CN109730691B - 检测特殊作业人员身体指标仪器的信号补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了检测特殊作业人员身体指标仪器的信号补偿装置，所述温度补偿电路实时检测特殊作业人员作业环境的温度，与医学传感器适宜工作温度进行比较，温度高或低时，一路经制冷片H1对医学传感器进行降温/升温，另一路通过单结管Q1控制运算放大器AR4对+0.2V进行放大，作为测量误差补偿信号进入差动采集补偿电路与传感器输出的信号耦合，之后经运算放大器AR1、AR2、AR3为核心的差分放大电路抑制共模干扰、放大传感器输出的信号，其中为满足ARM芯片对信号幅度的要求，通过MOS管T1反馈进行调节，最后经运算放大器AR6、AR7、二极管D1、电容C3组成的信号保持电路保持0.3S后传输到生命体征检测仪中ARM芯片，避免了传感器信号传输受作业环境噪声干扰及衰减的问题。

Description

检测特殊作业人员身体指标仪器的信号补偿装置

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，特别是涉及检测特殊作业人员身体指标仪器的信号补偿装置。

背景技术

特殊作业人员，是指在特殊环境直接从事特殊种类作业的从业人员，也指容易发生事故，对操作者本人、他人的安全健康及设备、设施的安全可能造成重大危害的作业，如高低压电工作业、煤矿井下作业、消防作业等， 为保障特殊作业人员的生命安全，需实时对特殊作业人员的身体指标进行检测，目前主要采用便携式生命体征检测仪检测生命体征四项基本指标心电、血氧、脉律、血压，具体的通过相应的医学传感器（心电检测传感器、血氧传感器、红外脉搏传感器、血压传感器）进行检测、ARM芯片主板及嵌入式Linux操作系统进行读取、处理、显示趋势数据和趋势图，支持网络通讯，可实现远程监测，然而医学传感器都有适宜的工作温度，作业环境的温度高低会影响检测的精度，另外医学传感器检测信号在传输到ARM芯片过程中，易受作业环境噪声干扰、衰减，影响生命体征检测仪检测特殊作业人员身体指标的精度。

所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供检测特殊作业人员身体指标仪器的信号补偿装置，有效的解决了消防作业时，作业环境的温度高低及信号传输中噪声干扰及衰减，影响生命体征检测仪检测特殊作业人员身体指标的精度的问题。

其解决的技术方案是，包括温度补偿电路、差动采集补偿电路、信号保持电路，其特征在于，所述温度补偿电路通过正温度系数的热敏电阻RT1实时检测特殊作业人员作业环境的温度，转化为电压信号一路经运算放大器AR1与型号为TC-H701H生命体征检测仪工作温度对应的电压信号进行比较，温度高或低时，三极管Q3或Q4导通，制冷片H1接通正向/负向电源，对生命体征检测仪中检测生命体征的传感器进行降温/升温，使生命体征检测仪工作在适宜温度，提高检测精度，另一路经稳压管Z1击穿后改变单结管Q1的导通角，改变由运算放大器AR4为核心的放大器对+0.2V进行不同比例放大，放大后信号作为生命体征检测仪传感器测量误差补偿信号进入差动采集补偿电路，与生命体征检测仪传感器输出的信号耦合，之后经瞬态抑制二极管VD1抑制电磁干扰后经运算放大器AR1、AR2、AR3为核心的差分放大电路抑制共模干扰、放大传感器输出的信号，其中放大信号经电解电容E1反向后改变经电阻R13串MOS管T1漏源间阻值反馈到运算放大器AR3信号的大小，进而调节放大传感器输出信号的大小，最后经运算放大器AR6、AR7、二极管D1、电容C3组成的信号保持电路获取差动采集补偿电路输出信号并保持0.3S后传输到生命体征检测仪中ARM芯片。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点；

1，实时检测特殊作业人员作业环境的温度，与检测身体指标的医学传感器适宜工作温度进行比较，温度偏差5℃以上时，相应的稳压管Z1或Z2导通，触发三极管Q3或Q4导通，制冷片H1接通正向/负向电源，对生命体征检测仪中检测生命体征的传感器进行降温/升温，使工作在适宜温度，用于提高传感器检测精度；

温度偏差5℃以上时，信号还加到单结管Q1的发射极，改变单结管Q1的导通角，改变由运算放大器AR4为核心的放大器对+0.2V进行不同比例放大，放大后信号为生命体征检测仪传感器测量误差补偿信号，进一步提高了传感器检测精度；

2，经测量误差补偿后生命体征检测仪传感器输出的信号，经瞬态抑制二极管VD1抑制电磁干扰后再经运算放大器AR1、AR2、AR3为核心的差分放大电路抑制共模干扰、放大传感器输出的信号，其中放大信号经电解电容E1反向后改变经电阻R13串MOS管T1漏源间阻值反馈到运算放大器AR3信号的大小，进而调节放大传感器输出信号的大小，最后经信号保持电路保持0.3S后将完整的信号传输到生命体征检测仪中ARM芯片，避免了传感器信号受作业环境噪声干扰及衰减的问题，提高了生命体征检测仪检测特殊作业人员身体指标的精度。

附图说明

图1为本发明的电路模块图。

图2为本发明的电路原理图。

图3为本发明的稳压输出电路信号流向图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图3对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

实施例一，检测特殊作业人员身体指标仪器的信号补偿装置，包括温度补偿电路、差动采集补偿电路、信号保持电路，所述温度补偿电路通过正温度系数的热敏电阻RT1实时检测特殊作业人员作业环境的温度，经电阻R1和热敏电阻RT1分压后转化为电压信号，进入运算放大器AR1的反相输入端与同相输入端体现身体指标的医学传感器适宜工作温度（可为型号为TC-H701H生命体征检测仪检测生命体征四项基本指标心电、血氧、脉律、血压的DFRobot单导联心电检测传感器、如EPM2000系列的血氧传感器、HKG-07A红外脉搏传感器、MPS2107血压传感器，如EPM2000系列的血氧传感器，适宜工作温度10℃，每偏离工作温度范围-55℃-70℃的5℃，传感器输出信号正向偏差+0.2V，以下以血氧传感器为例进行详述）对应的电压信号进行比较，温度偏差5℃时，相应的稳压管Z1或Z2导通，一路触发三极管Q3或Q4导通，制冷片H1接通正向/负向电源，对生命体征检测仪中检测生命体征的血氧传感器进行降温/升温，使工作在适宜温度，提高检测精度，另一路经电阻R16和电容C5延时后加到单结管Q1的发射极，改变单结管Q1的导通角，改变由运算放大器AR4为核心的反向放大器对+0.2V进行不同比例放大，放大后信号为生命体征检测仪传感器测量误差补偿信号，所述差动采集补偿电路将接收的温度补偿电路输出的误差补偿信号与型号为TC-H701H的生命体征检测仪（其采用ARM芯片主板及嵌入式Linux操作系统，低功耗设计，4通道波形显示，基本监测内容：心电、血氧、脉律、血压，数字血氧技术，抗电刀干扰，抗运动干扰能力强，支持网络通讯，可与管理系统远程联网，实现体征状态数据的上传汇总和动态显示）中检测生命体征的四项基本指标心电、血氧、脉律、血压的传感器输出的信号耦合，之后经瞬态抑制二极管VD1抑制电磁干扰后，进入运算放大器AR2、AR3、AR5为核心的差分放大电路进行差动平衡放大处理，抑制共模干扰、放大传感器输出的信号，其中运算放大器AR5为减法比例放大器将运算放大器AR2、AR3的输出信号进行减法运算输出差值信号，即消除共模干扰后的传感器输出信号，为满足ARM芯片幅度（0-5V要求），放大后信号低于稳压管Z4稳压值0.7V或高于稳压管Z5的稳压值5.1V时（为补偿后级电路衰减设置0.7V和5.1V），稳压管反向击穿的经电解电容E1反向后加到MOS管T1的栅极，改变MOS管T1漏源间阻值（电阻R14和电容C2为缓冲电路，保护MOS管T1），进而改变电阻R13、MOS管T1漏源间阻值对运算放大器AR5输出差值信号分压后反馈到运算放大器AR5输入端信号的大小，调节运算放大器AR5减法比例放大器放大信号的大小，通过运算放大器AR6、AR7、二极管D1、电容C3组成的信号保持电路保持0.3S后稳定的传输到生命体征检测仪中ARM芯片，避免特殊作业人员身体指标变化快时，信号没有完整的传输到ARM芯片被下个信号替换，造成ARM芯片接收信号不精确的问题。

实施例二，在实施例一的基础上，所述信号保持电路接收差动采集补偿电路输出信号，通过运算放大器AR6、AR7、二极管D1、电容C3组成的信号保持电路保持0.3S后稳定的传输到生命体征检测仪中ARM芯片，避免特殊作业人员身体指标变化快时，信号没有完整的传输到ARM芯片被下个信号替换，造成ARM芯片接收信号不精确的问题，包括运算放大器AR6，运算放大器AR6的同相输入端连接运算放大器AR5的输出端，运算放大器AR6的输出端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极分别连接接地电容C3的一端、运算放大器AR7的同相输入端，运算放大器AR6的反相输入端连接电阻R21的一端，电阻R21的另一端分别连接运算放大器AR7的反相输入端、运算放大器AR7的输出端，运算放大器AR7输出端输出信号传输到生命体征检测仪中ARM芯片；

所述温度补偿电路通过正温度系数的热敏电阻RT1实时检测特殊作业人员作业环境的温度，经电阻R1和热敏电阻RT1分压后转化为电压信号，进入运算放大器AR1的反相输入端与同相输入端（型号为TC-H701H生命体征检测仪传感器适宜工作温度10℃（如EPM2000系列的血氧传感器，每偏离工作温度范围-55℃-70℃的5℃，传感器输出信号正向偏差+0.2V）对应的电压信号进行比较，温度高于上限或低于下限时，相应的稳压管Z1或Z2导通，一路触发三极管Q3或Q4导通，制冷片H1接通正向/负向电源，对生命体征检测仪中检测生命体征的传感器进行降温/升温，使生命体征检测仪工作在适宜温度，提高检测精度，另一路经电阻R16和电容C5延时后加到单结管Q1的发射极，改变单结管Q1的导通角，改变由运算放大器AR4为核心的反向放大器对+0.2V进行不同比例放大，放大后信号为生命体征检测仪传感器测量误差补偿信号，包括热敏电阻RT1，热敏电阻RT1的一端分别连接电阻R1的一端、运算放大器AR1的反相输入端、电阻R4的一端，运算放大器AR1的同相输入端分别连接电阻R2的一端、电阻R3的一端，电阻R1的另一端、电阻R2的另一端电源+5V，热敏电阻RT1的另一端和电阻R3的另一端连接地，电阻R4的另一端分别连接稳压管Z1的负极、稳压管Z2的正极，稳压管Z2的负极分别连接稳压管Z1的正极、三极管Q3的基极、三极管Q2的基极、接地电阻R16的一端、接地电容C5的一端、电容C5的一端、单结管Q1的发射极、电阻R18的一端、电阻R17的一端、电源+0.2V，单结管Q1的第一基极分别连接电阻R17的另一端、电阻R19的另一端、运算放大器AR4的反相输入端、电阻R20的一端，单结管Q1的第二基极连接电阻R18的另一端，运算放大器AR4的同相输入端连接地，电阻R20的另一端分别连接运算放大器AR4的输出端，三极管Q3的集电极连接电源+12V，三极管Q3的发射极分别连接三极管Q2的发射极、制冷片H1的引脚1，制冷片H1的引脚2连接地，三极管Q2的集电极连接电源-12V。

实施例三，在实施例二的基础上，所述差动采集补偿电路将接收的温度补偿电路输出的误差补偿信号与型号为TC-H701H的生命体征检测仪（其采用ARM芯片主板及嵌入式Linux操作系统，低功耗设计，4通道波形显示，基本监测内容：心电、血氧、脉律、血压，数字血氧技术，抗电刀干扰，抗运动干扰能力强，支持网络通讯，可与管理系统远程联网，实现体征状态数据的上传汇总和动态显示）中检测生命体征的四项基本指标心电、血氧、脉律、血压的传感器输出的信号耦合，其中为保证生命体征检测仪工作电压稳定，设计了电感L1和电容C1滤波电路，之后经瞬态抑制二极管VD1抑制电磁干扰后，进入运算放大器AR2、AR3、AR5为核心的差分放大电路进行差动平衡放大处理，抑制共模干扰、放大传感器输出的信号，其中运算放大器AR2、AR3构成双端输入/双端输出差动放大器，电路结构对称，除了具有高输入阻抗外，还具有很高的共模抑制性能和低温漂，差动放大的增益由电位器RW1控制，运算放大器AR5为减法比例放大器将运算放大器AR2、AR3的输出信号进行减法运算输出差值信号，即消除共模干扰后的传感器输出信号，为满足ARM芯片幅度（0-5V要求），放大后信号低于稳压管Z4稳压值0.7V或高于稳压管Z5的稳压值5.1V时（为补偿后级电路衰减设置0.7V和5.1V），稳压管反向击穿的经电解电容E1反向后加到MOS管T1的栅极，改变MOS管T1漏源间阻值（电阻R14和电容C2为缓冲电路，保护MOS管T1），进而改变电阻R13、MOS管T1漏源间阻值对运算放大器AR5输出差值信号分压后反馈到运算放大器AR5输入端信号的大小，调节运算放大器AR5减法比例放大器放大信号的大小，包括生命体征检测仪X1，生命体征检测仪X1的引脚2分别连接运算放大器AR4的输出端、瞬态抑制二极管VD1的上端、电阻R6的一端、电阻R5的一端，生命体征检测仪X1的引脚1分别连接电感L1的一端、电容C1的一端，电感L1的另一端连接电源+12V，生命体征检测仪X1的引脚3和电容C1的另一端连接地，电阻R6的另一端连接运算放大器AR2的同相输入端，电阻R5的另一端和运算放大器AR3的同相输入端连接地，运算放大器AR2的反相输入端分别连接电阻R7的一端、电位器RW1的上端和可调端，运算放大器AR3的反相输入端分别连接电阻R8的一端、电位器RW1的下端，电阻R9的另一端分别连接运算放大器AR5的同相输入端、接地电阻R10的一端，运算放大器AR2的输出端分别连接电阻R7的另一端、电阻R11的一端，电阻R11的另一端分别连接运算放大器AR5的反相输入端、电阻R12的一端、电容C4的另一端，电阻R12的另一端分别连接运算放大器AR5的输出端、稳压管Z4的正极、电阻R13的另一端，稳压管Z4的负极连接稳压管Z5的负极，稳压管Z5的正极分别连接电解电容E1的负极、电阻R15的一端，电解电容E1的正极连接地，电阻R15的另一端分别连接MOS管T1的栅极、电容C2的一端，电容C2的另一端连接电阻R14的一端，电阻R14的另一端分别连接MOS管T1的漏极、电阻R13的一端、电容C4的一端， MOS管T1的漏极连接地。

本发明具体使用时，所述温度补偿电路通过正温度系数的热敏电阻RT1实时检测特殊作业人员作业环境的温度，经电阻R1和热敏电阻RT1分压后转化为电压信号，进入运算放大器AR1的反相输入端与同相输入端体现身体指标的医学传感器适宜工作温度对应的电压信号进行比较，温度偏差5℃时，相应的稳压管Z1或Z2导通，一路触发三极管Q3或Q4导通，制冷片H1接通正向/负向电源，对生命体征检测仪中检测生命体征的血氧传感器进行降温/升温，使工作在适宜温度，用于提高传感器检测精度，另一路经电阻R16和电容C5延时后加到单结管Q1的发射极，改变单结管Q1的导通角，改变由运算放大器AR4为核心的反向放大器对+0.2V进行不同比例放大，放大后信号为生命体征检测仪传感器测量误差补偿信号，进一步提高了传感器检测精度，所述差动采集补偿电路将接收的温度补偿电路输出的误差补偿信号与型号为TC-H701H的生命体征检测仪中检测生命体征的四项基本指标心电、血氧、脉律、血压的医学传感器（可为型号为TC-H701H生命体征检测仪检测生命体征四项基本指标心电、血氧、脉律、血压的DFRobot单导联心电检测传感器、如EPM2000系列的血氧传感器、HKG-07A红外脉搏传感器、MPS2107血压传感器）输出的信号耦合，之后经瞬态抑制二极管VD1抑制电磁干扰后，进入运算放大器AR2、AR3、AR5为核心的差分放大电路进行差动平衡放大处理，抑制共模干扰、放大传感器输出的信号，其中运算放大器AR5为减法比例放大器将运算放大器AR2、AR3的输出信号进行减法运算输出差值信号，即消除共模干扰后的传感器输出信号，为满足ARM芯片幅度（0-5V要求），放大后信号低于稳压管Z4稳压值0.7V或高于稳压管Z5的稳压值5.1V时（为补偿后级电路衰减设置0.7V和5.1V），稳压管反向击穿的经电解电容E1反向后加到MOS管T1的栅极，改变MOS管T1漏源间阻值（电阻R14和电容C2为缓冲电路，保护MOS管T1），进而改变电阻R13、MOS管T1漏源间阻值对运算放大器AR5输出差值信号分压后反馈到运算放大器AR5输入端信号的大小，调节运算放大器AR5减法比例放大器放大信号的大小，避免了传感器信号受作业环境噪声干扰及衰减的问题，提高了生命体征检测仪检测特殊作业人员身体指标的精度，最后通过运算放大器AR6、AR7、二极管D1、电容C3组成的信号保持电路保持0.3S后稳定的传输到生命体征检测仪中ARM芯片，避免特殊作业人员身体指标变化快时，信号没有完整的传输到ARM芯片被下个信号替换，造成ARM芯片接收信号不精确的问题。

Claims (1)

1.检测特殊作业人员身体指标仪器的信号补偿装置，包括温度补偿电路、差动采集补偿电路、信号保持电路，其特征在于，所述温度补偿电路通过正温度系数的热敏电阻RT1实时检测特殊作业人员作业环境的温度，转化为电压信号进入运算放大器AR1与型号为TC-H701H生命体征检测仪工作温度对应的电压信号进行比较，温度高或低时，一路触发三极管Q3或Q4导通，制冷片H1接通正向/负向电源，对生命体征检测仪中检测生命体征的传感器进行降温/升温，使生命体征检测仪工作在适宜温度，提高检测精度，另一路经电阻R16和电容C5延时后加到单结管Q1的发射极，改变单结管Q1的导通角，改变由运算放大器AR4为核心的放大器对+0.2V进行不同比例放大，放大后信号作为生命体征检测仪传感器测量误差补偿信号进入差动采集补偿电路，与生命体征检测仪传感器输出的信号耦合，之后经瞬态抑制二极管VD1抑制电磁干扰后经运算放大器AR1、AR2、AR3为核心的差分放大电路抑制共模干扰、放大传感器输出的信号，其中放大信号经电解电容E1反向后改变经电阻R13串MOS管T1漏源间阻值反馈到运算放大器AR3信号的大小，进而调节放大传感器输出信号的大小，最后经运算放大器AR6、AR7、二极管D1、电容C3组成的信号保持电路获取差动采集补偿电路输出信号并保持0.3S后传输到生命体征检测仪中ARM芯片；

所述信号保持电路包括运算放大器AR6，运算放大器AR6的同相输入端连接运算放大器AR5的输出端，运算放大器AR6的输出端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极分别连接接地电容C3的一端、运算放大器AR7的同相输入端，运算放大器AR6的反相输入端连接电阻R21的一端，电阻R21的另一端分别连接运算放大器AR7的反相输入端、运算放大器AR7的输出端，运算放大器AR7输出端输出信号传输到生命体征检测仪中ARM芯片；

所述温度补偿电路包括热敏电阻RT1，热敏电阻RT1的一端分别连接电阻R1的一端、运算放大器AR1的反相输入端、电阻R4的一端，运算放大器AR1的同相输入端分别连接电阻R2的一端、电阻R3的一端，电阻R1的另一端、电阻R2的另一端电源+5V，热敏电阻RT1的另一端和电阻R3的另一端连接地，电阻R4的另一端分别连接稳压管Z1的负极、稳压管Z2的正极，稳压管Z2的负极分别连接稳压管Z1的正极、三极管Q3的基极、三极管Q2的基极、接地电阻R16的一端、接地电容C5的一端、电容C5的一端、单结管Q1的发射极、电阻R18的一端、电阻R17的一端、电源+0.2V，单结管Q1的第一基极分别连接电阻R17的另一端、电阻R19的另一端、运算放大器AR4的反相输入端、电阻R20的一端，单结管Q1的第二基极连接电阻R18的另一端，运算放大器AR4的同相输入端连接地，电阻R20的另一端分别连接运算放大器AR4的输出端，三极管Q3的集电极连接电源+12V，三极管Q3的发射极分别连接三极管Q2的发射极、制冷片H1的引脚1，制冷片H1的引脚2连接地，三极管Q2的集电极连接电源-12V；

所述差动采集补偿电路包括生命体征检测仪X1，生命体征检测仪X1的引脚2分别连接运算放大器AR4的输出端、瞬态抑制二极管VD1的上端、电阻R6的一端、电阻R5的一端，生命体征检测仪X1的引脚1分别连接电感L1的一端、电容C1的一端，电感L1的另一端连接电源+12V，生命体征检测仪X1的引脚3和电容C1的另一端连接地，电阻R6的另一端连接运算放大器AR2的同相输入端，电阻R5的另一端和运算放大器AR3的同相输入端连接地，运算放大器AR2的反相输入端分别连接电阻R7的一端、电位器RW1的上端和可调端，运算放大器AR3的反相输入端分别连接电阻R8的一端、电位器RW1的下端，电阻R9的另一端分别连接运算放大器AR5的同相输入端、接地电阻R10的一端，运算放大器AR2的输出端分别连接电阻R7的另一端、电阻R11的一端，电阻R11的另一端分别连接运算放大器AR5的反相输入端、电阻R12的一端、电容C4的另一端，电阻R12的另一端分别连接运算放大器AR5的输出端、稳压管Z4的正极、电阻R13的另一端，稳压管Z4的负极连接稳压管Z5的负极，稳压管Z5的正极分别连接电解电容E1的负极、电阻R15的一端，电解电容E1的正极连接地，电阻R15的另一端分别连接MOS管T1的栅极、电容C2的一端，电容C2的另一端连接电阻R14的一端，电阻R14的另一端分别连接MOS管T1的漏极、电阻R13的一端、电容C4的一端， MOS管T1的漏极连接地。

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