CN108042115B - 用于采集脉象数据的触力传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于采集脉象数据的触力传感器，包括传感器主体，传感器主体固定连接三根等长的一字梁，一字梁的中部设置有力感应元件；力感应元件将一字梁分为等长的两段悬臂梁；三个力感应元件并列设置；力感应元件上套设有探头帽；探头帽包括连接部和探测部；探头帽的连接部与力感应元件相配合，探头帽通过连接部固定连接力感应元件；三个探头帽的探测部组成与人体直接接触的检测探头；探头帽采用绝热材料。本发明能够精确地采集寸口脉三部的脉象数据，为医生提供定量的脉象原始数据，以帮助医生准确地体察脉象变化，从而使医生给出准确的病情判断。
Description
技术领域
本发明涉及一种中医临床检测传感器，具体涉及一种用于采集脉象数据的触力传感器。
背景技术
中医诊断方法中，脉诊是通过按触人体的脉搏，以体察脉象变化的切诊方法，又称把脉、切脉，是传统中医最重要的诊断方法，是“中医四诊”望、闻、问、切之一。脉象是中医辨证的一个重要依据，对分辨疾病的原因，推断疾病的变化，识别病情的真假，判断疾病的预后等，都具有重要的临床意义
把脉的部位一般是位于手腕的寸口脉，寸口脉分为寸、关、尺三部，每部都有浮、中、沉三候，称谓三部九候。把手平伸出来，自然的放在桌子上，手腕的地方会看到一个突起的骨头，在大拇指的一侧，另一只手的手指放在这个突起上，在突起的内侧边缘上，能感觉的到动脉波动，这个部位就是“关”，指尖方向的关上就是寸，关下就是尺。对成人把脉用三指定位，先用中指按在关脉部位，接着用食指按寸脉部位，无名指按尺脉部位，三个手指呈弓形，指头平齐，手指指腹按触在三个部位上进行感知。
但是，在临床实践中，由于不同医生的指法和指力轻重会存在差异，而不同医生对脉象的变化可能有不同判断结果，因此诊断结果就有可能不同。而最为关键的一点，这种诊断方法仅能获得定性数据，无法得到定量数据，以此来判断被诊断者的身体状况，其准确性势必会受到质疑。
中医理论形成于春秋战国时期，应用至今已有两千多年。但是自西医进入中国以后，人们开始用西方医学体系的思维模式对中医进行质疑，甚至使中医学陷入存与废的争论之中。其中一个根本原因在于，中医的诊断结果和有效性，很大程度上依赖于医生的主观判断。如何使中医的诊断指标更为客观并具备诊断参考价值，是现代中医发展的突破口。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于采集脉象数据的触力传感器，它可以三个成组同时检测寸口脉的寸、关、尺三部脉象数据。
为解决上述技术问题，本发明用于采集脉象数据的触力传感器的技术解决方案为：
包括传感器主体1，传感器主体1固定连接三根等长的一字梁2，一字梁2的中部设置有力感应元件3；力感应元件3将一字梁2分为等长的两段悬臂梁；三个力感应元件3并列设置；力感应元件3上套设有探头帽4；探头帽4包括连接部4-1和探测部4-2；探头帽4的连接部4-1与力感应元件3相配合，探头帽4通过连接部4-1固定连接力感应元件3；三个探头帽4的探测部4-2组成与人体直接接触的检测探头；探头帽4采用绝热材料。
本发明用于采集脉象数据的触力传感器的技术效果在于：
本发明采用三个力感应元件同时采集脉搏的跳动幅度，跳动幅度最大处为脉道的中心，跳动幅度最小处为脉道的边缘。因此本发明能够测量出人体的脉宽，将人体的脉宽用定量数据的形式记录下来，作为医生诊断的依据。
本发明采用三个力感应元件同时采集脉搏的跳动幅度，使传感器具备辅助定位功能，根据三个力感应元件的测量值能够判断出检测探头是否正对检测部位，当处于中间位置的力感应元件的测量值大于其它两个力感应元件，说明检测探头正对检测部位，检测探头的定位准确。
本发明采用等长的三根一字梁作为脉象数据采集元件，由于三根一字梁的应变系数相同，三个力感应元件在受相同大小的力产生形变后仍然在同一平面上，因此三根一字梁所采集的数据能够保持一致。
本发明采用形状规则的一字梁，使固定一字梁的传感器主体的外形尺寸不需要很大，因此本发明的长度尺寸接近于人的手指宽度，可以实现三个触力传感器同时采集寸口脉的寸、关、尺三部的脉象数据。
本发明在力感应元件上套设有绝热的探头帽，测量过程中能够阻止人体与力感应元件之间的热传导，从而能够保证传感器所采集数据的准确性。
进一步地，所述悬臂梁的两端面分别开设有多个开槽，开槽将悬臂梁沿厚度方向连通；开槽沿悬臂梁的宽度方向延伸但不连通；两端面的开槽间隔交替分布，以使每段悬臂梁形成蛇形弹性体。
本发明采用蛇形的悬臂梁，能够在有限的空间内尽可能增大悬臂梁的长度，使悬臂梁受到微小的力就能够产生较大的变形量，从而提高传感器的灵敏度。
进一步地，所述一字梁2与传感器主体1连接的两端部2-1分别设置有应变片；传感器主体1的底部两端分别设置有PCB板5；位于传感器主体1同侧的应变片与该侧的PCB板5相连接。脉搏的跳动力通过探头帽及力感应元件传导至一字梁，使一字梁的两段悬臂梁发生形变，应变片将梁的机械变化转化为电压的变化，从而实现对脉搏跳动幅度的测量。
进一步地，所述探头帽4的探测部4-2沿一字梁2的长度方向延伸，以增大探测面积，能够进一步提高测量精度。
本发明的检测探头的总面积尺寸接近于人的手指指腹面积，能够代替人的手指指腹，接触寸口脉的寸、关、尺中的其中一个部位上进行感知，从而模拟人的脉诊动作。
进一步地，所述力感应元件3的根部形成有限位台阶3-1，力感应元件3通过限位台阶3-1控制探头帽4与一字梁2之间的距离，能够避免探头帽4与一字梁2直接接触，使一字梁2的变形量能够更加真实地反映出脉搏的跳动幅度。
进一步地，所述力感应元件3的背面设置有限位梁6，限位梁6与传感器主体1固定连接，限位梁6与一字梁2之间形成间隙A。
本发明是专用于测量人体脉象数据的传感器，因此传感器的量程范围小而精度高。但是在使用过程中，经常会发生力感应元件受力过大而使一字梁的形变超过其弹性限度。本发明在力感应元件的背面设置有限位梁，当力感应元件因操作失误而压力过载时，一字梁的形变受限位梁的限制而不会超过其弹性限度，从而起到压力过载保护作用。
进一步地，所述一字梁2的宽度为2～3mm；相邻一字梁2的间距为0.1～0.5mm。所述力感应元件3的宽度与一字梁2相同。
本发明采用宽度为2～3mm的一字梁，使一字梁的宽度能够与应变片的长度尺寸相匹配，便于应变片的定位；同时，此宽度范围内一字梁能够满足形变的弹性要求，从而满足传感器的精度要求。
进一步地，所述力感应元件3、一字梁2及传感器主体1为一体成型，能够进一步提高传感器的测量精度，避免各零件之间的连接部对测量精度产生误差。
将三个所述触力传感器的检测探头分别与人体手腕寸口脉的寸、关、尺三部相对应，且各触力传感器的探头帽4的探测部4-2沿手腕的长度方向延伸；每个触力传感器分别感应寸、关、尺各部的脉搏跳动幅度；触力传感器的检测探头将脉搏的跳动力通过力感应元件3传递给一字梁2的两段悬臂梁，使悬臂梁发生弯曲变形，位于悬臂梁根部的应变片感知到梁的形变，并将该机械变化转化为电压的变化，从而实现对脉搏跳动幅度的测量；根据脉搏跳动幅度随时间的变化，即可得到脉象的波形，实现对脉象数据的采集；每个触力传感器的三个力感应元件3各自独立地测量其所在位置的脉搏跳动幅度，根据每个力感应元件3的测量值判断脉道的中心并检测出脉宽。
本发明可以达到的技术效果是：
本发明能够实现体积小(接近于人的手指宽度)、测量精度高(0.01％FS)。
本发明利用三个触力传感器代替把脉用的三指，从而能够准确地采集脉搏的速率、强度、节律和形态，医生根据所采集脉象数据，就能够进行病情的诊断。
本发明能够精确地采集寸口脉三部的脉象数据，为医生提供定量的脉象原始数据，以帮助医生准确地体察脉象变化，从而使医生给出准确的病情判断。本发明彻底解决了不同医生在脉诊过程对同一脉象给出不同判断结果的技术问题，从根源上杜绝了脉诊过程中的主观因素，使脉象能够作为医生诊断的一顶客观指标，从而大大提高了脉诊的准确性，使中医能够更好地为人类发挥作用。
本发明将现代科技与传统中医有机地结合，能够实现脉象的数据化，将脉象从医生诊病的主观感觉变为一项客观指标，使脉象成为医生诊断的客观依据，从而大大提高了中医诊断的准确性。
附图说明
本领域的技术人员应理解，以下说明仅是示意性地说明本发明的原理，所述原理可按多种方式应用，以实现许多不同的可替代实施方式。这些说明仅用于示出本发明的教导内容的一般原理，不意味着限制在此所公开的发明构思。
结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施方式，并且与上文的总体说明和下列附图的详细说明一起用于解释本发明的原理。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明用于采集脉象数据的触力传感器的分解示意图；
图2是本发明的正面示意图；
图3是本发明的背面示意图；
图4是本发明的剖面示意图。
图中附图标记说明：
1为传感器主体， 2为一字梁，
3为力感应元件， 4为探头帽，
2-1为一字梁的端部， 2-2为悬臂梁的第一端面，
2-3为悬臂梁的第二端面， 2-4为第一开槽，
2-5为第二开槽， 3-1为限位台阶，
4-1为探头帽的连接部， 4-2为探头帽的探测部，
5为PCB板， 6为限位梁。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如图1所示，本发明用于采集脉象数据的触力传感器，包括传感器主体1，传感器主体1固定连接三根等长的一字梁2，一字梁2的中部设置有力感应元件3；力感应元件3将一字梁2分为等长的两段悬臂梁；三个力感应元件3并列设置；
每段悬臂梁的两端面即第一端面2-2、第二端面2-3分别开设有多个开槽即第一开槽2-4、第二开槽2-5，第一开槽2-4、第二开槽2-5将悬臂梁沿厚度方向连通；第一开槽2-4、第二开槽2-5沿悬臂梁的宽度方向延伸但不连通；即第一开槽2-4与所在的第一端面2-2连通，而与第二端面2-3不连通，第二开槽2-5与所在的第二端面2-3连通，而与第一端面2-2不连通；两端面的第一开槽2-4、第二开槽2-5间隔交替分布，以使每段悬臂梁形成蛇形弹性体。
一字梁2与传感器主体1连接的两端部2-1分别设置有应变片；传感器主体1的底部两端分别设置有PCB板5；位于传感器主体1同侧的应变片与该侧的PCB板5相连接；脉搏的跳动力通过探头帽4及力感应元件3传导至一字梁2，使一字梁2的两段悬臂梁发生形变，应变片将梁的机械变化转化为电压的变化，从而实现对脉象数据的测量；应变片的工作原理为现有技术，在此不做赘述。
力感应元件3上套设有探头帽4；探头帽4包括连接部4-1和探测部4-2；探头帽4的连接部4-1与力感应元件3相配合，探头帽4通过连接部4-1固定连接力感应元件3；
探头帽4的探测部4-2沿一字梁2的长度方向延伸，以增大探测面积；
三个探头帽4的探测部4-2组成与人体直接接触的检测探头。
力感应元件3的根部形成有限位台阶3-1，力感应元件3通过限位台阶3-1控制探头帽4与一字梁2之间的距离，能够避免探头帽4与一字梁2直接接触，使一字梁2的变形量能够更加真实地反映出脉搏的跳动幅度。
探头帽4采用绝热材料。
经理论研究发现，金属材料的力感应元件3在接触人体的皮肤进行测量的过程中，人体的体温会改变力感应元件3及一字梁2本身的温度，从而导致传感器的测量结果产生严重偏差。为提高传感器的测量精度，本发明在力感应元件3上套设有绝热的探头帽4，测量过程中能够阻止人体与力感应元件3之间的热传导，从而能够保证传感器所采集数据的准确性。
力感应元件3的背面设置有限位梁6，限位梁6与传感器主体1固定连接，限位梁6与一字梁2之间形成间隙A；间隙A的大小决定了一字梁2的两段悬臂梁的最大变形量。
本发明的工作原理如下：
使用时将三个触力传感器的检测探头分别与人体手腕寸口脉的寸、关、尺三部相对应，且各触力传感器的探头帽4的探测部4-2沿手腕的长度方向延伸(即探头帽4的探测部4-2平行于桡动脉血管)；每个触力传感器分别检测寸、关、尺各部的脉搏跳动幅度；
触力传感器的检测探头将脉搏的跳动力通过力感应元件3传递给一字梁2的两段悬臂梁，使悬臂梁发生弯曲变形，位于悬臂梁根部的应变片感知到梁的形变，并将该机械变化转化为电压的变化，从而实现对脉搏跳动幅度的测量；根据脉搏跳动幅度随时间的变化，即可得到脉象的波形，实现对脉象数据的采集；
每个触力传感器的三个力感应元件3各自独立地测量其所在位置的脉搏跳动幅度，根据每个力感应元件3的测量值可以判断脉道的中心并检测出脉宽。
本发明的检测探头代替人的手指指腹，接触寸口脉的寸、关、尺中的其中一个部位上进行感知，从而模拟人的脉诊动作，因此检测探头的总面积尺寸应当接近于人的手指指腹面积，例如6mm×6mm，因此力感应元件3和一字梁2的尺寸较小，每个一字梁2的宽度为2～3mm；相邻一字梁2的间距为0.1～0.5mm；而力感应元件3的宽度与一字梁2相同。
由于常用应变片的长度一般为2mm，本发明采用宽度为2～3mm的一字梁2，使一字梁2的宽度能够与应变片的长度尺寸相匹配，便于应变片的定位；同时，此宽度范围内一字梁2能够满足形变的弹性要求，从而满足传感器的精度要求。同时，本发明采用形状规则的一字梁2，使固定一字梁2的传感器主体1的外形尺寸也不需要很大，例如12mm×12mm，因此本发明的长度尺寸(即一字梁2长度方向的尺寸)接近于人的手指宽度，可以实现三个触力传感器同时采集寸口脉的寸、关、尺三部的脉象数据。
本发明采用三个力感应元件3同时采集脉搏的跳动幅度，跳动幅度最大处为脉道的中心，跳动幅度最小处为脉道的边缘。因此本发明能够测量出人体的脉宽。需要说明的是，中医理论中人体的脉宽并不是桡动脉血管的直径，而是桡动脉带动周边组织一起跳动的宽度，即手指感觉到的脉道的粗细，脉道宽大的为大脉，狭小的为细脉。桡动脉血管的直径很容易测量，而人体的脉宽只能依赖于医生的主观判断。本发明能够将人体的脉宽用定量数据记录下来，作为医生诊断的依据。
本发明的力感应元件3、一字梁2及传感器主体1采用一体成型，能够进一步提高传感器的测量精度，避免各零件之间的连接部对测量精度产生误差。
虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。
Claims (8)
1.一种用于采集脉象数据的触力传感器，其特征在于：包括传感器主体(1)，传感器主体(1)固定连接三根等长的一字梁(2)，一字梁(2)的中部设置有力感应元件(3)；力感应元件(3)将一字梁(2)分为等长的两段悬臂梁；三个力感应元件(3)并列设置；
力感应元件(3)上套设有探头帽(4)；探头帽(4)包括连接部(4-1)和探测部(4-2)；探头帽(4)的连接部(4-1)与力感应元件(3)相配合，探头帽(4)通过连接部(4-1)固定连接力感应元件(3)；三个探头帽(4)的探测部(4-2)组成与人体直接接触的检测探头；
探头帽(4)采用绝热材料；
所述悬臂梁的两端面分别开设有多个开槽，开槽将悬臂梁沿厚度方向连通；开槽沿悬臂梁的宽度方向延伸但不连通；两端面的开槽间隔交替分布，以使每段悬臂梁形成蛇形弹性体；
所述一字梁(2)与传感器主体(1)连接的两端部(2-1)分别设置有应变片；传感器主体(1)的底部两端分别设置有PCB板(5)；位于传感器主体(1)同侧的应变片与该侧的PCB板(5)相连接。
2.根据权利要求1所述的用于采集脉象数据的触力传感器，其特征在于：所述探头帽(4)的探测部(4-2)沿一字梁(2)的长度方向延伸。
3.根据权利要求1所述的用于采集脉象数据的触力传感器，其特征在于：所述力感应元件(3)的根部形成有限位台阶(3-1)，力感应元件(3)通过限位台阶(3-1)控制探头帽(4)与一字梁(2)之间的距离。
4.根据权利要求1所述的用于采集脉象数据的触力传感器，其特征在于：所述力感应元件(3)的背面设置有限位梁(6)，限位梁(6)与传感器主体(1)固定连接，限位梁(6)与一字梁(2)之间形成间隙(A)。
5.根据权利要求1所述的用于采集脉象数据的触力传感器，其特征在于：所述一字梁(2)的宽度为2～3mm；相邻一字梁(2)的间距为0.1～0.5mm。
6.根据权利要求1所述的用于采集脉象数据的触力传感器，其特征在于：所述力感应元件(3)的宽度与一字梁(2)相同。
7.根据权利要求1所述的用于采集脉象数据的触力传感器，其特征在于：所述力感应元件(3)、一字梁(2)及传感器主体(1)为一体成型。
8.根据权利要求1所述的用于采集脉象数据的触力传感器，其特征在于：将三个所述触力传感器的检测探头分别与人体手腕寸口脉的寸、关、尺三部相对应，且各触力传感器的探头帽(4)的探测部(4-2)沿手腕的长度方向延伸；每个触力传感器分别感应寸、关、尺各部的脉搏跳动幅度；
触力传感器的检测探头将脉搏的跳动力通过力感应元件(3)传递给一字梁(2)的两段悬臂梁，使悬臂梁发生弯曲变形，位于悬臂梁根部的应变片感知到梁的形变，并将机械变化转化为电压的变化，从而实现对脉搏跳动幅度的测量；根据脉搏跳动幅度随时间的变化，即可得到脉象的波形，实现对脉象数据的采集；
每个触力传感器的三个力感应元件(3)各自独立地测量其所在位置的脉搏跳动幅度，根据每个力感应元件(3)的测量值判断脉道的中心并检测出脉宽。
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| CN1969745A (zh) * | 2006-12-08 | 2007-05-30 | 上海中医药大学 | 多点式、三部位、自动加压式中医脉搏检测装置及其方法 |
| CN101049247A (zh) * | 2006-04-06 | 2007-10-10 | 香港理工大学 | 中医脉象传感器、三部九候脉象检测仪及脉象检测方法 |
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2017
- 2017-12-26 CN CN201711428919.0A patent/CN108042115B/zh active Active
Patent Citations (5)
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