CN111307889A - 一种高精度的血糖检测装置 - Google Patents

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杨东海
陈小娟
许淑茹
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Abstract

本发明提供了一种高精度的血糖检测装置，该技术方案基于电化学方法执行检测，并引入了系统误差修正项和温度补偿机制，从而在一定程度上克服了系统误差及温度变化对检测结果的影响。具体来看，本发明采用同时具有正、负温度系数热敏电阻传感器的电桥进行测温，在数据处理过程中根据温度值对检测结果进行补偿；同时，基于双路输入的模式，仅采集一次血液即可同时得到两次检测结果，通过两次结果的加权平均，有利于消除随机误差，提高检测精度。此外，在数据处理层面，本发明引入了双路误差过大反馈机制，当系统偏差过大时，可及时反馈校准。本发明有效提升了检测精度，而且温度灵敏度更高，同时具有携带方便、便于使用、成本低廉等技术优势。

Description

一种高精度的血糖检测装置
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，具体涉及一种高精度的血糖检测装置。
背景技术
血糖检测是对糖尿病患者进行病情监测的重要技术手段，因此，血糖仪在糖尿病患者及高血糖人群的日常生活中应用非常普遍。在检测原理层面，当前市场上常见的血糖仪主要分为电化学法测试和光反射技术测试两大类。其中电化学法是基于酶与葡萄糖反应产生电子，通过电流的大小来获得葡萄糖浓度值；其优点是价格相对低廉，缺点是容易受到环境因素的影响，电极很容易受到污染，误差比较大，使用一段时间后须到维修站做一次校准。
根据现行的国家标准：当血糖仪检测血糖浓度小于等于4.2nmol/L时，准确度要求允许偏差不超过±0.83nmol/L；当血糖仪检测血糖浓度大于4.2nmol/L时，准确度要求允许偏差不超过±20％。目前，家用血糖仪的测试精度普遍不高。一方面，依据现有的标准，家用血糖仪存在随机误差偏大的情况；另一方面，血糖仪受环境影响较大，特别是温度对血糖测试结果具有明显影响。
为降低血糖仪检测误差、改善检测精度，现有技术的研究者进行了诸多尝试。其中，中国专利“一种信号处理电路、MCU和血糖仪”(公开号CN210041762U) 提供了一种信号处理电路、微控制单元(MCU)和血糖仪。其中，信号处理电路应用于血糖仪，包括：将血糖试纸产生的电流信号转换为模拟电压信号的运算放大器闭环反馈电路；模数转换器(ADC)；数模转换器(DAC)；其中，所述ADC为利用第一参考电压将所述运算放大器闭环反馈电路输出的模拟电压信号转换为数字电压信号并输出，以及将所述数字电压信号输出至所述DAC的ADC；所述DAC为利用所述ADC输出的数字电压信号及第一参考电压产生偏置电压并输入至所述运算放大器闭环反馈电路中运算放大器同相输入端的DAC。采用该技术方案，能够减少低频噪声对输出信号的影响，提高输出信号的精度，进而提高血糖仪检测结果的精度。然而，该技术方案主要采用处理的对象是消除参考电压对模数转换器精度的影响，未考虑环境温度及系统随机误差对血糖仪测试的影响。
中国专利“一种血糖仪高精度测量电路”(公开号CN205879765U)提供一种血糖仪高精度测量电路，所述电路包括：光学测量部，所述光学测量部包括发光元件和受光元件；测定装置主体部；其中所述测定装置主体部包括模数转换器，与所述光学测量部连接并根据所述光学测量部检测到的模拟信号转换成数字信号；控制存储部，与所述模数转换器连接并接收所述数字信号以及状态显示信号并存储在存储部；共模积分器，与所述控制存储部连接并对所述数字信号和/或所述状态显示信号进行积分后输出积分之后的第一基准值；该电路通过共模积分器以及计数器电路可以对血糖值信号进行高精度的测量，以此得到准确的数值。该技术方案虽采用光反射技术方式进行血糖的检测，与本专利的电化学方式相比，其结构较为复杂，不利于成本的控制。
中国专利“一种高精度温度补偿的血糖仪”(公开号CN202903801U)提供一种高精度温度补偿的血糖仪，包括温度传感器，测量时，传感器接触试纸反映区的正下方，可以迅速感知试纸反映区温度。所述温度传感器包括热敏电阻，热敏电阻表面封装导热环氧树脂，热敏电阻设置在试纸插槽的前端。该实用新型针对现有血糖仪的弊端，在结构设计上考虑试纸可以与温度传感器导热接触，这样可以实时反映出试纸的温度，在测量时，插入试纸后，传感器会感知试纸的温度，待测量出试纸温度后，提示使用者滴血测量。该技术方案使用普通的热敏电阻对血糖试纸进行温度的检测，以减少温度对测量结果的影响，然而，这种模式的温度灵敏度较低，而且缺乏对系统误差的反馈校正，因此检测精度仍有待提升。
综上所述，虽然部分现有技术在一定程度上缓解了血糖仪误差偏大的问题，但整体来看，其检测精度仍有待提升，对温度的影响因素难以充分克服，而且，在技术实现方式上也有待改进。
发明内容
本发明旨在针对现有技术的技术缺陷，提供一种高精度的血糖检测装置，以解决现有技术中，常规血糖仪在检测精度方面有待提升的技术问题。
本发明要解决的另一技术问题是，如何尽可能降低温度因素对检测结果的影响。
本发明要解决的再一技术问题是，如何在提升检测精度的同时，充分兼顾血糖仪的便携性及产品成本。
为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种高精度的血糖检测装置，包括温度检测系统，双路输入系统，信号处理系统，控制输出系统；
所述温度检测系统包括正温度系数热敏电阻传感器，负温度系数热敏电阻传感器，2个高精度电阻器，霍尔传感器，其中，正温度系数热敏电阻传感器、负温度系数热敏电阻传感器、2个高精度电阻器构成电桥电路，霍尔传感器检测所述电桥电路的电流值；
所述双路输入系统包括采血点，A路生物电极，B路生物电极，2个霍尔传感器，其中，2个霍尔传感器分别检测来自A路生物电极和来自B路生物电极的电流值，并传输至信号处理系统；
所述信号处理系统包括I-V转换电路，运算放大器，负反馈电路，AD转换器，其中，I-V电路将电流转换成电压值，运算放大器对小电压进行放大，负反馈电路稳定电路性能，AD转换器将模拟的电压值转换成数字量并传输至控制输出系统；
所述控制输出系统包括单片机，显示屏，其中，单片机接收来自温度检测系统的检测值，通过单片机内部ROM查表得到温度值，根据温度值调整温度影响因于；单片机接收来自两路AD转换器的数据，加权平均后得到血糖检测结果；单片机控制显示屏进行显示。
作为优选，所述控制输出系统还包括扬声器模块，单片机控制所述扬声器模块播放。
作为优选，所述控制输山系统还包括系统设置模块，所述系统设置模块用于设置血糖仪时间或调阅存储数据。
作为优选，还包括试纸条，所述试纸条同时接触温度检测系统的正温度系数热敏电阻传感器和负温度系数热敏电阻传感器，所述查表得到温度值为试纸条表面温度值。
作为优选，所述单片机为STC89C51单片机。
作为优选，所述显示屏为LCD12864液晶显示屏。
作为优选，单片机接收来自两路AD转换器的数据，当两路血糖值之间差值的绝对值小于通道误差约束值时，根据下式对所述血糖检测结果进行补偿：
P＝(A+B)/2+αT+ΔS
其中，A为A通道血糖值，B为B通道血糖值，T为温度值，α为温度影响因子，ΔS为系统误差校正。
作为优选，单片机接收来自两路AD转换器的数据，当两路血糖值之间差值的绝对值大于通道误差约束值时，计数1次，并重复采集A路生物电极、B路生物电极的数据；当计数次数大于3次时，发出提醒并校正误差。
作为优选，还包括试纸条，所述试纸条同时与采血点、A路生物电极、B路生物电极相贴合，血液经采血点分别流至A路生物电极和B路生物电极。
作为优选，还包括机体，显示屏固定连接在机体前端，在所述机体上还分别设置有扬声器，开关及设置键，增加键，减少键。
本发明提供了一种高精度的血糖检测装置，该技术方案基于电化学方法执行检测，并引入了随机误差消除、系统误差修正项和温度补偿机制，从而在一定程度上克服了随机误差、系统误差及温度变化对检测结果的影响。具体来看，本发明采用同时具有正、负温度系数热敏电阻传感器的电桥进行测温，在数据处理过程中根据温度值对检测结果进行补偿；同时，基于双路输入的模式，仅采集一次血液即可同时得到两次检测结果，通过两次结果的加权平均，有利于消除随机误差，提高检测精度。此外，在数据处理层面，本发明引入了双路误差过大反馈机制，当系统偏差过大时，可及时反馈校准。本发明有效提升了检测精度，而且温度灵敏度更高，同时具有携带方便、便于使用、成本低廉等技术优势。
与背景技术中例举的现有技术相比，本发明在温度测量和电流测量技术方法层面存在本质区别。本发明采用具有正、负温度系数的热敏电阻传感器组成电桥来提高系统对温度变化的灵敏度，可有效消除温度对测试结果的影响；基于电化学方法进行血糖的测量，价格低廉并且使用携带方便；采用正、负温度系数的热敏电阻传感器组成的电桥，具有更高的温度灵敏度。
综上所述，本发明作为一种高精度的血糖检测装置，解决当前多数血糖仪测量血糖值误差偏大的问题。该装置体积小，使用操作方便。其有益效果集中体现在以下方面：
1、采用正、负温度系数的温度传感器电桥对血糖试纸测温，提高测量精度。
2、采用双路输入系统，相当于仅采用一份样本就能同时做两次检测，两次测试的结果加权平均，有利于消除随机误差，提高检测精度。
3、引入了温度补偿和系统误差修正，进一步提高了检测精度。
4、引入了双路误差过大反馈机制，在系统出现偏差太大时，及时反馈校准。
附图说明
图1是本发明中，温度检测系统的电路图；
图2是本发明中，双路输入系统的结构图；
图3是本发明整机的硬件系统连接关系图；
图4是本发明对检测数据的处理流程图；其中，A为A通道血糖值，B为B 通道血糖值，C为计数器计数值，T为温度值，P为最终输出结果，ΔS为系统误差校正，α为温度影响因子，ε为通道误差约束；
图5是本发明的外部构造图；
图中：
1、试纸条 2、采血点 3、A路生物电极 4、B路生物电极
5、机体 6、液晶屏幕 7、扬声器 8、开关及设置键
9、增加键 10、减少键。
具体实施方式
以下将对本发明的具体实施方式进行详细描述。为了避免过多不必要的细节，在以下实施例中对属于公知的结构或功能将不进行详细描述。以下实施例中所使用的近似性语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。除有定义外，以下实施例中所用的技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。
一种高精度的血糖检测装置，包括温度检测系统、双路输入系统、信号处理系统、控制输出系统；
温度检测系统：温度检测系统主要用于血糖仪试纸表面温度的检测。由2 个不同温度系数热敏电阻传感器，两个高精度电阻器和一个霍尔传感器组成。四个电阻R1-R4构成电桥，其中热敏电阻传感器R1具有正温度系数，热敏电阻传感器R3具有负温度系数。R2和R4为高精度电阻。霍尔传感器S1用来检测电桥的电流大小。根据电流大小，得到试纸表面温度值，修正温度影响因子，提高检测精度。采用正负温度系数的热敏电阻传感器上对温度的测量要比单个热敏电阻传感器的测量精度要更高。如图1所示。
双路输入系统：双路输入系统将采血点采集的血液连接到A、B两对生物传感电极，分别进行信号处理。S2和S3分别是A、B两路输入用于电流检测的霍尔传感器。S2、S3检测的电流分别输入到信号处理系统。该系统可实现一次采血即可进行两路检测分析，避免多次采血的不便。如图2所示。
信号处理系统：系统由I-V转换电路、运算放大器和负反馈电路、AD转换器构成。I-V电路用于将电流转换成电压值。运算放大器对小电压进行放大，负反馈电路用于稳定电路性能，AD转换器将模拟的电压值转换成数字量供单片机进行进一步的处理。
控制输出系统：该系统由STC89C51单片机、LCD12864液晶显示屏、扬声器模块、系统设置模块构成。STC89C51单片机根据温度检测系统检测值，经过单片机内部ROM查表得到温度值，调整温度影响因子。为了进一步提高血糖的检测精度，将两路AD转成器获得的血糖值进行加权平均，得到最后的血糖数值。单片机控制液晶显示器进行显示，并通过扬声器模块提醒用户血糖值。系统设置模块主要用于设置血糖仪时间或调阅存储数据等。
血糖仪整机硬件系统连接关系如图3所示，血糖仪数据处理流程如图4所示，血糖仪外部结构如图5所示。
工作原理：首先通过开机/设置按键对血糖仪进行设置。增加键和减少键可进行数值增减和记录翻阅。当放入血糖试纸血糖仪自动开机。温度检测模块检测温度，单片机获取试纸温度值后调整温度影响因子。采血点收集血液。血液分两路流向A路生物电极和B路生物电极。信号处理模块处理A、B两路信号，单片机接收到两路信号后，判断A、B两路血糖检测结果误差是否超过ε，若未超出ε，则对两路信号进行P＝(A+B)/2+α T+ΔS，其中(A+B)/2可以消除随机误差，α T可以进行温度补偿，ΔS用于进行系统误差校正。最终检测值P输出显示到液晶屏幕，并通过扬声器告知被检者血糖值。当A、B两路血糖检测结果误差是超过ε时，通过判断误差计数器C，如果达到3次误差过大，发出提醒并校正误差。因整个系统采用正负温度系数的电桥进行测温，因此对试纸温度的测量会更准确。其次采用双路输入加权干均得到最后血糖值，可以消除系统的随机误差。引入系统误差修正项可以克服系统误差，引入温度补偿机制可以克服温度改变对输出结果的影响。同时，该血糖仪在仅采集一次血液就能在血糖仪上面做两次检测(双路输入)，因此该血糖仪具有较高的测量精度。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明的申请范围内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高精度的血糖检测装置，其特征在于包括温度检测系统，双路输入系统，信号处理系统，控制输出系统；
所述温度检测系统包括正温度系数热敏电阻传感器，负温度系数热敏电阻传感器，2个高精度电阻器，霍尔传感器，其中，正温度系数热敏电阻传感器、负温度系数热敏电阻传感器、2个高精度电阻器构成电桥电路，霍尔传感器检测所述电桥电路的电流值；
所述双路输入系统包括采血点，A路生物电极，B路生物电极，2个霍尔传感器，其中，2个霍尔传感器分别检测来自A路生物电极和来自B路生物电极的电流值，并传输至信号处理系统；
所述信号处理系统包括I-V转换电路，运算放大器，负反馈电路，AD转换器，其中，I-V电路将电流转换成电压值，运算放大器对小电压进行放大，负反馈电路稳定电路性能，AD转换器将模拟的电压值转换成数字量并传输至控制输出系统；
所述控制输出系统包括单片机，显示屏，其中，单片机接收来自温度检测系统的检测值，通过单片机内部ROM查表得到温度值，根据温度值调整温度影响因于；单片机接收来自两路AD转换器的数据，加权平均后得到血糖检测结果；单片机控制显示屏进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种高精度的血糖检测装置，其特征在于，所述控制输出系统还包括扬声器模块，单片机控制所述扬声器模块播放。
3.根据权利要求1所述的一种高精度的血糖检测装置，其特征在于，所述控制输出系统还包括系统设置模块，所述系统设置模块用于设置血糖仪时间或调阅存储数据。
4.根据权利要求1所述的一种高精度的血糖检测装置，其特征在于，还包括试纸条，所述试纸条同时接触温度检测系统的正温度系数热敏电阻传感器和负温度系数热敏电阻传感器，所述查表得到温度值为试纸条表面温度值。
5.根据权利要求1所述的一种高精度的血糖检测装置，其特征在于，所述单片机为STC89C51单片机。
6.根据权利要求1所述的一种高精度的血糖检测装置，其特征在于，所述显示屏为LCD12864液晶显示屏。
7.根据权利要求1所述的一种高精度的血糖检测装置，其特征在于，单片机接收来自两路AD转换器的数据，当两路血糖值之间差值的绝对值小于通道误差约束值时，根据下式对所述血糖检测结果进行补偿：
P＝(A+B)/2+αT+ΔS
其中，A为A通道血糖值，B为B通道血糖值，T为温度值，α为温度影响因子，ΔS为系统误差校正。
8.根据权利要求1所述的一种高精度的血糖检测装置，其特征在于，单片机接收来自两路AD转换器的数据，当两路血糖值之间差值的绝对值大于通道误差约束值时，计数1次，并重复采集A路生物电极、B路生物电极的数据；当计数次数大于3次时，发出提醒并校正误差。
9.根据权利要求1所述的一种高精度的血糖检测装置，其特征在于，还包括试纸条，所述试纸条同时与采血点、A路生物电极、B路生物电极相贴合，血液经采血点分别流至A路生物电极和B路生物电极。
10.根据权利要求1所述的一种高精度的血糖检测装置，其特征在于，还包括机体，显示屏同定连接在机体前端，在所述机体上还分别设置有扬声器，开关及设置键，增加键，减少键。
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