CN109009011B - 一种非接触式脉搏测量设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种非接触式脉搏测量设备，其处理模块以及均与所述处理模块相连接的红外探测器、光源模块、信号采集模块、显示模块以及供电模块；所述处理模块首先控制所述光源模块发射探测红外线，并通过红外探测器接收所述探测红外线的第一反射线，并在根据所述第一反射线识别到测量设备处于使用状态时，处理模块控制所述光源模块发射脉搏红外，通过信号采集模块接收所述脉搏红外线的第二反射线，所述信息采集模块将所述第二反射线转换为电信号并传输至处理模块，处理模块根据所述电信号采集脉搏数据，并将采集的脉搏数据显示于显示模块，从而实现了采用非接触形式采集脉搏数据，提高了脉搏测量设备的使用范围。

Description

一种非接触式脉搏测量设备

技术领域

本申请涉及医疗电子测量技术领域，特别涉及一种非接触式脉搏测量设备。

背景技术

随着社会压力增大，人们越来越重视心血管健康，因此脉搏仪器的需求越来越大，人们对脉搏仪器的标准越来越高。然而，现有的脉搏仪普遍采用接触式测量，借助传感器接触生命体皮肤表面以感知生命体血液充盈情况，再转换成对应的脉搏波形。这样的测量设备的测量部位一般限制在人体腕部或手指，并且要求佩戴相关传感器，限制了测量设备的适用人群以及场合。此外，佩戴测量设备限制了被测对象的行动，长时间佩戴甚至会对其身体带来一定程度的损失。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本申请旨在提供一种非接触式脉搏测量设备，以实现采用非接触的方式测量脉搏数据。

为了解决上述技术问题，本申请所采用的技术方案如下：

一种非接触式脉搏测量设备，其包括：处理模块、红外探测器、光源模块、信号采集模块、显示模块以及供电模块；所述红外探测器与所述处理模块相连接以形成信号探测支路；所述信号采集模块与所述处理模块相连接以形成脉搏采集支路；所述显示模块与所述处理模块相连接以形成显示支路；所述供电模块与所述处理模块相连接，以为所述处理模块供电；所述光源模块与所述处理模块相连接，通过所述处理模块控制所述光源模块发射探测红外光或脉搏红外光。

所述非接触式脉搏测量设备，其中，所述信号探测支路通过红外探测器识别光源模块发送的探测红外线的第一反射光线，并根据所述第一反射光线识别所述测量设备所处工作状态。

所述非接触式脉搏测量设备，其中，所述脉搏采集支路通过信号采集模块接收光源模块发送的脉搏红外线的第二反射光线，将所述第二反射光线转换为电信号并将所述电信号传输至处理模块，处理模块根据所述电信号计算脉搏信息，并将控制所述显示模块显示所述脉搏信息。

所述非接触式脉搏测量设备，其中，所述信号采集模块包括光路系统、光电转换器以及整形放大电路；光路系统采集的光源模块发送的脉搏红外线的第二反射光线进入所述光电转换器，通过所述光电转换器转换为电信号，所述电信号经过整形放大电路后传输至处理模块。

所述非接触式脉搏测量设备，其中，所述光路系统包括菲涅尔透镜系统和滤光片；所述菲涅尔透镜系统与所述滤光片同轴布置，所述第二反射光线经过所述滤光片后进入菲涅尔透镜系统，并经过所述菲涅尔透镜系统后进入光电转换器。

所述非接触式脉搏测量设备，其中，所述菲涅尔透镜系统为面阵型菲涅尔透镜透系统，所述面阵型菲涅尔透镜系统包含的所有菲涅尔透镜的焦点重合，其中，所述各菲涅尔透镜透的焦点聚焦于位于面阵中心的菲涅尔透镜透的焦点处。

所述非接触式脉搏测量设备，其还包括存储模块以及接口模块，所述存储模块分别所述处理模块以及接口模块相连接，所述存储模块接收并存储所述处理模块采集的脉搏数据，并将所述脉搏数据通过接口模块传输至外部设备。

所述非接触式脉搏测量设备，其还包括无线模块，所述无线模块与所述处理模块，以通过所述无线模块与外部设备进行无线通讯，并将所述处理模块采集的脉搏数据发送至外部设备。

所述非接触式脉搏测量设备，其还包括：按键模块、时钟模块、照明模块以及语音模块中的一种或多种，所述按键模块、时钟模块、照明模块以及语音模块中的一种或多种均与所述处理模块相连接。

一种非接触式脉搏测量方法，其应用权利要求1-9任一所述的非接触式脉搏测量设备，所述方法具体包括：

当测量设备处于启动状态时，光源模块发射探测红外线；

红外探测器接收所述探测红外线的第一反射光线，并根据所述第一反射光线识别所述测量设备所处的工作状态；

当测试设备处理使用状态时，处理模块控制光源模块发射脉搏红外线；

信号采集模块接收所述脉搏红外线的第二反射光线，并将所述反射光线转换为数字信号后传输至处理模块；

处理模块对所述数字信号进行计数以及波形处理，以得到脉搏数据以及脉搏波形；

显示模块显示所述脉搏数据以及脉搏波形。

有益效果：与现有技术相比，本申请提供了一种非接触式脉搏测量设备，其处理模块以及均与所述处理模块相连接的红外探测器、光源模块、信号采集模块、显示模块以及供电模块；所述处理模块首先控制所述光源模块发射探测红外线，并通过红外探测器接收所述探测红外线的第一反射线，并在根据所述第一反射线识别到测量设备处于使用状态时，处理模块控制所述光源模块发射脉搏红外，通过信号采集模块接收所述脉搏红外线的第二反射线，所述信息采集模块将所述第二反射线转换为电信号并传输至处理模块，处理模块根据所述电信号采集脉搏数据，并将采集的脉搏数据显示于显示模块，从而实现了采用非接触形式采集脉搏数据，提高了脉搏测量设备的使用范围。

附图说明

图1为本申请提供的非接触式脉搏测量设备的实施例的结构原理图。

图2为本申请提供的非接触式脉搏测量设备的实施例的结构示意图。

图3为本申请提供的非接触式脉搏测量设备的实施例中光路系统的原理图。

图4为本申请提供的非接触式脉搏测量设备的实施例中面阵型菲涅尔透镜系统的原理图。

图5为本申请提供的非接触式脉搏测量方法的实施例的流程图。

具体实施方式

本申请提供一种非接触式脉搏测量设备，为使本申请的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本申请进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

下面结合附图，通过对实施例的描述，对申请内容作进一步说明。

实施例一

本实施例提供了一种非接触式脉搏测量设备，如图1所示，其包括：处理模块1、红外探测器3、光源模块4、信号采集模块2、显示模块5以及供电模块6；所述红外探测器3、光源模块4、信号采集模块2、显示模块5以及供电模块6均与所述处理模块1相连接。其中，所述红外探测器3与所述处理模块1形成信号探测支路，通过所述信号探测支路检测所述测量设备所处的工作状态，所述工作状态包括开机使用状态以及开机未使用状态。所述信号采集模块2与处理模块1形成脉搏采集支路，通过所述脉搏采集支路采用受测者的脉搏数据；所述显示模块5与处理模块1形成显示支路，通过所述显示支路显示采集的脉搏数据；所述供电模块6为所述处理模块1供电，并通过所述处理模块1为所述红外探测器3、光源模块4、信号采集模块2以及显示模块5供电。这样通过信息采集模块接收光源模块发送光线的反射线，并根据所述反射线获取脉搏数据，实现了采用非接触形式采集脉搏数据，提高了脉搏测量设备的使用范围。在实际应用中，如图2所示，所述测量设备可以包括一壳体，所述处理模块、红外探测器、信号采集模块以及供电模块可以设置于所述壳体内，并且所述壳体上设置有红外探测口和信号采集口，所述红外探测口与红外探测器相对设备，所述信号采集口与信号采集模块相对设置。所述光源模块以及显示模块设置于所述壳体上。

所述光源模块4用于根据处理模块1的控制指令产生并发射光线。所述光源模块4为红外线光源模块，其可以发射红外线，以便于所述红外探测器3以及信号采集模块2接收光源模块发射的光线的反射光线。在本实施例中，所述红外探测器3用于接收探测红外线的第一反射光线，并根据接收到第一反射光线来识别所述测量设备所处的工作状态，所述信号采集模块2用于接收脉搏红外线的第二反射光线，并根据接收到的第二反射光线获取脉搏数据。相应的，所述光源模块4可以发射两种红外光线，分别为探测红外线和脉搏红外线。所述探测红外线和所述脉搏红外线在不同情况发射，当测量设备启动时，光源模块4发射探测红外线，通过所述探测红外线以及红外探测器3来识别测量设备所处的工作状态。当测试设备处于被使用状态（即受测者处于测量设备前方）时，光源模块4发射脉搏红外线，通过脉搏红外线以及信号采集模块2获取受测者的脉搏信号，以便于处理模块1根据所述脉搏信号提取受测者的脉搏数据。其中，所述脉搏红外线优选为805nm的红外线。

此外，所述光源模块4可以通过I/O接口与所述处理模块1相连接，并且所述光源模块4与处理模块1的两个I/O接口相连接，通过所述两个I/O接口向所述光源模块4输出发射红外线的控制信号。所述两个I/O接口中的一个接口用于向光源模块输出发射探测红外线的第一控制信号，另一接口用于向光源模块输出发射脉搏红外线的控制信号，以使得光源模块根据I/O接口接收到的控制信号产生相应的红外线，并将所述产生的红外线照射于受试者，在本实施例中，所述光源模块4产生的红外线优选于照射于用户的额头，并通过红外探测器3以及信号采集模块2接收额头对照射其上的红外线进行反射的反射光线。

所述红外探测器3用于检测测量设备所处的工作状态，其中，所述工作状态包括未处于使用状态以及处于使用状态。所述处于使用状态指的是受测者处于测量设备的前方，所述未处理使用状态指的是受测者未处于测量设备的前方。也就是说，所述红外探测器3与所述处理模块1形成的信号探测支路用于通过红外探测器3识别光源模块4发送的探测红外线的第一反射光线，并根据所述第一反射光线识别所述测量设备所处工作状态。在本实施例中，所述红外探测器3通过接收光源模块发送的探测红外线的第一反射光线来识别测试设备前方是否存在受测者，当识别到受测者时，判断所述测量设备处于使用状态，并且将处于使用状态的信息发送至处理模块1，所述处理模块1通过I/O端口向光源模块输出发射脉搏红外线的第一控制信号，以使得光源模块4根据所述控制信号产生并发送脉搏红外线。此外，所述红外探测器3在测量设备启动时，实时接收探测红外线的第一反射光线以确定测量设备所处的工作状态。所述探测红外线为在测量设备启动时，处理模块1通过I/O端口向光源模块4输出发送探测红外线的第一控制信号，光源模块4根据所述第一控制信号产生并发射的探测红外线。

所述脉搏采集支路基于结合朗伯-比尔定律，当红外光照射至人体头部表面，部分光线会反射至光路系统，聚集光线后进行光电转换即可以得到反射光线形成的电信号，并且当心脏收缩则外围血容量大，光线吸收量大，反射的光线强度小；反之，当心脏舒张时，反射光线强度大，从而使光电信号采集器接受到的光线强度随心脏缩张变化而变化。因而可以根据反射光线的提取脉搏信息。相应的，所述脉搏采集支路用于通过信号采集模块2接收光源模块4发送的脉搏红外线的第二反射光线，将所述第二反射光线转换为电信号并将所述电信号传输至处理模块1，处理模块1根据所述电信号计算脉搏信息。其中，信号采集模块2包括光路系统21、光电转换器22以及整形放大电路23；所述光路系统21与所述光电转换器22相连接，所述光电转换器22与所述整形放大电路23相连接，所述整形放大电路23与所述处理模块1相连接。所述光路系统21用于接收光源模块4产生的脉搏红外线的第二反射光线，并将接收到第二反射光线输出至光电转换器22，所述光电转换器22将所述第二反射光线转换为电信号，并将所述电信号输出至整形放大电路23，所述整形放大电路23将所述电信号进行放大以及数模转换，以将所述电信号转换为矩形波信号，并将所述矩形波信号输出至处理模块1，通过所述处理模块1采集受测者的脉搏数据。

进一步，如图3所示，所述光路系统21可以包括菲涅尔透镜系统212和滤光片211；所述菲涅尔透镜系统212与所述滤光片212同轴布置，并且所述滤光片211位于所述菲涅尔透镜系统212的前方。所述第二反射光线先经过滤光片211进行过滤，过滤后的第二反射光线进入菲涅尔透镜系统212，通过所述菲涅尔透镜系统212进行聚焦，聚焦后的第二反射光线进入光电转换器22，通过所述光电转换器22进行光电转换。这里首先通过滤光片滤除外界干扰的光线，减少脉搏数据的误差。同时，还可以通过菲涅尔透镜系统对第二反射光线进行聚焦，可以增强第二反射光线的光线强度，提高光路系统采集微弱光线的能力，从而提高了测量设备的测量能力以及准确性。

同时在本实施例中，所述菲涅尔透镜系统212为利用机械原理设计出的复合型菲涅尔透镜系统。所述复合型菲涅尔透镜系统为面阵型涅尔透镜系统，并且构成所述面阵型涅尔透镜系统的各涅尔透镜的焦点聚集成同一点。这样可以形成焦点叠加效应，多重透镜的焦点重合，使得菲涅尔透镜系统具有超高聚集光线的能力，大大地提高光强，从而可以使得本申请的测量设备可以通过非接触的形式接收长距离的脉搏红外线的第二反射光线，提高了测量设备的测量距离。在本实施例中，所述测量设备的测量距离范围优选为10cm到45cm。此外，如图4所示，所述复合型菲涅尔透镜系统优选为3*3面阵型菲涅尔透镜，9个菲尼尔透镜经过焦点角度校正后，各个透镜的第二反射光线沿着各个角度聚焦于聚集主路径，并且所述各菲涅尔透镜透的焦点聚焦于位于面阵中心的菲涅尔透镜透的焦点。

进一步，所述整形放大电路23可以包括滤波器、放大系统和比较器，所述滤波器、放大系统以及比较器依次连接以形成所述整形放大电路。所述滤波器采用带通有源滤波器，以对光电转换器转换得到的电信号进行滤波处理；所述放大系统为采用LM324芯片搭建二级放大系统，通过所述放大系统进行同向线性放大；所述比较器对放大后的电信号进行波形整形，以使得电信号变为数字信号。

同时在本实施例中，所述处理模块1可以采用MA805-32AD44芯片，通过信号采集模块2采集得到的脉搏信号的数字信号传输至处理模块1，所述处理模块1，经计数处理可得出脉搏数据，根据脉搏数据生成脉搏波形，并通过ADC端口将脉搏波形输出至显示模块，以使得所述显示模块显示脉搏波形以及脉搏数据等。在本实施例中，所述处理模块1计算脉搏数据过程可以，处理模块1对接收到脉搏信号的数字信号进行定时（例如，每隔10ms等）采样并将数值赋入数组，处理模块1对脉搏数据的最大最小值进行标定，在计算当前周期的脉搏数据后，计算各个周期的差值时间，根据差值时间取平均能得到受测者的平均心率，然后对脉搏波形进行积分运算并结合脉搏系数算法得出一系列脉搏数据，其中，所述脉搏数据可以包括心率、心搏出量、心输出量、全血粘度、外周阻力以及动脉顺应性等。

进一步，所述非接触式脉搏测量设备还可以包括存储模块7、接口模块8、无线模块、按键模块9、时钟模块10、照明模块12以及语音模块中11的一种或多种，所述存储模块7、无线模块、按键模块9、时钟模块10、照明模块12以及语音模块11中的一种或多种均与处理模块1相连接，并均通过所述供电模块6进行供电。所述供电模块6可以为电池模块，也可以是电源适配器。也就是说，所述非接触式脉搏测量设备可以自带电源，也可以通过外接电源供电。在本实施例中，所述供电系统优选为电池模块，所述电池模块可以为锂电池等。此外，所述存储模块7与接口模块8，所述存储模块7接收并存储所述处理模块1采集的脉搏数据，并将所述脉搏数据通过接口模块8传输至外部设备。所述无线模块用于与外部设备进行无线通讯，并将所述处理模块1采集的脉搏数据发送至外部设备。所述时钟模块10可显示具体日期时间，并具有闹钟功能。所述按键模块9可以对非接触式脉搏测量产生控制指令，例如，通过按键模块设置闹钟提醒用户日常测量脉搏，开关测量设备等。所述语音模块可以通过语音播报采集得到的脉搏数据。此外，所述显示模块采用OLED显示屏，并且其包括上屏和下屏。所述上屏用于显示日期和时间，所述下屏用于显示脉搏数据和脉搏波形。

实施例二

本实施例提供了一种非接触式脉搏测量方法，其应用上述实施例所述的非接触式脉搏测量设备，如图5所示，所述方法具体包括：

S10、当测量设备处于启动状态时，光源模块发射探测红外线；

S20、红外探测器接收所述探测红外线的第一反射光线，并根据所述第一反射光线识别所述测量设备所处的工作状态；

S30、当测试设备处理使用状态时，处理模块控制光源模块发射脉搏红外线；

S40、信号采集模块接收所述脉搏红外线的第二反射光线，并将所述反射光线转换为数字信号后传输至处理模块；

S50、处理模块对所述数字信号进行计数以及波形处理，以得到脉搏数据以及脉搏波形；

S60、显示模块显示所述脉搏数据以及脉搏波形。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种非接触式脉搏测量设备，其特征在于，其包括：处理模块、红外探测器、光源模块、信号采集模块、显示模块以及供电模块；所述红外探测器与所述处理模块相连接以形成信号探测支路；所述信号采集模块与所述处理模块相连接以形成脉搏采集支路；所述显示模块与所述处理模块相连接以形成显示支路；所述供电模块与所述处理模块相连接，以为所述处理模块供电；所述光源模块与所述处理模块相连接，通过所述处理模块控制所述光源模块发射探测红外光或脉搏红外光；

所述信号探测支路通过红外探测器识别光源模块发送的探测红外线的第一反射光线，并根据所述第一反射光线识别所述测量设备所处工作状态；

所述工作状态包括未处于使用状态以及处于使用状态，所述处于使用状态指的是受测者处于测量设备的前方，所述未处于使用状态指的是受测者未处于测量设备的前方；

所述脉搏采集支路通过信号采集模块接收光源模块发送的脉搏红外线的第二反射光线，将所述第二反射光线转换为电信号并将所述电信号传输至处理模块，处理模块根据所述电信号计算脉搏信息，并将控制所述显示模块显示所述脉搏信息；

所述光源模块发射两种红外光线，分别为探测红外线和脉搏红外线；

所述光源模块与处理模块的两个I/O接口相连接，通过所述两个I/O接口向所述光源模块输出发射红外线的控制信号，所述两个I/O接口中的一个接口用于向光源模块输出发射探测红外线的第一控制信号，另一接口用于向光源模块输出发射脉搏红外线的控制信号，以使得所述光源模块根据I/O接口接收到的控制信号产生相应的红外线，并将产生的红外线照射于用户；

所述信号采集模块包括光路系统、光电转换器以及整形放大电路；所述光路系统采集的光源模块发送的脉搏红外线的第二反射光线进入所述光电转换器，通过所述光电转换器转换为电信号，所述电信号输出至所述整形放大电路，所述整形放大电路将所述电信号转换为数字信号，并将所述数字信号输出至所述处理模块；

所述光路系统包括菲涅尔透镜系统和滤光片；所述菲涅尔透镜系统与所述滤光片同轴布置，所述第二反射光线经过所述滤光片后进入菲涅尔透镜系统，并经过所述菲涅尔透镜系统后进入光电转换器；

所述菲涅尔透镜系统为面阵型菲涅尔透镜透系统，所述面阵型菲涅尔透镜系统包含的所有菲涅尔透镜的焦点重合，其中，所述各菲涅尔透镜透的焦点聚焦于位于面阵中心的菲涅尔透镜透的焦点处。

2.根据权利要求1所述非接触式脉搏测量设备，其特征在于，其还包括存储模块以及接口模块，所述存储模块分别所述处理模块以及接口模块相连接，所述存储模块接收并存储所述处理模块采集的脉搏数据，并将所述脉搏数据通过接口模块传输至外部设备。

3.根据权利要求1非接触式脉搏测量设备，其特征在于，其还包括无线模块，所述无线模块与所述处理模块，以通过所述无线模块与外部设备进行无线通讯，并将所述处理模块采集的脉搏数据发送至外部设备。

4.根据权利要求1非接触式脉搏测量设备，其特征在于，其还包括：按键模块、时钟模块、照明模块以及语音模块中的一种或多种，所述按键模块、时钟模块、照明模块以及语音模块中的一种或多种均与所述处理模块相连接。

5.一种非接触式脉搏测量方法，其应用权利要求1-4任一所述的非接触式脉搏测量设备，所述方法具体包括：

当测量设备处于启动状态时，光源模块发射探测红外线；

红外探测器接收所述探测红外线的第一反射光线，并根据所述第一反射光线识别所述测量设备所处的工作状态；

当测试设备处理使用状态时，处理模块控制光源模块发射脉搏红外线；

信号采集模块接收所述脉搏红外线的第二反射光线，并将所述反射光线转换为数字信号后传输至处理模块；

处理模块对所述数字信号进行计数以及波形处理，以得到脉搏数据以及脉搏波形；

显示模块显示所述脉搏数据以及脉搏波形。

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