CN109330571A - 一种弹性光电传感器模组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种弹性光电传感器模组,主要应用于基于光学检测的人体心率,血氧饱和度,血压等生理参数的监测。所述模组包括传感器结构件(1)、弹性伸缩单元(2),传感器窗口组(3)以及光电传感器(4),其中传感器结构件(1)主要为所述传感器装置提供结构支撑,弹性伸缩单元(2)为所述装置提供弹力,传感器窗口组(3)为信号通路,光电传感器(4)为基本的信号检测单元。
Description
技术领域
本发明属于健康监测传感器,特别涉及基于光学检测的人体心率,血氧饱和度,血压等生理参数的监测。
背景技术
基于光电技术原理检测人体生理参数已广泛应用于临床危重症患者的监护、术中麻醉过程监护以及术后患者的恢复情况、睡眠呼吸暂停综合征筛查管理和社区医疗监护等方面,具有安全可靠、连续实时以及无创伤的特点,对其原理的不断深入研究以及测量方法的不断改进,促进了人体心率、血氧饱和度及血压检测技术的发展,设计出一种能够在多种通用的健康管理场景下进行监测的弹性光电传感器模组是很有意义的,基于“互连网+健康医疗”的使用场景也要求新一代的检测设备具有智能化、硬件微型化和低功耗的特点,可以在以家庭为中心的健康管理体系中提供多种生理参数的实时监测,为疾病的早期筛查、诊断和个人的健康护理提供帮助。
发明内容
针对现有技术上存在的不足,本发明的目的在于提供一种弹性光电传感器模组,从而实现舒适佩戴的情况下保证基于光电检测原理的生理信号的测量准确性,适应在人体不同部位的生理参数检测,提高信噪比。
为了实现上述目的,本发明公开了一种弹性光电传感器模组,主要应用于基于光学原理的人体心率,血氧饱和度,血压等生理参数的监测装置,可以提供稳定、可靠的原始脉搏波动信号。该传感器模组包括传感器结构件、弹性伸缩单元、传感器窗口组以及光电传感器,其中传感器结构件主要为弹性光电传感器模组提供结构支撑,弹性伸缩单元为弹性光电传感器模组提供弹力,传感器窗口组为信号通路,光电传感器为基本的信号检测单元。
本发明的弹性光电传感器模组,选用金属、硅胶等材质,其有以下特征:1.加工、制作简便,2.模组密闭,绝缘性能好,3.空间利用率高,适用于小型化结构设计。
进一步地,本发明的弹性光电传感器模组中的弹性伸缩单元提供的弹力可调,使用弹簧,则弹性势能计算公式为其中k为弹性系数,x为弹簧弹性限度内的形变量;使用金属弹片,则弹力计算公式其中,b为弹片宽度,h为弹片厚度,e为弹性系数,δ为新变量,l为弹片长度,弹力可调的一个优点是可以使得传感器模组与被检测组织有较好的接触,同时提高舒适性。
进一步地,本发明的弹性光电传感器模组中的传感器窗口组位于弹性光电传感器模组的正上方,其顶部与人体接触,由硅胶等生物相容性胶成型,形成水滴形的凸起,进一步地保证良好的接触。
本发明的有益效果:本发明设计了一种弹性光电传感器模组,该模组加工、制作简便,一致性好,加工过程中由胶灌封,具有良好的密闭,绝缘性能,体积小巧,适用于小型化结构设计,伸缩单元弹性可调,使光电传感器与组织紧密贴合,可以在保证信号质量的前提下,提高佩戴的舒适性,所述模组可应用与长时间连续脉搏波血氧饱和度、心率监测以及无创连续血压监测等需要光电传感器模组的使用场景中,应用前景广阔。
附图说明
图1为根据本发明的一个实施例的基本框图。
图2为根据本发明的一个实施例的光电传感器与传感器窗口的示意图。
图3为根据本发明的一个实施例的结构件示意图。
图4为根据本发明的一个实施例光电传感器行程示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合附图及具体实施方式,进一步阐述本发明。
随着智能可穿戴设备的发展,手环和手表的产品形态已经逐渐清晰,在测量日常活动数据和记录轨迹之外,追求小巧和轻薄也是这一领域的一大趋势,对于可穿戴健康、医疗领域而言,用新形态的装置弱化医疗设备的属性而同时保证数据精度则有更大的研究、应用前景,因此,一种小型化、高性能并且加工制作简便的传感器模组的设计是十分有价值的。在检测原理上,基于光电容积脉搏波描记法(PPG)的检测技术可以在不同的部位实现人体脉搏波波形的实时描记,用于基于脉搏波的相关生理参数监测领域,在具体的实施方式上,选用反射式的传感器设计,优化的传感器设置方案,可以有效减少个体差异,提高设备的可靠性。
图1显示了根据本发明的一个实施例的基本框图,包括传感器结构件1,为弹性光电传感器模组提供结构支撑。传感器结构件1包括底部结构件1-1和可活动的顶部结构件1-2,其中,底部结构件1-1,用于所述光电传感器模组与外部电路板的固定,顶部结构件1-2,用于支撑所述传感器模组的整体结构,挡板1-3,用于遮挡光电传感器中光直接从发光传感器阵列4-1,4-2直接照射到光电接收管4-3的部分,底部结构件1-1和可活动的顶部结构件1-2通过倒钩连接,顶部结构件1-2可在受外力压迫时可以整体缩回底部结构件1-1中;弹性伸缩单元2由金属弹簧、金属弹片或硅胶等弹性材料、结构组成,为所述的光电传感器模组提供弹性;传感器窗口组3位于光电传感器模组正上方,传感器窗口组3包含导光柱,玻璃,半透膜/硅胶中的任意一种或其组合,其顶部(与人体接触部分)由硅胶等生物相容性胶成型,形成水滴形的凸起,传感器窗口组3包括三个传感器窗口3-1,3-2,3-3,其中传感器窗口3-1,3-2分别位于发光二极管阵列4-1,4-2正上方,传感器窗口3-3位于光电接收管4-3正上方,这部分为光电信号提供通路,同时,可以提供良好的接触;所述的光电传感器4由几何对称的发光二极管阵列4-1,4-2和光电接收管4-3组成,属于所述光电传感器模组的信号(光电容积脉搏波)检测单元,光电传感器电气连接接口4-4为外部电路连接接口,实现信号的输入输出控制,在弹性伸缩单元2和外部组织压力的共同作用下,光电传感器4的行程可以从所述传感器模组底部4-5活动到传感器模组到所述传感器模组的顶部4-6。该弹性光电传感器模组可以使用绝缘材料填充形成密闭、绝缘腔体,绝缘材料包括硅胶、绝缘漆等。
图2显示了本发明的一个实施例的光电传感器与传感器窗口的示意图,传感器窗口组3位于光电传感器模组正上方,有水滴形的凸起,其中传感器窗口3-1,3-2分别位于发光二极管阵列4-1,4-2正上方,传感器窗口3-3位于光电接收管4-3正上方,这部分为光电信号提供通路,同时,可以提供良好的接触,在发光二极管阵列4-1,4-2和光电接收管4-3中间,结构件1-3阻断了光直接从发光二极管传输到光电接收管的通路。
图3显示了本发明的一个实施例的结构件示意图,1-1为底部结构件,用于所述光电传感器模组与外部电路板的固定,1-4,1-5为底部结构件上的凸起触角,可用于焊接,1-8为凹形空轨,为顶部结构件1-2,上的倒钩1-6,1-7提供移动的轨道。1-3为挡板,用于遮挡光电传感器中光直接从发光传感器阵列4-1,4-2直接照射到光电接收管4-3的部分;底部结构件1-1和可活动的顶部结构件1-2通过倒钩连接,顶部结构件1-2可在受外力压迫时可以整体缩回底部结构件1-1中,结构件外部及连接处用硅胶、绝缘漆等材料填充形成密闭、绝缘腔体。
图4显示了本发明的一个实施例光电传感器行程示意图,光电传感器4在弹性伸缩单元2和外部组织压力的共同作用下,行程可以从所述传感器模组底部4-5活动到传感器模组到所述传感器模组的顶部4-6。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种弹性光电传感器模组,其特征在于,包括传感器结构件(1)、弹性伸缩单元(2)、传感器窗口组(3)以及光电传感器(4);其中,所述传感器结构件(1)为所述弹性光电传感器模组提供结构支撑;弹性伸缩单元(2)为所述弹性光电传感器模组提供弹力;传感器窗口组(3)为信号通路,位于所述弹性光电传感器模组的最上方,且所述传感器窗口组(3)的顶部与人体接触;光电传感器(4)为基本的信号检测单元,能够收发光电信号,位于所述传感器窗口组(3)的下方。
2.根据权利要求1所述的弹性光电传感器模组,其特征在于,所述传感器结构件(1)的材料包括金属、塑料或硅胶,形成凸字形或品字形结构,所述传感器结构件(1)包括底部结构件(1-1)和可活动的顶部结构件(1-2),两者通过倒钩连接,顶部结构件(1-2)在受外力压迫时能够整体缩回底部结构件(1-1)中。
3.根据权利要求1所述的弹性光电传感器模组,其特征在于,所述弹性伸缩单元(2)由弹性材料、结构组成,包括金属弹簧、金属弹片或硅胶。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的弹性光电传感器模组,其特征在于,所述弹性伸缩单元(2)与所述光电传感器(4)形成一体结构,所述的光电传感器(4)包括几何对称的第一发光二极管阵列(4-1)和第二发光二极管阵列(4-2),以及位于所述第一发光二极管阵列(4-1)和所述第二发光二极管阵列(4-2)中间的光电接收管(4-3)。
5.根据权利要求1所述的弹性光电传感器模组,其特征在于,所述传感器窗口组(3)包括导光柱、玻璃、半透膜和/或硅胶中的任意一种或几种的组合,所述传感器窗口组(3)由生物相容性胶成型,形成水滴形的凸起,
所述传感器窗口组(3)包括三个传感器窗口(3-1,3-2,3-3),其中,第一传感器窗口(3-1)和第二传感器窗口(3-2)分别位于所述第一发光二极管阵列(4-1)和所述第二发光二极管阵列(4-2)的正上方,第三传感器窗口(3-3)位于光电接收管(4-3)的正上方。
6.根据权利要求1-3或5中任意一项所述的弹性光电传感器模组,其特征在于所述弹性光电传感器模组使用绝缘材料填充形成密闭、绝缘腔体。
7.根据权利要求4所述的弹性光电传感器模组,其特征在于所述弹性光电传感器模组使用绝缘材料填充形成密闭、绝缘腔体。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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