CN108065925A - 具有压电泵的血压测量装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明关于一种具有压电泵的血压测量装置，其包括有一具有气囊的腕带，缠绕在一待测部位上；一压电泵(MEMS pump)，用以将气体充入该气囊内；一压力传感器，用以监测该气囊内的压力；以及一微控制器，在气体充入该气囊内的一充气过程中，从该压力传感器连续地接收多个压力信号，并将所述多个压力信号换算成血压值；其中，该微控制器控制该压电泵的驱动电压电平，使该压电泵的一气体充入速率维持在一预定充气速率范围内。本发明另提供一种应用在上述血压测量装置的固定频率的变压的控制方法。

Description

具有压电泵的血压测量装置及其控制方法
技术领域
本发明关于一种血压测量装置，尤其是一种具有压电泵的血压测量装置。本发明另关于一种血压测量装置的控制方法，尤其一种在对气囊的充气过程中，控制压电泵的充气速率维持在一预定范围内的控制方法。
背景技术
现有的血压测量装置在测量血压上，通常应用两种方式进行血压测量，第一种是泄气式测量，第二种是充气式测量。在泄气式测量过程中，首先利用充气泵将气体充入卷绕在手臂或手腕上的腕带(cuff)内的气囊(bladder)，使气囊被充气达到一预定的压力，压迫使用者的动脉。接着释放气囊内的气体，使气囊泄气。在泄气的过程中，利用压力传感器感测血管收缩所造成的压力脉动，并将此压力脉动换算成血压值。充气式测量过程则在充气的过程中测量血压。
近来，压电泵(MEMS pump)的技术渐趋成熟，已开始广泛的应用于血压测量装置。利用压电材料的逆压电效应所制作出的压电泵，具有低噪音、操控精准度高及稳定输出的特性。使用压电泵制成的血压测量装置，可在对气囊充气的过程中，撷取血管收缩所造成的压力脉动，经过分析、计算、换算后，即可得到血压值。
然而，要提高这类具有压电泵的血压测量装置的准确度，必须持续改良压电泵在充气时的稳定度，让充气的速率接近稳定。由于充气过程中，为了使气囊内的压力缓慢地持续的上升，致使压电泵的驱动电压或驱动频率必须随时通过微控制器进行控制，才能使充气速率维持稳定，因此控制电路非常的复杂，在实际应用上并无法得到理想的效果。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种血压测量装置，其通过控制压电泵的驱动电压电平，使得压电泵充速能力能实时改变，从而使气囊内的加压速率或流入气囊内的气体流率维持稳定。
依据本发明的一观点，提供一种具有压电泵的血压测量装置，该装置包括一具有一气囊的腕带、一压电泵及一微控制器。腕带缠绕在一待测部位上。压电泵用以将气体充入该气囊内。微控制器控制该压电泵的驱动电压电平，使该压电泵的一气体充入速率维持在一预定充气速率范围内。
本发明的上述血压测量装置的该微控制器通过一电压调整电路经由一电动机驱动控制电路控制该压电泵的驱动电压电平。
本发明的上述血压测量装置的该微控制器发出一固定频率的信号至该电动机驱动控制电路，以提供压电泵固定的驱动频率。
本发明的上述血压测量装置，更包含一电动机驱动控制电路，其发出一固定频率的信号，以提供该压电泵固定的驱动频率。
本发明的上述血压测量装置的该预定充气速率范围为每秒4至6毫米汞柱。
本发明的上述血压测量装置更包括一压力传感器，用以在气体充入该气囊内的过程中，监测该气囊内的压力。
本发明的上述血压测量装置的该压电泵更用以将气体导出该气囊内
本发明另提供一种具有压电泵的血压测量装置的控制方法，其中，该血压测量装置包括：一具有气囊的腕带，缠绕在一待测部位上；一压电泵，连接至该气囊，用以将气体充入该气囊内；一压力传感器，连接至该气囊，用以监测该气囊内的压力；以及一微控制器，该微控制器在该压电泵的一充气过程中，从该压力传感器接收多个压力信号；该控制方法包括以下步骤：(a)提供压电泵一固定的驱动频率及一驱动电压电平，以持续将气体充入该气囊内；(b)该微控制器依据该压力传感器感测的所述多个压力信号判断压电泵的一充气速率，若该充气速率比一预定的充气速率范围快，则该微控制器降低该驱动电压电平，使该充气速率减缓至该预定的充气速率范围内；以及(c)该微控制器将所述多个压力信号换算成一血压值。
本发明另提供一种具有压电泵的血压测量装置的控制方法，其中，该血压测量装置包括：一具有气囊的腕带，缠绕在一待测部位上；一压电泵，连接至该气囊，用以将气体充入该气囊内；一压力传感器，连接至该气囊，用以监测该气囊内的压力；以及一微控制器，该微控制器在该压电泵的一充气过程中，从该压力传感器接收多个压力信号；该控制方法包括以下步骤：(a)提供压电泵一固定的驱动频率及一驱动电压电平，以持续将气体充入该气囊内；(b)该微控制器依据该压力传感器感测的所述多个压力信号判断压电泵的一充气速率，若该充气速率比该预定的充气速率范围慢，则该微控制器升高该驱动电压电平，使该充气速率加快至该预定的充气速率范围内；以及(c)该微控制器将所述多个压力信号换算成一血压值。
本发明的上述控制方法更包括在该(a)步骤之后，该微控制器通过该压力传感器感测脉动，若没有脉动，则对该气囊进行泄气。
附图说明
图1为本发明的血压测量装置的立体示意图；
图2为本发明的血压测量装置的第一实施例中的组件方块图；
图3为本发明的血压测量装置的气囊内压力与时间的关系图；
图4为本发明的血压测量装置的压电泵的电压与时间的关系图；
图5为本发明的血压测量装置的第二实施例中的组件方块图；
图6为本发明的血压测量装置的控制流程图。
附图标记列表：10-血压测量装置；20-本体；21-显示器；22-用户操作接口；30-腕带；31-气囊；51-储存器；52-系统电源；53-压电泵；54-压力传感器；55-微控制器；56-电动机驱动控制电路；57-电压调整电路；58-DC-DC升压电路；60-泄气部；V0-初始电压；S101-107-步骤。
具体实施方式
以下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
为简化和清楚呈现主要内容，附图显示发明整体的构造方式，并且将众所周知的特征和其相应的技术描述及细节略去，以避免不必要地模糊本发明的保护范围。在不同附图中的相同附图标记表示相同的组件。
图1绘示本发明的血压测量装置10的外观，在本实施例中仅例示腕式血压计，但本发明并不以此为限，本发明技术领域具通常知识者当知，血压测量装置10也可为上臂式血压计或等效的血压测量测量装置。血压测量装置10主要包含本体20及连接于本体20的具有气囊(未示于图1)的腕带30。本体20上另有显示器21及用户操作接口22，例如按钮。显示器21可供用户察看操作信息，例如时间、体温及所在地的温度、湿度等，以及测量后的血压值。然而，本发明的血压测量装置的显示器类型或功能并不限于此，例如触碰式屏幕也可以适用于本发明。在其他实施例中，本体20的外壳可为透明或可透光的外壳，其内部可设置变色光源或两种颜色的光源，可随测量时的脉搏速率变不同颜色，或可在测量结束时，发出红光或绿光，表示血压高于或接近标准值。
请参见图2，显示本发明的第一实施例的血压测量装置10在本体20内的组件方块图(显示于图2的虚线范围内)。当使用者通过本体20上的用户操作接口，如按钮22，启动血压测量装置10的测量时，系统电源52开始对整个系统提供电源。在本实施例中，系统电源52可为电池，也可为外接电源，例如通过变压器取得室内110伏交流电源。压力传感器54与腕带的气囊31连接，由此可逐时监测气囊31内的压力，并将多个所感测的压力信号传输至微控制器55。本领域技术人员当知，于实际设计上，压力传感器54设置在连通气囊31的气路上以感测压力。此外，系统电源52也提供电力给DC-DC升压电路58，其用于将系统电源52的直流电压升压至适用于电动机驱动控制电路56的直流电压。
微控制器55控制电压调整电路57，在初始开始启动时，给予电动机驱动控制电路56初始电压V0，较佳地为10伏(volts)，同时通过电压调整电路57经由电动机驱动控制电路56，使压电泵53进行等速充气。微控制器55另发出脉冲宽度调制(PWM)固定频率的信号至电动机驱动控制电路56，以提供压电泵53一个固定的驱动频率，亦即在整个充气过程中频率都保持固定。在此特别说明的是，电压调整电路57是通过改变电阻或电流，进而随时调整压电泵53的驱动电压电平，以达到压电泵53进行等速充气的目的。
压电泵53以初始电压V0及固定驱动频率的设定值开始对气囊充气。同时，压力传感器54受到微控制器55的控制，在充气过程中，每隔一段时间即感测气囊31内的压力一次，较佳地为每0.5秒感测一次，并不断发出带有压力值的多个压力信号至微控制器55。
微控制器55依据至少两个在不同时间点感测到的压力信号的压力值，换算压电泵53的实时充气速率，同时判断此实时充气速率是否维持在储存于储存器51内的预定充气速率范围内。当实时充气速率大于预定的充气速率范围时，微控制器55则调整电压调整电路57的输入/输出(I/O)脚位，通过电动机驱动控制电路56使压电泵53的驱动电压电平变低，减缓实时充气速率，使实时充气速率回到预定的充气速率范围内；当实时充气速率小于预定的充气速率范围时，微控制器55则调整电压调整电路57的输入/输出(I/O)脚位，通过电动机驱动控制电路56使压电泵53的驱动电压电平变高，进而加快实时充气速率，使实时充气速率达到预定的充气速率范围内。在本实施例中，预定充气速率范围为每秒2至7毫米汞柱(mmHg/sec)，较佳地为每秒4至6毫米汞柱(mmHg/sec)。此外，储存器51为内存，但本发明并不以此为限。储存器51用以储存至少一笔血压值。在其他实施例中，储存器51还可储存用户的相关数据，可通过用户操作接口切换，进而显示身份信息或生理信息在前述显示器21上。本领域技术人员当知，储存器51内储存用户的相关数据由外部电子装置通过无线或有线传输方式存入。
微控制器55依据压力传感器54所得的多个压力信号，经过分析、计算后，换算为血压值，并显示在显示器21上。此换算的过程在本发明所属技术领域中为现有技术，故不在此赘述。
图3绘示本发明的压力与时间的关系图，由图上曲线可知，依据本发明的血压测量装置10的控制方法，可将充气速率控制在一定的范围内，接近等速率地充气加压，由此可更清楚地纪录到脉搏脉动的幅度，从而使微控制器55经分析、计算而得的血压值更为准确。
图4绘示本发明的压电泵55的驱动电压与时间的关系图，由图可知压电泵55的驱动电压电平随着时间不断地在调整，并非只是单纯地依线性控制方式增加电压电平，而是不断变化电压电平，使得充气速率得以维持在预定的充气速率范围内。
在其他实施例中，血压测量装置内可增设流量传感器感测充气量取代压力传感器逐时监测气囊内压力的功能。使流量传感器如同上述不断发出实时的流量信号给微控制器55，使微控制器55如同上述得以不断据此变化压电泵55的驱动电压电平，同样能将充气速率维持在预定的充气速率范围内。
图5绘示本发明的第二实施例的组件方块图，其与第一实施例中所提的大部分组件都相同，惟不同处在于，由电动机驱动控制电路56发出脉冲宽度调制(PWM)固定频率的信号，较佳地为自回授信号，提供压电泵53一个固定的驱动频率，亦即在整个充气过程中频率保持固定。而微控制器55是通过调整电压调整电路57的负载比(duty ratio)来改变压电泵53的驱动电压电平。
详言之，微控制器55依据至少两个在不同时间点感测到的压力信号的压力值，换算压电泵53的实时充气速率，同时判断此实时充气速率是否维持在储存于储存器51内的预定充气速率范围内。当实时充气速率大于预定的充气速率范围时，通过电动机驱动控制电路56提供脉冲宽度调制(PWM)固定频率的信号，并由微控制器55调整固定频率的的负载比输出至电压调整电路57，以通过不同负载比输出，使电压调整电路57产生不同的电压电平，使压电泵53的驱动电压变小，减缓实时充气速率，进而实时将充气速率调回到预定的充气速率范围内；当实时充气速率小于预定的充气速率范围时，则调整驱动电压变大，加快实时充气速率，进而实时将充气速率调回到预定的充气速率范围内。
图6绘示本发明第一或第二实施例之血压测量装置10的控制流程图。本发明仅例示充气式测量过程，亦即在充气的过程中测量血压。当用户按压按钮22启动血压测量装置10时(步骤S101)，压电泵53以固定的驱动频率及初始电压电平的设定值，开始将气体充入气囊31内(步骤S102)，微控制器55判断压电泵53实时的充气速率是否在预定的充气速率范围内(步骤S103)，当实时充气速率大于预定的充气速率范围时，则降低压电泵53的驱动电压电平(步骤S103-1)，使充气速率回到预定的充气速率范围内；当实时充气速率小于预定的充气速率范围时，则升高压电泵53的驱动电压电平(步骤S103-2)，使充气速率达到预定的充气速率范围内。
同时参见图3及图6，无论压电泵53的实时充气速率是否在预定的范围内，微控制器55都会通过压力传感器54判断是否感测到源自压力变化引起动脉血管发生的脉动，以决定是否完成血压测量(步骤S104)。若未感测到脉动，则压电泵53停止充气加压且微控制器55计算血压值(步骤S105)。应注意的是，在压电泵53开始加压后，微控制器即开始会随时通过判断压力传感器54感测脉动。
于步骤S105之后，泄气部60进行泄气步骤(步骤S106)，将气囊内的气体从设置于本体20内的泄气部60排出。最后，计算出的血压值会显示在显示器21上。虽然本发明中，显示血压值的步骤(步骤S107)在泄气部60泄气步骤(步骤S106)之后，但本发明不限于此，显示血压值在显示器21上的步骤(步骤S107)亦可在泄气部60进行泄气(步骤106)之前，只要压电泵53停止充气且微控制器55已将自压力传感器54接收到多个压力信号换算为血压值，即可显示血压值于显示器21上。在其他实施例中，压电泵53也可逆向执行泄气，亦即在不施加驱动电压下，压电泵53可取代泄气部60，用以将该气囊内的气体快速地导出。
本发明虽仅以第一及第二实施例说明本发明的控制方法，但此控制方法同样可应用于以流量传感器代替压力传感器的实施例中，其差异仅在于第一或第二实施例的微控制器是通过监测气囊内的压力判断充气速率来调控压电泵的电压电平；而有流量传感器的实施例中的微控制器是通过监测压电泵充气时的流体流动速率判断充气速率来调控压电泵的电压电平。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域技术人员仍可能基于本发明的教导及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示者，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为以下的申请专利范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种具有压电泵的血压测量装置，包括：
一具有气囊的腕带，缠绕在一待测部位上；
一压电泵，用以将气体充入该气囊内；以及
一微控制器，控制该压电泵的驱动电压电平，使该压电泵的一气体充入速率维持在一预定充气速率范围内。
2.如权利要求1所述的血压测量装置，其中该微控制器通过一电压调整电路经由一电动机驱动控制电路控制该压电泵的驱动电压电平。
3.如权利要求1所述的血压测量装置，其中该微控制器发出一固定频率的信号至一电动机驱动控制电路，以提供压电泵固定的驱动频率。
4.如权利要求1所述的血压测量装置，更包含一电动机驱动控制电路，其发出一固定频率的信号，以提供该压电泵固定的驱动频率。
5.如权利要求1所述的血压测量装置，其中该预定充气速率范围为每秒4至6毫米汞柱。
6.如权利要求1所述的血压测量装置，更包括一压力传感器，用以在气体充入该气囊内的过程中，监测该气囊内的压力。
7.如权利要求1所述的血压测量装置，其中该压电泵更用以将气体导出该气囊内。
8.一种具有压电泵的血压测量装置的控制方法，其中：
该血压测量装置包括：
一具有气囊的腕带，缠绕在一待测部位上；
一压电泵，连接至该气囊，用以将气体充入该气囊内；
一压力传感器，连接至该气囊，用以监测该气囊内的压力；以及
一微控制器，该微控制器在该压电泵的一充气过程中，从该压力传感器接收多个压力信号；
该控制方法包括以下步骤：
(a)提供压电泵一固定的驱动频率及一驱动电压电平，以持续将气体充入该气囊内；
(b)该微控制器依据该压力传感器感测的所述多个压力信号判断压电泵的一充气速率，若该充气速率比一预定的充气速率范围快，则该微控制器降低该驱动电压电平，使该充气速率减缓至该预定的充气速率范围内；以及
(c)该微控制器将所述多个压力信号换算成一血压值。
9.一种具有压电泵的血压测量装置的控制方法，其中：
该血压测量装置包括：
一具有气囊的腕带，缠绕在一待测部位上；
一压电泵，连接至该气囊，用以将气体充入该气囊内；
一压力传感器，连接至该气囊，用以监测该气囊内的压力；以及
一微控制器，该微控制器在该压电泵的一充气过程中，从该压力传感器接收多个压力信号；
该控制方法包括以下步骤：
(a)提供压电泵一固定的驱动频率及一驱动电压电平，以持续将气体充入该气囊内；
(b)该微控制器依据该压力传感器感测的所述多个压力信号判断压电泵的一充气速率，若该充气速率比该预定的充气速率范围慢，则该微控制器升高该驱动电压电平，使该充气速率加快至该预定的充气速率范围内；以及
(c)该微控制器将所述多个压力信号换算成一血压值。
10.权利要求8或9所述的控制方法，更包括在该(a)步骤之后，该微控制器通过该压力传感器感测脉动，若没有脉动，则对该气囊进行泄气。
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