CN113768478A - 一种压力传感检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了压力传感检测装置，包括外壳、圆珠、压力传感器，外壳的端部将圆珠的部分露出并约束圆珠的任何旋转，在圆珠的部分露出位置的相反位置安装压力传感器，圆珠直接或间接接触到压力传感器。外壳端部露出的圆珠的部分即球冠的高度为圆珠直径的1/6‑4/9。工作时所述传感探头可以在被测物体表面在低摩擦力下移动，通过底部圆珠将来自不同方向的应力(压力)转变为统一向上的力，传导至传感器。该结构可以在不降低传感器灵敏度的前提下有效保护精密传感器，增加传感器的使用寿命，还具有在一定程度上替代传感器阵列的能力。

Description

一种压力传感检测装置

技术领域

本发明涉及仪表、检测、医学设备领域，尤其涉及压力传感检测装置，更具体的涉及一种应用于中医诊脉仪探头。

背景技术

压力传感器是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成用于输出的电信号的器件或装置，是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。尤其某些领域对于压力检测极为苛刻，要求极低的检测极限、超高的灵敏度和器件小型化，虽然通过材料、复杂的结构设计和制备工艺能够获得精密传感器件，但精密传感器脆弱易损，需要高频率更换的特点又增加了成本和使用难度。

中医脉诊仪的仿生指腹传感探头在应用时也是有此要求，但要求测量一定的范围分布的脉象。脉诊又称切诊(望闻问切之一)，是中医最主要的诊断方法之一。中医医生通过脉诊，用一侧手的食指、中指、无名指分别按压在病人手腕部桡动脉搏动处，即寸-关-尺位置，感知脉搏的变化状况——脉象，进行疾病诊断和治疗。脉象不但包括脉宽与脉长，更有强弱和变化，现有技术虽然有模仿到中医师切脉的压力传感，但距测量到并传感出完整脉象信息还差距很远。

CN202110689539.2集成方传统中医取脉传感器的腕带式脉诊仪及系统，集成传统中医取脉传感器的腕带式脉诊仪，监测仪包括：控制器分别用于接收三个反馈传感器的反馈信息，并根据反馈信息得到对应的脉搏信息；显示器与微控制器通信连接，用于将可视化处理后的脉搏信息进行显示，三个脉诊传感头模拟人指，通过三个脉诊传感头上的三个反馈传感器检测佩戴者的脉搏信息。

CN201080061312.3通过动脉压的作用测量动脉压的系统和方法由六阶段步骤和三种装置组成：间接测量舒张动脉压的步骤控制施加测量的渐变外部接触力的第一装置的任务；记录动脉表现的动脉第二传感器装置；以及使用间接方法测量和检测动脉周期舒张和收缩时期以提供舒张动脉压数值的第三装置。此外，测量收缩动脉压，而不会因动脉闭塞后产生的心跳导致超压。

CN201680048467.0一种能够以非侵入方式准确地测量动静脉压的无创动静脉压测量装置及使用该测量装置的动静脉压测量方法。在无创动静脉压测量装置中设置有：探针(20)，用于朝向皮肤内的血管照射超声波

CN202011348579.2一种获取感兴趣的主动脉压力曲线的方法及存储介质，包括：获取主动脉压力Pa数据；根据所述主动脉压力Pa提取平稳压力波形；根据所述平稳压力波形生成主动脉压力波形图像。

CN02136594.6用于获得人体脉压讯息的两相邻量测点脉压的量测方法及其装置，主要是对人体血管同一部位并顺着血流方向隔一距离排列一上游压力传感器和一下流压力传感器，以该上、下游压力传感器量测其所处血管的脉压及其变化波形。

CN2013100556520无创中心动脉压检测分析仪，包括：脉冲信号获取单元、脉冲信号处理单元、主处理器单元，以及输入输出单元，所述脉冲信号获取单元，将获取的肱动脉压力脉波信号发送给所述脉冲信号处理单元；所述脉冲信号处理单元，将所述肱动脉压力脉波信号进行处理后发送给所述主处理器单元；所述主处理器单元，利用传导函数方法对接收的压力脉波信号进行计算分析，将中心动脉压曲线、中心动脉压值、心搏量、血流总阻力、动脉硬化指数、血压类型发送给所述输入输出单元显示输出。

CN201410569564.7一种光纤光栅脉诊传感器探头，它包括壳体和设置于壳体中的至少一个传感单元。CN201610124454.9一种中医脉诊传感器装置，包括脉诊阵列传感器，该脉诊阵列传感器根据寸上、寸、关、尺、尺下诊断金标准设计传感器阵列位置。以及一种差分闭环采样系统、一种脉诊仪、一种中医脉诊诊疗系统及一种中医脉诊系统健康服务平台。

CN202110021494.1一种脉诊系统和脉诊方法。脉诊系统包括视觉采集设备、移动设备、信号采集设备和诊断设备；视觉采集设备与移动设备电连接，信号采集设备设置在移动设备上，信号采集设备与诊断设备电连接；视觉采集设备用于拍照采集病人的手腕上的寸、关、尺的具体位置。

CN201710344008.3基于三维数字图像相关的脉诊多维信息数字化系统及方法；CN202010817675.0可控压力大小的指端恒压脉诊仪信号采集系统和CN201910521205.7一种脉诊仪。

现有的脉诊设备缺少对脉搏波形及压力的客观描述，不利于脉诊的信号研究和远传。且现有的脉诊设备都需要医生手动定位病人的寸-关-尺位置，手动操作仪器进行脉搏信号采集，使用不便。对于检测一个物体表面多点压力时，传统的解决办法是使用压力传感器阵列，虽然能够很好的检测多点压力，却带来了电路设计复杂，成本高昂等问题。在人体脉搏信号检测领域中，不管是单个传感器还是传感阵列，使用最多的保护结构是气囊结构或液囊结构，虽然在一定程度上能够保护传感器，但是以牺牲高频信号的获取为代价。目前对于压力传感器及其探头结构，没有一款能够兼顾动态滚动扫描探测、低频和高频信号均能高质量获取的结构装置。因此发展一种能够保护精密传感器、成本低廉又能实时滚动扫描的压力传感探头非常必要。

发明内容

本发明目的是，针对上述的技术方案存在的不足，提供一种滚动头尤其是圆珠笔头样式的压力传感检测装置即探头，能够代替阵列设计采用动态滚动扫描的模式，通过固体圆珠传导应力，实现在滚动探测的同时对力的低频和高频信号均能高质量获取的目的。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种压力传感检测装置，包括外壳、圆珠、压力传感器，外壳的端部将圆珠的部分露出并约束圆珠的任何旋转，在圆珠的部分露出位置的相反位置安装压力传感器，圆珠直接或间接接触到压力传感器。

进一步，从外壳端部露出的圆珠的部分即球冠的高度为圆珠直径的1/6-4/9，圆珠通过一凸起接触到片式或膜式压力传感器的压力感应面。

进一步，外壳端部露出的圆珠的部分即球冠的高度为圆珠直径的33％±5％；外壳为管式结构、内径略大于圆珠的直径。

进一步，外壳的端部、压力传感器，外壳的端部将圆珠的部分露出并约束圆珠的任何旋转，在圆珠的部分露出位置的相反位置安装压力传感器，圆珠直接或间接接触到圆珠压力传感器。

进一步，圆珠的直径为1.5-7.2mm,外壳约束圆珠的位置设有凹弧状。

进一步，约束圆珠的位置外壳通过螺纹与上部安装压力传感器的外壳螺接。圆珠通过半球刚体模块接触片式或膜式压力传感器的压力感应面。约束圆珠的位置外壳通过螺纹与上部安装压力传感器的外壳螺接；圆珠通过与凸点刚体模块的凸点接触传递片式或膜式压力传感器的压力感应面。

更优的，圆珠2/3部分被外壳包裹，1/3部分裸露在探头外部。

压力传感器探头能够在被测物体表面动态滚动，尤其是在人的皮肤上光滑滚动。探头末端的圆珠感知被测物体各个方向上的压力，并将压力统一转变为向上传导的力，半球刚体结构在底部水平相切面上仅一个点有向上的作用力，传感器被保护在顶板模块和半球刚体模块之间，感知圆珠传导的压力。

进一步的，外壳为子母分离式设计，子母外壳均包括上螺纹结构和内嵌卡扣结构、尾部结构，其中上螺纹结构用于与上部微电机连接，内嵌卡扣结构用于子母外壳的连接，尾部结构用于固定圆珠。

进一步的，压力传感器包括压阻式传感器、压电式传感器、电容式传感器、微机电传感器，所述传感器上电极通过黏附层与顶板模块相连，下电极与半球刚体模块上部接触，可以实时感知半球刚体结构向上传导的力。

进一步的，半球刚体模块可以替换成圆柱模块，尺寸大小根据需要均可调整。

半球刚体模块/圆柱模块(接触凸端)和圆珠均使用光滑低摩擦系数，具有良好刚性的材料制成。如PC材料再经表面处理，涂覆硅树脂、氟树脂等。

半球刚体模块/圆柱模块和圆珠只有一点紧密接触，即两模块在各自的水平相切面接触。外壳的端部、压力传感器，外壳的端部将圆珠的部分露出并约束圆珠的任何旋转，在圆珠的部分露出位置的相反位置安装压力传感器，圆珠直接或间接接触到圆珠压力传感器。

进一步的，圆珠笔头样式的压力传感探头整体连接在垂直向下的微型伺服电机杆上，微型伺服电机另一端连接在能够在x轴和y轴移动的滑轨上；被检测者的手臂可以垫在下部位置的x轴和y轴移动的平台平面上，这样便于压力传感探头寻找全部脉象区的面积和强度分布。

本发明的改进包括多个圆珠笔头样式的压力传感探头构成的脉诊阵列传感器，该脉诊阵列传感器根据寸上、寸、关、尺、尺下诊断金标准设计传感器阵列位置。可以制备成中医脉诊系统的基础。本发明通过机械设计保障患者脉搏提取的稳定性和重复性，可以制备成闭环采样系统更客观准确的采集患者脉搏数据，脉搏脉象和脉压等综合信息的通过网络可以定点精确传输，使得中医资源得到优化配置，提升大众对中医医学的认知度；本发明可依据寸上、寸、关、尺、尺下，建立阵列，也可以参照现有技术制备成25点阵列，并且通过试验，取得较好诊疗效果的阵列排列间距。本发明提供了一种脉诊系统的基础，根据脉压完成对病人寸-关-尺位置的识别，并完成对病人脉搏信号的采集，以完成脉诊诊断。

在可选的实施方式中，设有移动设备包括机架、移动平台、底座和驱动装置；通过移动设备中微型伺服电机顶端的x轴和y轴滑轨，圆珠笔头样式的压力传感探头在滑轨驱动下，能够动态地在被测物体表面滚动，圆珠滚到的不同的位置将下方不同方向的压力向上传导，该结构既能延长精密易损的传感器的使用寿命，又能动态滚动测量不同方位点的压力值，尤其在静态压力的探测中效果非常好，还能实现力的低频和高频信号的高质量获取。

本发明的有益效果和优点：本发明为基础的三个脉诊传感头模拟人指，通过三个脉诊传感头上的三个反馈传感器检测佩戴者的脉搏信息可对应于人的寸、关、尺脉位，可制备成主动脉压力检测设备，以及在腕带上设有本发明传感器阵列的设备。本发明可以得到完整和精确的脉象，不但包括脉象的脉宽与脉长，更有强弱和变化——本发明可以针对不同病人的寸、关、尺的位置不同，利用另外设计(现有技术已经有)的平动装置采集脉象，能够分别有针对性的测量和采集，从而保障信号采集设备能够获得病人准确的寸、关、尺位置(及其它位置)处的脉搏信号。平动设备与本发明的叠加能够高效地带动信号采集设备对寸、关、尺的位置进行分别采集对应位置的脉搏信号，以保障信号采集的准确性和高效性。而后续平台的诊断根据本地服务器的诊断情况，结合云端服务器的诊断资料，综合判断得出该病人的病症和脉象。这样的脉诊系统测量更加高效、脉诊的准确度更高。再将得到的脉象结果回传给终端控制器。本发明结构可以在不降低传感器灵敏度的前提下有效保护精密传感器，增加传感器的使用寿命，还具有在一定程度上替代传感器阵列的能力或制备成专门应用的传感器阵列。

附图说明

图1为本发明所述的圆珠笔头样式的压力传感探头整体结构示意图。

图2为具体实施方式所述的基于圆珠笔头样式的压力传感探头的脉诊设备。

图3为具体实施方式所述的脉搏波数据图。

具体实施方式

为了更加清晰具体地说明本申请的技术内容、构造特征、所实现的目的及效果，下面将通过对附图的简单介绍对实施例中的各要点进行完整、清晰地阐述。

中医切脉实施背景：中医的传统诊断方法包括“望”、“闻”、“问”、“切”，其中“切”是指通过触摸人体桡动脉的不同部位(尤其是指“寸”、“关”、“尺”)，察觉脉象变化的一种方法，又称脉诊。中医总结了28种基本脉象，通过对脉象的感知并结合前三种诊断方法，良好的脉诊技术可以准确判断疾病的性质和部位。然而，与客观定量的现代医学相比中医脉诊过于主观化，中医脉诊技巧需要长年的积累和大量的经验。在现代科学技术飞速发展的境况下，传统中医的学习和传承情况每况愈下，拥有精湛脉诊技巧的中医寥寥可数。因此，利用客观的仪器记录和分析脉象不仅可以更好地保存和传承这一古老的技术、帮助年轻医生掌握脉诊技巧，还可以客观地分析中医学与现代医学的联系。

脉诊仪采用传统中医切脉原理，采用腕带或其他机械结构施加外部压力模拟中医脉诊过程，利用压力传感器采集寸关尺三点的脉搏数据，通过数据分析得出脉象结论。分析脉象需要脉诊仪感知中医脉象的八个基本要素：脉位、脉力、脉长、脉宽、脉数、脉率、流利度和紧张度。只有掌握上述八个基本要素数据，才能依据中医理论科学的推导出脉象的变化。目前市面上还没有一款能够清晰分辨八个要素的脉诊仪器，其最主要原因在于脉诊仪的传感结构不能同时满足八个基本要素数据的获取。

图1为在上述背景下具体实施方式所述的圆珠笔头样式的压力检测装置(探头)，包裹外壳的内部从上到下依次包括上顶板模块、黏附层、压力传感器、半球刚体模块、圆珠。所述传感器上表面通过黏附层与顶板模块相连，下极板与半球刚体模块上部接触；所述半球刚体模块下部半球刚体与圆珠接触；所述圆珠2/3部分被外壳包裹，1/3部分裸露在探头外部。外壳为子母分离式设计，子母外壳均包括上螺纹结构、内嵌卡扣结构、尾部结构，其中上螺纹结构用于与微电机连接，内嵌卡扣结构用于子母外壳的连接，尾部结构用于固定圆珠。所述半球刚体模块可以替换成圆柱模块，尺寸大小根据需要均可调整。所述半球刚体模块/圆柱模块和圆珠只在一点紧密接触，即两模块在各自的水平相切面接触。

外部用于包裹结构的外壳3由注塑、金加工、3D打印(增材)等制作，可以分为子母两部分，通过卡扣或螺纹互相锁紧，尾端(下端)部通过向内收缩结构9(纵切线为弧线、弧线的凹弧部分包裹圆珠的圆截面，圆珠通过颈口塞入凹弧部分，圆珠的滚动匹配更好)固定圆珠。外壳通过螺纹结构1与微型伺服电机相连。内部传感器7选用电容式传感器，4为上顶板模块，通过黏附层5与传感器7的上极板粘接。，传感器下极板与半球刚体模块6接触，无黏附层。半球刚体模块的底部水平相切点与圆珠8顶部水平相切点接触。

传感器上表面通过黏附层与顶板模块相连，下极板与半球刚体模块上部接触；半球刚体模块下部半球刚体与圆珠接触；圆珠2/3部分被外壳包裹，1/3部分裸露在探头外部。工作时所述传感探头可以在被测物体表面来回滚动，通过底部圆珠将来自不同方向的应力转变为统一向上的力，传导至传感器。该结构可以在不降低传感器灵敏度的前提下有效保护精密传感器，增加传感器的使用寿命，还具有在一定程度上替代传感器阵列的能力。

所述压力传感器探头能够在被测物体表面动态滚动。探头末端的圆珠感知被测物体各个方向上的应力，并将应力统一转变为向上传导的力，半球刚体结构在底部水平相切面上仅一个点有向上的作用力，传感器被保护在顶板模块和半球刚体模块之间感知圆珠传导的应力。

所述圆珠笔头样式的压力传感探头整体连接在垂直向下的微型伺服电机杆上，微型伺服电机另一端连接在能够在x轴和y轴移动的滑轨上。压力传感器探头上螺纹结构用于与微电机连接，内嵌卡扣结构用于子母外壳的连接，尾部结构用于固定圆珠。

传感器包括压阻式传感器、压电式传感器、电容式传感器，所述传感器上电极通过黏附层与顶板模块相连，下电极与半球刚体模块上部接触，可以实时感知半球刚体结构向上传导的力。所述半球刚体模块可以替换成圆柱模块，尺寸大小根据需要均可调整。所述半球刚体模块/圆柱模块和圆珠均使用光滑低摩擦系数，具有良好刚性的材料制成。所述半球刚体模块/圆柱模块和圆珠只在一点紧密接触，即两模块在各自的水平相切面接触。

图2为在图1的基础上，将所述的三个圆珠笔头样式的压力传感探头6、7、8安装在滑动平台中，将该设备作为一款新型脉诊仪使用。滑动平台上部x轴1(垂直手臂方向)和y轴2(平行手臂方向)作为微调结构，用于调整水平面内传感器与脉位的相对位置。三个微型伺服电机3、4、5在z轴上移动，用于施加脉搏采集的背景压力。底部同样设有x轴9，y轴10滑移平台，用于粗调脉位与传感器的相对位置。在设备使用过程中，底部9、10滑移平台载着手腕首先进行脉位粗调，粗调后三个微型伺服电机3、4、5将末端的探头6，7，8延z轴方向推送，直到圆珠与皮肤接触，此时传感器获取脉搏数据，计算机通过脉搏数据信号质量的高低，反馈命令给滑动平台上的微调结构，微调结构在x轴1、y轴2移动带动传感探头6、7、8在皮肤上滚动，用于确定脉位。正确的脉位点应是计算机分析出的信号质量最高的点，在寻找到正确脉位的基础上，探头在x轴1上滚动，根据信号质量确定脉宽。微调结构的y轴2还用于调整不同个体脉位差异和寻找脉长(图3显示了利用该设备在寸关尺三点同时探测到的脉搏波形)。

本发明的应用还包括：阵列选择用三个脉诊传感头模拟人指，通过三个脉诊传感头上的三个反馈传感器检测佩戴者的脉搏信息，并将检测得到的脉搏信息传递到控制器上，该控制器将脉搏信息传递到微控制器上，微控制器将脉搏信息进行可视化处理。

多通道信号脉压时分复用装置，通过采样数据缓存模块和时分复用控制器按照不同时间段把缓存后的采样数据依次送至脉压处理模块，由所述脉压处理模块根据脉压模式选择不同的脉压方式进行处理。

主动脉压力曲线的方法及存储，获取主动脉压力Pa数据；根据所述主动脉压力Pa提取平稳压力波形；根据所述平稳压力波形生成主动脉压力波形图像；临床上分析主动脉压力曲线只能依靠观察和经验的弊端。

所述腕带上设有本发明传感器阵列。也是一种用于脉搏波检测的最佳取脉压方法。两相邻量测点脉压的量测装置：对人体血管同一部位并顺着血流方向隔一距离排列一上游压力传感器和一下流压力传感器；本发明还是无创中心动脉压检测分析仪及可同时取得脉压及血流量的脉波讯息量测方法及其装置。以上所述仅为本发明的优选实施内容，不用于限制本发明，本发明可以有领域内的更改和变化，也应在本发明保护之内。

Claims (10)

1.一种压力传感检测装置，其特征在于，外壳、圆珠、压力传感器，外壳的端部将圆珠的部分露出并约束圆珠的任何旋转，在圆珠的部分露出位置的相反位置安装压力传感器，圆珠直接或间接接触到压力传感器。

2.根据权利要求1所述的压力传感检测装置，其特征在于，从外壳端部露出的圆珠的部分即球冠的高度为圆珠直径的1/6-4/9，圆珠通过一凸起接触到片式或膜式压力传感器的压力感应面。

3.根据权利要求2所述的压力传感检测装置，其特征在于，外壳端部露出的圆珠的部分即球冠的高度为圆珠直径的33％±5％；外壳为管式结构、内径略大于圆珠的直径。

4.根据权利要求1所述的压力传感检测装置，其特征在于，圆珠的直径为1.5-7.2mm,外壳约束圆珠的位置设有凹弧状。

5.根据权利要求1-4之一所述的压力传感检测装置，其特征在于，约束圆珠的位置外壳通过螺纹与上部安装压力传感器的外壳螺接；圆珠通过与凸点刚体模块的凸点接触传递片式或膜式压力传感器的压力感应面。

6.根据权利要求5所述的压力传感检测装置，其特征在于，圆珠感知到的被测物体各个方向上的应力，并将应力统一转变为向上传导的力，圆珠通过半球刚体模块接触片式或膜式压力传感器的压力感应面；半球刚体结构在底部水平相切面上仅一个点有向上的作用力，压力传感器被安装在壳体的顶板模块和半球刚体平面之间感知圆珠传导的应力或压力。

7.根据权利要求1-4之一所述的一种压力传感检测装置，其特征在于，传感器包括压阻式传感器、压电式传感器、电容式传感器，所述传感器上电极通过黏附层与顶板模块相连，下电极与半球刚体模块上部接触，可以实时感知半球刚体结构向上传导的力。

8.根据权利要求1-4之一所述的一种压力传感检测装置，其特征在于，所述半球刚体模块/圆柱模块和圆珠均使用光滑低摩擦系数，具有良好刚性的材料制成。

9.根据权利要求1-4之一所述的一种压力传感探头，其特征在于，所述若干圆珠笔头样式的压力传感检测装置整体连接在垂直向下的微型伺服电机杆上，微型伺服电机另一端连接在能够在x轴和y轴移动的滑轨上。

10.根据权利要求1-9之一所述的一种压力传感检测装置的应用，其特征在于，起码具有三个一排的阵列的压力传感检测装置的单元，用于检测脉搏的各种参数与脉压。

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