CN113397513A - 一种基于微电磁驱动的便携式血压传感器固定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于微电磁驱动的便携式血压传感器固定装置，包括悬臂梁式驱动片、永磁铁、垫片、平面线圈层、支撑层，悬臂梁式驱动片包括内层和外层，内层为方形体，外层为方形框体，内层外尺寸小于外层内尺寸，内层和外层通过四个双L型连接条连，双L型连接条一端和外层内壁连接，另一端和内层外壁连接；永磁铁固定在悬臂梁式驱动片内层的正面，悬臂梁式驱动片外层正面通过垫片和平面线圈层连接，永磁铁和平面线圈层之间有空间以形成气隙，支撑层设于平面线圈层正面；血压传感器固定在驱动片内层的背面，固定装置两侧分别和腕带两端部连接。本发明实现了血压传感器在安静和运动情况下都能够稳定测量血压的目的。

Description

一种基于微电磁驱动的便携式血压传感器固定装置

技术领域

本发明涉及血压传感器技术领域，具体涉及一种基于微电磁驱动的便携式血压传感器固定装置。

背景技术

心血管疾病因其高患病率，高发病率及多并发症，日益威胁着人类的健康。而高血压是威胁心血管疾病的主要因素。实时监测血压状况对心血管疾病的预防和管理有着重要的意义。可穿戴健康检测设备具有非侵入性、价格低廉、使用方便、穿戴舒适、延展性强、体积小、重量轻的特点，被广泛应用于医疗保健系统。

传统的心血管监测设备由于体积大、操作复杂，无法实现在日常生活中的实时监测，难以被用户广泛接受。公认的测血压比较精确的方式是有创血压测量方式，将血管插入到人体血管中，通过传感器获得血压测量值。但是技术要求高，造价昂贵，并可能会带来感染等多种并发症。基于连续无创的血压测量方式，近年来吸引了广大研究者的兴趣，对人体没有任何损伤，能够提供实时的丰富的波形信息，对血压的实时监测和对心血管疾病的预防具有重要的参考价值。随着智能可穿戴设备与医疗健康领域的学科交叉，通过可传戴设备实现血压生理信号的实时监测成为可能。但是目前市场上的可穿戴测血压设备在静态情况下能够比较精确地测量，但是在运动情况下，可穿戴测血压设备就会出现位置滑移或者测量的数据稳定性很差。为了解决运动情况下，血压数据测量的准确性和稳定性，本发明提出了在血压传感器上集成一个微电磁驱动器作为固定装置，利用微电磁驱动器产生的电磁力将血压传感器压在手腕处的桡动脉上，就能将血压传感器位置固定并压在脉搏处，从而实现了在静止和运动情况下都能稳定测量血压。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微电磁驱动的便携式血压传感器固定装置，以解决现有技术的不足。

本发明采用以下技术方案：

一种基于微电磁驱动的便携式血压传感器固定装置，包括悬臂梁式驱动片、永磁铁、垫片、平面线圈层、支撑层，

悬臂梁式驱动片包括内层和外层，内层为方形体结构，外层为方形框体结构，内层外尺寸小于外层内尺寸从而内层和外层之间有空间，内层和外层通过四个双L型连接条连接，双L型连接条由两个L型连接条组成，两个L型连接条的两长条端部直角连接，一短条在两长条形成的直角面内，另一短条在两长条形成的直角面外；双L型连接条一端和外层内壁连接，另一端和内层外壁连接，双L型连接条的两长条连接直角和相邻的内层直角、外层直角在一条线上；

永磁铁固定在悬臂梁式驱动片内层的正面，悬臂梁式驱动片外层正面通过垫片和平面线圈层连接，永磁铁和平面线圈层的平面线圈正对，永磁铁和平面线圈层之间有空间以形成气隙，支撑层设于平面线圈层正面；

血压传感器固定在悬臂梁式驱动片内层的背面，固定装置两侧分别和腕带两端部连接。

进一步地，平面线圈层包括两层平面线圈，每层平面线圈由绝缘材质包裹的铜线圈绕成，两层平面线圈的绕向相同，并将通电电极引出，平面线圈层用绝缘材质填充，两层平面线圈之间也填充有绝缘材质，平面线圈层的中心及周部设有软磁材料的铁芯。

进一步地，永磁铁包括钕铁硼磁铁或镀镍钕铁硼磁铁。

进一步地，永磁铁和悬臂梁式驱动片内层的正面粘贴连接，血压传感器和悬臂梁式驱动片内层的背面粘贴连接，悬臂梁式驱动片外层正面和垫片粘贴连接，垫片和平面线圈层背面粘贴连接，平面线圈层正面和支撑层粘贴连接，固定装置两侧分别和腕带两端部粘贴连接。

进一步地，悬臂梁式驱动片为聚酰亚胺树脂材质，垫片为聚二甲基硅氧烷材质，支撑层为聚酰亚胺树脂材质。

进一步地，用于包裹铜线圈的绝缘材质为聚酰亚胺树脂材质，用于平面线圈层填充的绝缘材质为聚酰亚胺树脂材质。

本发明的有益效果：

本发明提供的基于微电磁驱动的固定装置，将其和血压传感器、腕带集成，将腕带固定在手腕上，血压传感器位于手腕桡动脉的位置，当利用电源驱动模块给平面线圈通入电流，平面线圈有电流流过的时候，就可以产生电磁力，磁体遵守同级相斥，异极相吸的特性，通过改变电流方向可以控制悬臂梁式驱动片的运行方向，当电源驱动模块产生的电流方向使平面线圈形成的电磁铁的磁极和悬臂梁式驱动片上的永磁铁的磁极相同时就能产生相斥作用，排斥力将推动粘有永磁铁的悬臂梁式驱动片远离平面线圈，电流越大排斥力越大，通过控制电流的大小来控制排斥力的大小，从而可以将血压传感器位置紧贴在脉搏处，血压传感器很难和皮肤发生相对滑动，使人体血压不论是在静止状态还是在运动状态都能够稳定并精准测量。与目前市场上可穿戴式测量血压的设备相比，本发明固定装置能够使血压传感器紧贴皮肤，受运动干扰小，使血压测量数据更稳定可靠。

附图说明

图1为本发明固定装置结构示意图。

图2为悬臂梁式驱动片结构示意图。

图3为悬臂梁式驱动片+永磁铁结构示意图。

图4为悬臂梁式驱动片+血压传感器结构示意图。

图5为平面线圈结构示意图。

图6为本发明固定装置应用示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。

一种基于微电磁驱动的便携式血压传感器固定装置，如图1所示，包括悬臂梁式驱动片1、永磁铁2、垫片3、平面线圈层4、支撑层5。

如图2所示，悬臂梁式驱动片1包括内层101和外层102，内层101为方形体结构，外层102为方形框体结构。内层101外尺寸小于外层102内尺寸从而内层101和外层102之间有空间。内层101和外层102通过四个双L型连接条103连接。双L型连接条103由两个L型连接条组成。两个L型连接条的两长条端部直角连接，一短条在两长条形成的直角面内，另一短条在两长条形成的直角面外。双L型连接条103一端和外层102内壁连接，另一端和内层101外壁连接，双L型连接条103的两长条连接直角和相邻的内层101直角、外层102直角在一条线上。驱动片采用悬臂梁式结构，能够使驱动片中间的部分即内层101在一定条件下来回振动。

永磁铁2可以采用钕铁硼磁铁或镀镍钕铁硼磁铁，但不限于此。

垫片3起固定和支撑作用，用于永磁铁2和平面线圈层4之间产生工作气隙，气隙的大小对电磁力有影响，气隙越大电磁力越弱。

平面线圈层4包括两层平面线圈401，如图5所示，每层平面线圈401由绝缘材质包裹的铜线圈绕成，两层平面线圈401的绕向相同，以保证磁场的方向相同，可以提高电磁铁的磁感应强度，并将通电电极引出。平面线圈层4用绝缘材质填充，两层平面线圈401之间也填充有绝缘材质。平面线圈层4的中心及周部设有软磁材料的铁芯402，可以增加磁感应强度，并且可以防止漏磁，提高磁能的利用率。

如图3所示，永磁铁2固定在悬臂梁式驱动片1内层101的正面。悬臂梁式驱动片1外层102正面通过垫片3和平面线圈层4连接，永磁铁2和平面线圈层4的平面线圈401正对，永磁铁2和平面线圈层4之间有空间以形成气隙，支撑层5设于平面线圈层4正面。如图4所示，血压传感器6固定在悬臂梁式驱动片1内层101的背面。固定装置两侧分别和腕带7两端部连接。血压传感器6为商用柔性血压传感器，腕带7为能够带在手腕上的商用腕带，比如塑料腕带。

聚酰亚胺树脂具有良好的绝缘性能和弹性，并具有很好的硬度，本发明悬臂梁式驱动片1、支撑层5、包裹铜线圈的绝缘材质、用于平面线圈层4填充的绝缘材质均采用聚酰亚胺树脂材质。垫片3为聚二甲基硅氧烷材质，聚二甲基硅氧烷材质弹性较低，硬度较大。

永磁铁2和悬臂梁式驱动片1内层101的正面粘贴连接，血压传感器6和悬臂梁式驱动片1内层101的背面粘贴连接，悬臂梁式驱动片1外层102正面和垫片3粘贴连接，垫片3和平面线圈层4背面粘贴连接，平面线圈层4正面和支撑层5粘贴连接，固定装置两侧分别和腕带7两端部粘贴连接。以上可以采用强力双面胶等粘合剂实现粘贴连接。

本发明固定装置是基于电磁学中的磁路定理和磁体遵守同极相斥、异极相吸的特性进行设计，主要利用相斥的特性。通过磁路定理和洛伦兹力公式可以计算并分析该电磁驱动器所产生的磁场强度和电磁力，对于一个闭合磁路，根据磁场的高斯定理和安培环路定理可以得到：

其中，N为线圈匝数，I₀为线圈中的传导电流(A)，l是闭合曲线，∮_lHdl表示磁场强度H(A/m)沿任意闭合曲线的线积分，H_i为第i段均匀磁路中磁场强度(A/m)，l_i表示第i段线圈，B_i为磁感应强度(N/(A·m)，T)，μ_i为介质相对磁导率，μ₀是真空中的磁导率，μ₀＝4π×10^-7(H/m)，

为磁通量(Wb)，S_i表示第i个单位面积(m²)。由于磁路是连续的，各段磁路中的磁通量

均相等，

是磁路中各段磁路之和如式1-3所示，并定义ε_m＝NI₀为磁动势，

为磁阻，式(1-1)可写作:

此式即为磁路计算中所遵循的磁路定理。

当磁路中存在气隙时，

仍然保持不变，它穿过整个磁路，又由于各个导磁部分的磁导率和导磁面积不同，

既可以根据(1-2)的磁路定理求得，另一方面，它也与气隙中的磁场强度H以及气隙导磁面积S_g有关，于是就有下面的：

其中，H为气隙中的磁场强度(A/m)，S_g为气隙导磁面积(m²)。

当气隙长度较小，也就是永磁铁和平面线圈之间的距离较小的时候，磁力线的扩散作用不明显，磁通分布均匀，可以认为气隙中的磁场是匀强磁场，气隙的磁导G_g(Wb/A.m)可表示为

其中，R_g为气隙磁阻(H)，g为气隙长度(m)。

此时，作用在永磁铁上的电磁力的大小与磁场通过磁极总面积及气隙中磁感应强度的平方成正比。可由麦克斯韦公式计算出电磁力的大小

其中，F为电磁力(N)，B_g为气隙中的磁感应强度(T),

为通过气隙的磁通量(Wb)，S_g为磁极总面积(m²)。

如图6所示，将集成了本发明固定装置及血压传感器6的腕带7固定在手腕8上，血压传感器6位于手腕8桡动脉的位置。当平面线圈401中没有电流通过时，悬臂梁式驱动片1上的永磁铁2受到自身重力的作用，与悬臂梁(双L型连接条103)的弹性回复力(F_回复力)的平衡点构成了驱动片的一个初始稳态。测量血压的时候，利用电源驱动模块给平面线圈401通入电流时，平面线圈401就形成了一个电磁铁，通入电流的方向决定电磁铁磁极的方向，当电磁铁磁极和永磁铁2磁极相同的时候就可以产生排斥现象，悬臂梁式驱动片1上的永磁铁2就受到电磁排斥力从而推动悬臂梁式驱动片1背面的血压传感器6移动，就会紧压在手腕8桡动脉处，若平面线圈401中通入电流不断增大，线圈产生磁场也逐渐加强，对悬臂梁式驱动片1上的永磁铁2产生不断增大的电磁斥力，推动悬臂梁式驱动片1上的永磁铁2和血压传感器6垂直向下运动，直到电磁力与悬臂梁的回复力重新平衡为止，此时达到平衡状态，血压传感器6能够紧贴皮肤测量血压，也就相当于对血压传感器6施力，把血压传感器6固定在手腕8处，实现了血压传感器6的固定。本固定装置能够实现不论是在静止状态还是运动状态，血压传感器6都能紧贴皮肤测量血压数据，从而实现在安静和运动情况下都能够稳定测量血压。去掉驱动电流后，悬臂梁式驱动片1的回复力使悬臂梁式驱动片1上的永磁铁2返回初始位置，相当于回到了初始稳态，此时就不再推动血压传感器6压在皮肤上。

可选用商用的电源驱动模块给本发明装置的平面线圈401通入电流，电源驱动模块可以转换通入电流的方向，也可以控制通入电流的大小。电源驱动模块可和姿态传感器、位移传感器等配合控制给本发明装置的平面线圈401通入电流，其不属于本发明的保护范围，本发明不展开阐述。

Claims (6)

1.一种基于微电磁驱动的便携式血压传感器固定装置，其特征在于，包括悬臂梁式驱动片、永磁铁、垫片、平面线圈层、支撑层，

悬臂梁式驱动片包括内层和外层，内层为方形体结构，外层为方形框体结构，内层外尺寸小于外层内尺寸从而内层和外层之间有空间，内层和外层通过四个双L型连接条连接，双L型连接条由两个L型连接条组成，两个L型连接条的两长条端部直角连接，一短条在两长条形成的直角面内，另一短条在两长条形成的直角面外；双L型连接条一端和外层内壁连接，另一端和内层外壁连接，双L型连接条的两长条连接直角和相邻的内层直角、外层直角在一条线上；

永磁铁固定在悬臂梁式驱动片内层的正面，悬臂梁式驱动片外层正面通过垫片和平面线圈层连接，永磁铁和平面线圈层的平面线圈正对，永磁铁和平面线圈层之间有空间以形成气隙，支撑层设于平面线圈层正面；

血压传感器固定在悬臂梁式驱动片内层的背面，固定装置两侧分别和腕带两端部连接。

2.根据权利要求1所述的基于微电磁驱动的便携式血压传感器固定装置，其特征在于，平面线圈层包括两层平面线圈，每层平面线圈由绝缘材质包裹的铜线圈绕成，两层平面线圈的绕向相同，并将通电电极引出，平面线圈层用绝缘材质填充，两层平面线圈之间也填充有绝缘材质，平面线圈层的中心及周部设有软磁材料的铁芯。

3.根据权利要求1或2所述的基于微电磁驱动的便携式血压传感器固定装置，其特征在于，永磁铁包括钕铁硼磁铁或镀镍钕铁硼磁铁。

4.根据权利要求1或2所述的基于微电磁驱动的便携式血压传感器固定装置，其特征在于，永磁铁和悬臂梁式驱动片内层的正面粘贴连接，血压传感器和悬臂梁式驱动片内层的背面粘贴连接，悬臂梁式驱动片外层正面和垫片粘贴连接，垫片和平面线圈层背面粘贴连接，平面线圈层正面和支撑层粘贴连接，固定装置两侧分别和腕带两端部粘贴连接。

5.根据权利要求1或2所述的基于微电磁驱动的便携式血压传感器固定装置，其特征在于，悬臂梁式驱动片为聚酰亚胺树脂材质，垫片为聚二甲基硅氧烷材质，支撑层为聚酰亚胺树脂材质。

6.根据权利要求2所述的基于微电磁驱动的便携式血压传感器固定装置，其特征在于，用于包裹铜线圈的绝缘材质为聚酰亚胺树脂材质，用于平面线圈层填充的绝缘材质为聚酰亚胺树脂材质。

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