中噪声信号带来的干扰以及杂散光等额外干扰，造成测量结果不精确。所以，如何解决上述这些问题，成为目前面临的主要挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种信息采集传感器以及生理参数获取装置，实现对血氧饱和度、心率、辐射温度以及血糖这些生理参数的采集，并保证
为实现上述目的，本发明提供了一种信息采集传感器，包括：第一感测模块、第二感测模块以及第三感测模块；
所述第一感测模块用于获取辐射温度，包括红外滤光片和辐射温度传感器，手指发出的红外辐射经过所述红外滤光片到达所述辐射温度传感器；
所述第二感测模块用于获取血氧，包括第一微透镜、第二微透镜、近红外光源、第一小孔滤波器、第二小孔滤波器以及近红外接收器；所述近红外光源发出的红外光依次经过所述第一微透镜、所述第一小孔滤波器和手指后，再经过所述第二微透镜和所述第二小孔滤波器，到达所述近红外接收器；
所述第三感测模块用于获取心率，包括红色光源、第三微透镜、红色滤光片以及光敏接收传感器，所述红色光源发出的红色光依次经过所述第三微透镜、手指和所述红色滤光片后，到达所述光敏接收传感器；所述红色光源、所述第三微透镜、所述红色滤光片以及所述光敏接收传感器在同一光轴上。
优选地，所述第二小孔滤波器的小孔的尺寸比所述第一小孔滤波器的小孔的尺寸大。
优选地，所述第一微透镜和所述第一小孔滤波器之间的距离等于所述第一微透镜的焦距，所述第二微透镜和所述第二小孔滤波器之间的距离等于所述第二微透镜的焦距，所述红色光源与所述第三微透镜之间的距离等于所述第三微透镜的焦距。
优选地，所述第一微透镜的焦距等于所述第二微透镜的焦距。
优选地，所述第一小孔滤波器是低通滤波器，用于滤除所述近红外光源发出的红外光中的高频信号；所述第二小孔滤波器是带通滤波器，用于滤除手指引入的高频噪声，只允许一定频率范围内的光波信号通过。
本发明还提供了一种生理参数获取装置，包括：上述信息采集传感器、控制处理器以及信号调理电路模块；所述信号调理电路模块设置在所述信息采集传感器和所述控制处理器之间，用于对所述信息采集传感器采集得到的光信号进行滤波处理以及模数转换；所述控制处理器用于接收所述信号调理电路模块输出的生理参数，并利用所述生理参数计算获得血糖浓度值。
优选地，该生理参数获取装置还包括键盘输入模块和显示器，所述键盘输入模块用于对所述控制处理器的处理过程进行误差修正，所述显示器用于接收所述控制处理器输出的生理参数并显示。
优选地，该生理参数获取装置还包括电源模块，所述电源模块用于为所述生理参数获取装置供电。
优选地，所述控制处理器输出的生理参数包括辐射温度、心率、血氧以及血糖浓度。
优选地，所述控制处理器还用于和所述电源模块进行通信，对所述电源模块的发热量进行监控以及控制，防止发热量过大而对上述信息采集传感器的采集结果造成影响。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：
本发明提供的信息采集传感器在获取血氧饱和度、心率以及辐射温度的过程中，引入了微透镜，它可以聚集能量，使近红外接收器充分接收所需能量，提高了信噪比。同时引入了红外滤光片和红色滤光片，可以有效滤除从外界带来的杂散光。该信息采集传感器还对光路进行优化设计，引入小孔滤波器，实现对信号外的噪声的抑制，只采集符合需要的光能量，解决了现有的参数采集装置过于依靠电子运算而造成的效率低下的问题。本发明提供的生理参数获取装置实现了对上述信息采集传感器采集获得的血氧、心率和辐射温度进行处理得到血糖参数，从而也提高了血糖检测的精度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种信息采集传感器的原理示意图；
图2为本发明实施例提供的生理参数获取装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
如图1所示，本发明实施例提供了一种信息采集传感器，它包括第一感测模块、第二感测模块以及第三感测模块。其中，第二感测模块用于获取血氧参数，由近红外光源101、第一微透镜102、第一小孔滤波器103、第二微透镜104、第二小孔滤波器105以及近红外接收器106组成。手指按照图1所示的方向伸入该信息采集传感器，手心面和手背面按照图1中指示的方向放置。近红外光源101发出的红外光依次经过第一微透镜102、第一小孔滤波器103和手指后，再经过第二微透镜104和第二小孔滤波器105，到达近红外接收器106，从而获得血氧饱和度的光谱信号。
第一小孔滤波器103的中间就是小孔，小孔尺寸相对较小，并且第一微透镜102与第一小孔滤波器103之间的距离等于第一微透镜102的焦距。第二小孔滤波器105中间的小孔尺寸比第一小孔滤波器103的小孔尺寸大，第二微透镜104与第二小孔滤波器105之间的距离等于第二微透镜104的焦距。其中，第一微透镜102的焦距等于第二微透镜104的焦距。第一微透镜102和第二微透镜104用于聚集能量，使近红外接收器106充分接收所需能量，提高信噪比。第一小孔滤波器103是低通滤波器，用于滤除近红外光源101发出的红外光中的高频信号部分。第二小孔滤波器105是带通滤波器，用于滤除手指引入的高频噪声，只允许一定频率范围内的光波信号通过。
第一感测模块用于获取辐射温度，由红外滤光片107和辐射温度传感器108组成，手指发出的红外辐射经过红外滤光片107到达辐射温度传感器108，从而获得辐射温度的光谱信号图像。由于外界带来的太阳光、灯光等杂散光入射角较大，这样在红外滤光片107上的反射率也较大，那么就可以实现有效滤除杂散光。
第三感测模块用于获取心率，由红色光源109、第三微透镜110、红色滤光片111以及光敏接收传感器112组成。该感测模块利用了光电检测原理，红色光源109发出的红色光依次经过第三微透镜110、手指和红色滤光片111后，到达光敏接收传感器112，从而获得心率的光谱信号图像。红色光源109、第三微透镜110、红色滤光片111以及光敏接收传感器112在同一光轴上，红色光源109与第三微透镜110之间的距离等于第三微透镜110的焦距，这样可以使红色光源109发出的光线经过第三微透镜110之后，几乎平行于光轴射出。其中第三微透镜110的焦距与第一微透镜102、第二微透镜104的焦距不同。红色滤光片111可实现对杂散光的有效抑制。
如图2所示，本发明实施例提供了一种生理参数获取装置，包括上述信息采集传感器201、信号调理电路模块202、控制处理器203、电源模块204、显示器205以及键盘输入模块206。信息采集传感器201获取到心率、血氧、辐射温度的光谱信号之后，输出给信号调理电路模块202，然后信号调理电路模块202既对接收到的光谱信号进行滤波处理，使输出的光谱信号更符合规范；也对经过滤波处理后的光谱信号进行模数转换，将光谱信号转化为生理参数的数字量。然后，控制处理器203接收转化后的数字生理参数，利用心率、血氧、辐射温度三个参数值通过代谢热法计算获得血糖浓度值。
控制处理器203还和电源模块204进行通信，对电源模块204的发热量进行监控以及控制，防止发热量过大而对信息采集传感器201的采集结果造成影响。电源模块用于为该生理参数获取装置供电，键盘输入模块206对控制处理器203的计算过程进行误差修正，即对控制处理器进行血糖计算之前，设置初始状态，比如如果当前季节是春季以及当前时间段是中午，就选择对应的按键，这样可以有效避免不同季节人体血糖的差异对测量结果带来的误差。显示器205接收控制处理器203输出的生理参数并显示，显示的生理参数值包括辐射温度、心率、血氧以及血糖浓度。
根据本实施例提供的信息采集传感器以及生理参数获取装置，可以获取人体的多项生理参数：辐射温度、心率、血氧以及血糖。该信息采集传感器能够实现近红外接收器充分接收所需能量，提高信噪比。并且引入了滤波器，实现对信号噪声的有效滤除，以及抑制采集过程中杂散光带来的干扰，在提高了计算结果准确度的同时，有效降低了运算复杂度。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种信息采集传感器，其特征在于，包括：第一感测模块、第二感测模块以及第三感测模块；
所述第一感测模块用于获取辐射温度，包括红外滤光片和辐射温度传感器，手指发出的红外辐射经过所述红外滤光片到达所述辐射温度传感器；
所述第二感测模块用于获取血氧，包括第一微透镜、第二微透镜、近红外光源、第一小孔滤波器、第二小孔滤波器以及近红外接收器；所述近红外光源发出的红外光依次经过所述第一微透镜、所述第一小孔滤波器和手指后，再经过所述第二微透镜和所述第二小孔滤波器，到达所述近红外接收器；
所述第三感测模块用于获取心率，包括红色光源、第三微透镜、红色滤光片以及光敏接收传感器，所述红色光源发出的红色光依次经过所述第三微透镜、手指和所述红色滤光片后，到达所述光敏接收传感器；所述红色光源、所述第三微透镜、所述红色滤光片以及所述光敏接收传感器在同一光轴上；
其中，所述第一微透镜和所述第一小孔滤波器之间的距离等于所述第一微透镜的焦距，所述第二微透镜和所述第二小孔滤波器之间的距离等于所述第二微透镜的焦距，所述红色光源与所述第三微透镜之间的距离等于所述第三微透镜的焦距，且所述第一小孔滤波器是低通滤波器，用于滤除所述近红外光源发出的红外光中的高频信号；所述第二小孔滤波器是带通滤波器，用于滤除手指引入的高频噪声，只允许一定频率范围内的光波信号通过。
2.如权利要求1所述的一种信息采集传感器，其特征在于，所述第二小孔滤波器的小孔的尺寸比所述第一小孔滤波器的小孔的尺寸大。
3.如权利要求1所述的一种信息采集传感器，其特征在于，所述第一微透镜的焦距等于所述第二微透镜的焦距。
4.一种生理参数获取装置，其特征在于，包括：权利要求1至3任一项所述的信息采集传感器、控制处理器以及信号调理电路模块；所述信号调理电路模块设置在所述信息采集传感器和所述控制处理器之间，用于对所述信息采集传感器采集得到的光信号进行滤波处理以及模数转换；所述控制处理器用于接收所述信号调理电路模块输出的生理参数，并利用所述生理参数计算获得血糖浓度值。
5.如权利要求4所述的一种生理参数获取装置，其特征在于，还包括键盘输入模块和显示器，所述键盘输入模块用于对所述控制处理器的处理过程进行误差修正，所述显示器用于接收所述控制处理器输出的生理参数并显示。
6.如权利要求4所述的一种生理参数获取装置，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块用于为所述生理参数获取装置供电。
7.如权利要求5所述的一种生理参数获取装置，其特征在于，所述控制处理器输出的生理参数包括辐射温度、心率、血氧以及血糖浓度。
8.如权利要求6所述的一种生理参数获取装置，其特征在于，所述控制处理器还用于和所述电源模块进行通信，对所述电源模块的发热量进行监控以及控制，防止发热量过大而对所述信息采集传感器的采集结果造成影响。
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