CN109938743A - 一种抗干扰的光检测探头 - Google Patents

Abstract

一种抗干扰的光检测探头，从远离人体侧至靠近人体侧，以探头本体为中心成对称结构，共分为七层，分别是A不透明层、A透明层、A导电层、探头本体、B导电层、B透明层和B不透明层，探头本体上的光源发射定波长的光，透过B导电层、B透明层、B不透明层光源孔入射被检测组织，组织对光具有强散射性，散射光的光强随距离光源的距离增大而减弱，且光出射时角度不定，出射光透过不透明层检测器孔、B透明层、B导电层进入探头本体上的检测器输出；本发明通过多层结构之间的连接和位置匹配，达到增强抗干扰能力、降低电磁噪声的目的，在几乎不影响光信号的情况下抑制电磁干扰带来的噪声，增强信噪比，提高测量精度。

Description

一种抗干扰的光检测探头

技术领域

本发明属于医疗检测器械技术领域，特别涉及一种抗干扰的光检测探头。

背景技术

医疗检测器械领域的光检测技术非常普及与常见，具有代表性的技术主要是光电体积描记术(PPG)和近红外光谱(NIRS)技术。

光电体积描记术(PPG)历史悠久，原理简单，利用与血容量相关的光波长，如波长808nm左右的近红外光或者与血液颜色成补色关系的绿光，照射人体血管，通过探测器接收散射而出或者透射出的光信号，可以得到反映血容量变化的光照强度信号。

近红外光谱(NIRS)技术可用于检测人体的组织血氧状况，波长600～1000nm的近红外光可以穿透一定深度的人体组织，通过用近红外光照射人体组织和在距离数厘米的地方放置探测器，可以检测到反映皮下组分浓度的光照强度信号，从而可用于人体组织血氧状况的无创连续监测。

这些波长属于非电离辐射，在通常使用的低功率密度下不会损害生物组织，是一种安全实用的临床无创检测技术。

在日常使用环境中，电磁环境复杂，加之人体是电的良导体，因此人体会成为光检测探头最近的干扰源，会有各种电磁干扰以不同方式影响信号采集的质量。同时人体组织对光具有高散射特性，到达探测器的光信号一般十分微弱，所以检测器的放大增益往往很高。这就使得前端耦合进入的微弱噪声会被放大许多，进而影响最终输出的电信号质量，严重影响测量精度。

针对光检测探头，电磁干扰产生输出电信号中的噪声有两种主要方式：一是空间耦合，空间电磁场被探头检测器的电路环路接收生成感应电流，这种干扰一般是很小的，但由于探头检测器电路增益大，对电流信号变化敏感，所以对输出信号产生的影响明显；二是人体与检测器之间的位移电流，人体与检测器接触得越近，两者之间构成的等效电容，其上通过的位移电流越大，同样这种干扰一般是很小的，由于探头检测器电路增益大，对电流信号变化敏感，所以对输出信号产生的影响明显。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种抗干扰的光检测探头，通过多层结构之间的连接和位置匹配，达到增强抗干扰能力、降低电磁噪声的目的，在几乎不影响光信号的情况下抑制电磁干扰带来的噪声，增强信噪比，提高测量精度。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种抗干扰的光检测探头，从远离人体侧至靠近人体侧，以探头本体4为中心成对称结构，共分为七层，分别是A不透明层1、A透明层2、A导电层3、探头本体4、B导电层5、B透明层6和B不透明层7。

所述的A导电层3、B导电层5均为透明的两面异性，其中一面导电，记做A面；另一面绝缘，记做B面；放置时总是B面朝向探头本体4方向；A导电层3、B导电层5均有一接地点11，用来和探头本体4地点10进行电气连接，在不影响光路的前提下，屏蔽空间电磁干扰，旁路位移电流。

所述的A面材质包括ITO涂层，B面材质包括PET塑料。

所述的接地点打孔插入金属螺钉，用金属螺母在对侧拧紧来实现，保证接地点和A面之间电气连接的稳定。

所述的A透明层2、B透明层6分别被覆于A导电层3、B导电层5的A面，透明层材质包括透明塑料薄膜，透明层在不影响光路的前提下，防止导电层A面失效。

所述的A不透明层1遮蔽探头背面的环境光，保护内部结构,材质包括黑色医用硅胶、塑料或金属壳体。

B不透明层7材质采用黑色医用硅胶，其上开设有光源孔12、检测器孔13，与探头本体4上的光源8、检测器9位置对应，均形成光阑，约束光路，减少杂散光干扰。

本发明的优点：

以探头本体4为中心采用多层结构连接和位置匹配，达到增强抗干扰能力、降低电磁噪声的目的，在几乎不影响光信号的情况下降低光干扰，抑制电磁干扰带来的噪声，增强信噪比，提高测量精度，解决了现有技术中存在的问题。

降低环境光干扰：探头使用时所处环境情况一般较为复杂，常见的环境光有太阳光、白炽灯光等都是宽波长范围的光，因此这些光一旦落在检测器上就会影响光电转换的输出，造成干扰。A不透明层1可以遮蔽环境光，降低环境光干扰。

降低杂散光干扰：杂散光包括有一部分入射光被组织漫反射后，直接进入检测器9；或者如果被不透明层7反射重新进入组织的光；入射角度太偏没有经过足够深的组织的光；出射角度太偏从临近出射点出射进入检测器9的光。B不透明层7黑色材质可以吸收前两种杂散光，降低干扰。B不透明层7开孔可以约束光路，滤除后两种杂散光，降低干扰。

抑制电磁干扰：在日常使用环境中，电磁环境复杂，加之人体是电的良导体，因此人体会成为光检测探头最近的干扰源，会有各种电磁干扰以不同方式影响信号采集的质量。A导电层3接地形成电磁屏蔽，屏蔽后侧空间传来的电磁干扰，减少干扰。B导电层5透明不影响光路，接地屏蔽空间电磁干扰，减少干扰；在检测器9、人体构成的等效电容间插入地电位层，位移电流就会被旁路，流入电源地而不会混入光电流中，减少了干扰。

附图说明

图1是本发明的分层结构图。

图2是探头本体4的结构示意图。

图3是导电层的A、B面的结构示意图，其中图3(a)是A面的结构示意图，图3(b)是B面的结构示意图。

图4是靠近人体侧的不透明层的结构示意图。

图中，1.不透明层，2.透明层，3.导电层，4.探头本体，5.导电层，6.透明层，7.不透明层，8.光源，9.检测器，10.地点，11.接地点，12.光源孔，13.检测器孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种抗干扰的光检测探头，从远离人体侧至靠近人体侧，以探头本体4为中心成对称结构，共分为七层，分别是A不透明层1、A透明层2、A导电层3、探头本体4、B导电层5、B透明层6和B不透明层7。

所述的A导电层3、B导电层5均为透明的两面异性，其中一面导电，记做A面；另一面绝缘，记做B面；由于A面导电，放置时总是B面朝向探头本体4方向。A导电层3、B导电层5均有一接地点11，用来和探头本体4地点10进行电气连接，在不影响光路的前提下，屏蔽空间电磁干扰，旁路位移电流。

所述的A面材质包括ITO涂层，B面材质包括PET塑料。

其中，接地点是为了将导电层A面与探头本体4地点相连，所述的接地点打孔插入金属螺钉，用金属螺母在对侧拧紧来实现，保证接地点和A面之间电气连接的稳定。

所述的A透明层2、B透明层6分别被覆于A导电层3、B导电层5的A面，防止ITO涂层多次来回剐蹭而失去导电效果，进而丧失电磁屏蔽效果。透明层材质包括透明塑料薄膜，以贴合于导电层A面，从而最大程度保护A面。如果探头为短时间使用，时间在导电层A面的耐受时间范围内，则该层可以去除。透明层在不影响光路的前提下，防止导电层A面失效。

所述的A不透明层1遮蔽探头背面的环境光，保护内部结构,材质包括黑色医用硅胶、塑料、金属壳体。

B不透明层7材质是黑色医用硅胶，首先黑色吸收全波长光，其次可能需要人体长时间佩戴，贴近皮肤，医用硅胶更为舒适。B不透明层7上开设有光源孔、检测器孔，与探头本体4上的光源8、检测器9位置对应，均形成光阑，约束光路，减少杂散光干扰。

所述的探头本体4实现光检测探头的电气功能，即实现的是光源8发射与光接收电路。

本发明中所述的“透明”指的是对检测所用光波长具有高透过率，比如发射接收的是绿光，则“透明”可以是常见的无色透明，也可以是黄绿色透明、绿色透明等，即一定对绿光有高通透性。

本发明的工作原理为：

探头本体4上的光源8发射定波长的光，透过B导电层5、B透明层6、B不透明层7光源孔入射被检测组织，组织对光具有强散射性，会散射而出，散射光的光强随距离光源8的距离增大而减弱，且光出射时角度不定，出射光透过B不透明层7检测器孔、B透明层6、B导电层5进入探头本体4上的检测器，检测器感应单元产生微弱光电流，经放大单元放大转换为电压信号完成光电转换输出。

降低环境光干扰：探头使用时所处环境情况一般较为复杂，常见的环境光有太阳光、白炽灯光等都是宽波长范围的光，因此这些光一旦落在检测器9上就会影响光电转换的输出，造成干扰。A不透明层1可以遮蔽环境光，降低环境光干扰。

降低杂散光干扰：杂散光包括有一部分入射光被组织漫反射后，直接进入检测器9；或者如果被不透明层7反射重新进入组织的光；入射角度太偏没有经过足够深的组织的光；出射角度太偏从临近出射点出射进入检测器9的光。B不透明层7黑色材质可以吸收前两种杂散光，降低干扰。B不透明层7开孔可以约束光路，滤除后两种杂散光，降低干扰。

在日常使用环境中，电磁环境复杂，加之人体是电的良导体，因此人体会成为光检测探头最近的干扰源，会有各种电磁干扰以不同方式影响信号采集的质量。针对光检测探头，电磁干扰产生输出电信号中的噪声有两种主要方式：一是空间耦合，空间电磁场被探头检测器9的电路环路接收生成感应电流，混入光电流中，被检测器9放大单元放大形成干扰；二是人体与检测器9之间的位移电流，人体与检测器9接触得越近，两者之间构成的等效电容其上通过的位移电流越大，混入光电流中，被检测器9放大单元放大形成干扰。

A导电层3接地形成电磁屏蔽，屏蔽后侧空间传来的电磁干扰，减少干扰。

B导电层5透明不影响光路，接地屏蔽空间电磁干扰，减少干扰；在检测器9、人体构成的等效电容间插入地电位层，位移电流就会被旁路，流入电源地而不会混入光电流中，减少了干扰。

Claims (7)

1.一种抗干扰的光检测探头，其特征在于，从远离人体侧至靠近人体侧，以探头本体(4)为中心成对称结构，共分为七层，分别是A不透明层(1)、A透明层(2)、A导电层(3)、探头本体(4)、B导电层(5)、B透明层(6)和B不透明层(7)。

2.根据权利要求1所述的一种抗干扰的光检测探头，其特征在于，所述的A导电层(3)、B导电层(5)均为透明的两面异性，其中一面导电，记做A面；另一面绝缘，记做B面；放置时总是B面朝向探头本体(4)方向；A导电层(3)、B导电层(5)均有一接地点(11)，用来和探头本体(4)地点(10)进行电气连接，在不影响光路的前提下，屏蔽空间电磁干扰，旁路位移电流。

3.根据权利要求2所述的一种抗干扰的光检测探头，其特征在于，所述的A面材质包括ITO涂层，B面材质包括PET塑料。

4.根据权利要求2所述的一种抗干扰的光检测探头，其特征在于，所述的接地点(11)打孔插入金属螺钉，用金属螺母在对侧拧紧来实现，保证接地点和A面之间电气连接的稳定。

5.根据权利要求1所述的一种抗干扰的光检测探头，其特征在于，所述的A透明层(2)、B透明层(6)分别被覆于A导电层(3)、B导电层(5)的A面，透明层材质包括透明塑料薄膜，透明层在不影响光路的前提下，防止导电层A面失效。

6.根据权利要求1所述的一种抗干扰的光检测探头，其特征在于，所述的A不透明层(1)遮蔽探头背面的环境光，保护内部结构,材质包括黑色医用硅胶、塑料或金属壳体。

7.根据权利要求1所述的一种抗干扰的光检测探头，其特征在于，B不透明层(7)材质采用黑色医用硅胶，其上开设有光源孔(12)、检测器孔(13)，与探头本体(4)上的光源(8)、检测器(9)位置对应，均形成光阑，约束光路，减少杂散光干扰。