CN114305395A - 一种带环境振动补偿的生理信号检测传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种带环境振动补偿的生理信号检测传感器，该传感器包括：上壳体、下壳体和电路板；其中，所述上壳体与所述下壳体连接形成内部中空结构，所述上壳体与所述下壳体之间可相对伸缩运动，所述电路板与所述伸缩运动的方向垂直；所述电路板包括：板本体、至少一个振动补偿传感组件和至少一个动态力传感组件；所述板本体架设于所述下壳体内，所述板本体设有至少两个开口；所述振动补偿传感组件和所述动态力传感组件分别设于不同的所述开口中；所述上壳体设有朝向所述下壳体的凸点，所述凸点与所述动态力传感组件的接触。本发明通过集成环境振动补偿电路和结构，在一定程度上消除环境振动噪声的影响，提高传感器检测的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种带环境振动补偿的生理信号检测传感器。
背景技术
人体睡眠时呼吸、心跳等生理现象都会产生微弱的振动信号，这些振动信号会传递到某些安装到床垫上的传感器，或通过床垫，传递到安装于床板上或床板内传感器上，传感器感测这种微弱振动，但同时，当所处环境有比较强烈的振动时，比如户外施工带来的振动，路边汽车驶过带来的振动等，检测结果会受到影响。单纯的力传感器接收到的信号混合了噪声，当噪声与信号频率相近，或幅度较大时，很难区分有效信号。
发明内容
本发明提供一种带环境振动补偿的生理信号检测传感器，以解决现有技术易受环境振动影响，导致生理信号检测时出现测量误差的技术问题。
为此，本发明提供的一种带环境振动补偿的生理信号检测传感器，该带环境振动补偿的生理信号检测传感器包括：上壳体、下壳体和电路板；其中，所述上壳体与所述下壳体连接形成内部中空结构，所述上壳体与所述下壳体之间可相对伸缩运动，所述电路板与所述伸缩运动的方向垂直；所述电路板包括：板本体、至少一个振动补偿传感组件和至少一个动态力传感组件；所述板本体架设于所述下壳体内，所述板本体设有至少两个开口；所述振动补偿传感组件和所述动态力传感组件分别设于不同的所述开口中；所述上壳体设有朝向所述下壳体的凸点，所述凸点与所述动态力传感组件的接触。
进一步地，所述振动补偿传感组件包括：振动补偿悬臂梁、第一压电薄膜和质量块；其中，所述振动补偿悬臂梁的末端与所述开口的内壁连接，所述第一压电薄膜和所述质量块均设于所述振动补偿悬臂梁上。
进一步地，所述第一压电薄膜位于所述振动补偿悬臂梁的中部，所述质量块位于所述振动补偿悬臂梁的首端。
进一步地，所述动态力传感组件包括：压力悬臂梁和第二压电薄膜，所述第二压电薄膜设于所述压力悬臂梁上。
进一步地，所述第二压电薄膜位于所述压力悬臂梁的中部。
进一步地，还包括：弹性垫片，所述弹性垫片的一端与所述第二压电薄膜之间为面接触，所述弹性垫片的另一端与所述上壳体或所述下壳体连接。
进一步地，所述板本体位于两个开口之间处与所述下壳体或下壳体连接。
进一步地，还包括：弹性垫圈，所述弹性垫圈设于所述上壳体和所述下壳体之间，所述上壳体通过所述弹性垫圈与所述下壳体连接。
进一步地，所述开口、所述振动补偿传感组件和所述动态力传感组件均为长条形。
进一步地，所述板本体、所述振动补偿传感组件和所述动态力传感组件为一体成型。
进一步地，所述开口分别位于所述板本体的两侧。
进一步地，所述开口分别位于所述板本体的一侧和所述板本体的中部。
进一步地，所述板本体设有焊盘，所述焊盘分别与所述第一压电薄膜和所述第二压电薄膜电连接。
进一步地，还包括芯片：所述芯片与所述板本体电连接。
进一步地，所述第一压电薄膜为聚偏氟乙烯或聚二甲基硅氧烷材质。
进一步地，所述第二压电薄膜为聚偏氟乙烯或聚二甲基硅氧烷材质。
进一步地，所述弹性垫圈为硅胶或橡胶材质。
进一步地，所述上壳体和所述下壳体的内壁上均设有屏蔽层。
进一步地，所述振动补偿传感组件与所述动态力传感组件平行。
进一步地，所述弹性垫片为硅胶或橡胶材质。
通过集成环境振动补偿电路和结构，在一定程度上消除环境振动噪声的影响，提高传感器检测的准确性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例的一种带环境振动补偿的生理信号检测传感器沿动态力传感组件延展中心线的剖面图；
图2为本发明实施例的一种带环境振动补偿的生理信号检测传感器沿动态力传感组件延展中心线的剖面图；
图3为本发明实施例中电路板的第一实施列俯视图；
图4为本发明实施例中电路板的第二实施列俯视图。
附图标记说明：
1-上壳体、2-下壳体、3-电路板、4-弹性垫圈、5-弹性垫片；
11-凸点、31-板本体、32-振动补偿传感组件、33-动态力传感组件；
311-开口、312-焊盘、321-振动补偿悬臂梁、322-第一压电薄膜、323- 质量块、331-压力悬臂梁、332-第二压电薄膜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1为本发明实施例的一种带环境振动补偿的生理信号检测传感器沿动态力传感组件延展中心线的剖面图、图2为本发明实施例的一种带环境振动补偿的生理信号检测传感器沿动态力传感组件延展中心线的剖面图、图3 为本发明实施例中电路板的第一实施列俯视图、图4为本发明实施例中电路板的第二实施列俯视图，如图1至图4所示，本发明提供的带环境振动补偿的生理信号检测传感器包括：上壳体1、下壳体2和电路板3；其中，所述上壳体1与所述下壳体2连接形成内部中空结构，所述上壳体1与所述下壳体2之间可相对伸缩运动，所述电路板3与所述伸缩运动的方向垂直；所述电路板3包括：板本体31、至少一个振动补偿传感组件32和至少一个动态力传感组件33；所述板本体31架设于所述下壳体2内，所述板本体31设有至少两个开口311；所述振动补偿传感组件32和所述动态力传感组件33 分别设于不同的所述开口311中；所述上壳体1设有朝向所述下壳体2的凸点11，所述凸点11与所述动态力传感组件33的接触。
上壳体1和下壳体2形成一个内部空间用于安装电路板3，电路板3架设在下壳体2上，电路板3与下壳体2固定连接，有助于减少环境振动的干扰。上壳体1、下壳体2的外表面垂直方向受力时，挤压使得上壳体1、下壳体2产生相对的微小收缩，受力消失，上壳体1、下壳体2恢复原状，实现上壳体1与下壳体2之间可相对伸缩运动。可以通过控制上壳体1和下壳体2的硬度或在两者连接处增设弹性件实现，上壳体1和下壳体2的硬度可以通过材料的选择、厚度、结构的设计实现，如上壳体1使用塑料、橡胶等材料或弹簧之类的具备伸缩功能的结构实现，在现有技术中存在大量的相关技术方案可供选择，不再列举。板本体31上设有至少两个开口311，每个开口311中单独设置一个振动补偿传感组件32或动态力传感组件33，但电路板3设有至少一个振动补偿传感组件32和至少一个动态力传感组件33，还可单独增设开口311并增加振动补偿传感组件32或动态力传感组件33，进一步强化传感器的数据采集性能。振动补偿传感组件32、动态力传感组件33和板本体31处于同一个平面内。凸点11用于与动态力传感组件33配合，最好是面接触，将上壳体1或下壳体2受到的压力传递给动态力传感组件33，动态力传感组件33输出相应的动态力信号，此时振动补偿传感组件 32理论输出为零，而当外界环境振动时，由于惯性，振动补偿传感组件32 和动态力传感组件33都会有电信号输出，且信号呈一定相关性。
当传感器安装至采集位置，上壳体1、下壳体2仅受到外部压力时，凸点11将压力传递至动态力传感组件33，动态力传感组件33输出动态力信号，振动补偿传感组件32无信号输出；上壳体1、下壳体2受到外部压力的同时又受到外部振动影响时，安装于某一开口311中的振动补偿传感组件 32与电路板3、上壳体1和下壳体2之间互不干涉，振动补偿传感组件32 以电路板3为支点，在惯性的作用下自由振动输出振动信号，动态力传感组件33输出动态力信号，振动信号和动态力信号之间呈现出一定的相关性，振动信号对动态力信号做出一定的补偿，消除或减弱环境振动对传感器输出信号的影响。
本发明实现了同时采集动态力信号和环境振动产生的振动补偿信号的功能，且无需校准两种信号之间的时差，也无需额外的接线，增强了信号完整性，避免了因传感器的外部安装引入的安装误差，降低了生产难度和成本，有助于提升获取有效信号的速度。通过集成环境振动补偿电路和结构，在一定程度上消除环境振动噪声的影响，提高传感器检测的准确性。
优选地，还包括：弹性垫圈4，如硅胶、橡胶材质，所述弹性垫圈4设于所述上壳体1和所述下壳体2之间，所述上壳体1通过所述弹性垫圈4与所述下壳体2连接。
当上壳体1或下壳体2受外力影响压向对方时，会挤压位于两者之间的弹性垫圈4产生微小相向位移，外力消失后，由于弹性垫圈4自身具备弹性，下壳体2和上壳体1恢复至原始位置，保证传感器结构的稳定，并实现压力检测。通过弹性垫圈4实现上壳体1和下壳体2的相向微小位移，此种方式最为简单，方便生产和维护。
优选地，如图3所示，所述开口311分别位于所述板本体31的两侧。
优选地，如图4所示，所述开口311分别位于所述板本体31的一侧和所述板本体31的中部。
增加悬臂梁，就要增加电路处理单元，所以从成本和功能考虑，两个比较好。动态力传感组件33位于中间，可方便接收正上方压力，整体数据更加稳定，有助于提高传感器检测的准确性。如果放置侧边也可以，但上盖结构要做处理，否则他对上盖一边的力检测比敏感。
进一步地，所述振动补偿传感组件32与所述动态力传感组件33平行。
开口311位置并没有特定的要求，甚至可以设置多个悬臂梁，横纵垂直，但至少保证一个与动态力传感组件33同方向，这样检测外部振动也基本来自同一个方向，保证数据之间的相关性，增强检测结果的准确性。
进一步地，如图2至图4所示，所述振动补偿传感组件32包括：振动补偿悬臂梁321、第一压电薄膜322和质量块323；其中，所述振动补偿悬臂梁321的末端与所述开口311的内壁连接，所述第一压电薄膜322和所述质量块323均设于所述振动补偿悬臂梁321上。
振动补偿悬臂梁321上设有质量块323，通过焊接、铆接、胶黏等方式安装。振动补偿悬臂梁321仅末端与某一开口311的内壁连接时限悬空设置，并与上壳体1、下壳体2互不干涉，振动补偿悬臂梁321可上下可自由振动。当上壳体1、下壳体2受到外部振动影响时，在质量块323的配合下，振动补偿悬臂梁321产生相应振动产生循环往复的位移，使得第一压电薄膜322 形变，从而输出相应的电信号。该结构简单实用，适宜规模化生产和应用，生产成本较低。
优选地，第一压电薄膜322贴附于振动补偿悬臂梁321的上表面或下表面，以追求较大面积的压电薄膜，方便贴附，更重要的是增强振动补偿传感组件32的信号输出。
进一步地，如图2至图4所示，所述第一压电薄膜322位于所述振动补偿悬臂梁321的中部，所述质量块323位于所述振动补偿悬臂梁321的首端。
第一压电薄膜322设于振动补偿悬臂梁321的中部，设于振动补偿悬臂梁321首端的质量块323有助于强化振动惯性，质量块323强化振动补偿悬臂梁321对振动反馈的灵敏性，强化振动补偿悬臂梁321的往复形变，位于振动补偿悬臂梁321中部的第一压电薄膜322随之均匀形变，产生的电信号较其他位置设置第一压电薄膜322产生的电信号波动范围更小，进一步提高传感器输出的振动信号准确度。
进一步地，如图3和图4所示，所述动态力传感组件33包括：压力悬臂梁331和第二压电薄膜332，所述第二压电薄膜332设于所述压力悬臂梁 331上。
上壳体1与压力悬臂梁331通过凸点11接触，第二压电薄膜332贴附于压力悬臂梁331的上表面或下表面，以追求较大面积的压电薄膜，方便贴附，更重要的是增强动态力传感组件33的信号输出。当上壳体1或下壳体 2受到外部压力时，压力悬臂梁331也随之产生形变，压电薄膜同样产生形变并输出电信号。该结构简单实用，适宜规模化生产和应用，生产成本较低。
进一步地，如图2至图4所示，所述第二压电薄膜332位于所述压力悬臂梁331的中部。
第二压电薄膜332设于压力悬臂梁331的中部，振动补偿悬臂梁321因振动产生振动补偿促使自身发生形变使得位于其中部的压电薄膜随之均匀形变，产生的电信号较其他位置设置第一压电薄膜322产生的电信号波动范围更小，进一步提高传感器输出的压力信号准确度。
进一步地，如图1所示，还包括：弹性垫片5，所述弹性垫片5的一端与所述第二压电薄膜332之间为面接触，所述弹性垫片5的另一端与所述上壳体1或所述下壳体2连接。
第二压电薄膜332与上壳体1或下壳体2之间增设弹性垫片5，尺寸与压力悬臂梁331尺寸相当，使弹性垫片5与压力悬臂梁331之间有一定预压力，加载到他们所夹持的压力压电膜上，还可以缓解上壳体1或下壳体2受到外力产生的振动干扰，从而获得更准确的动态力信号。
弹性垫片5可使用硅胶或橡胶等软质弹性材料，厚度为1mm，根据板间连接器的高度，软硅胶的厚度也将随之变化。软硅胶的硬度可选20至40 邵氏硬度，可根据待测压应力调整。此外弹性垫片5还可压住第二压电薄膜 332，防止其意外脱落。
进一步地，如图3和图4所示，所述板本体31位于两个开口311之间处与所述下壳体2或下壳体2连接。
电路板3通过固定螺丝柱固定安装于下壳体2上，使位于两侧的振动补偿传感组件32和动态力传感组件33在振动时互不干扰。优化信号的准确性。
进一步地，如图3和图4所示，所述开口311、所述振动补偿传感组件 32和所述动态力传感组件33均为长条形。灵敏性更高，形变更为均匀，有助于信号的采集。
进一步地，如图3和图4所示，所述板本体31、所述振动补偿传感组件32和所述动态力传感组件33为一体成型。
强化板本体31、振动补偿传感组件32和动态力传感组件33之间的强度，提升整体的耐用性，减少了零件的数量和装配工序，生产效率得到提高。
进一步地，如图3和图4所示，所述板本体31设有焊盘312，所述焊盘312分别与所述第一压电薄膜322和所述第二压电薄膜332电连接。
焊盘312可分为信号焊盘和地焊盘，信号焊盘与压电薄膜的正极电连接，地焊盘与压电薄膜的负极电连接。供电的同时实现信号的传输。
进一步地，还包括：芯片，所述芯片与所述板本体31电连接。
芯片在图中为示出。采集到的两路信号同时送到处理器，通过补偿算法，消除环境振动对传感器影响，获取有用信号，优化本传感器采集数据的准确性。
进一步地，所述第一压电薄膜322为聚偏氟乙烯或聚二甲基硅氧烷材质。
压电薄膜的材料选择常见的压电材料，例如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等，第一压电薄膜322和第二压电薄膜332均可以选用上述材料。振动补偿悬臂梁321和压力悬臂梁331分别受到振动和压力产生形变时，第一压电薄膜322和第二压电薄膜332被带动形变，产生电信号。这些压电材料具有质量轻、频响宽、高压电电压常数且振动模式单纯，有助于优化传感器的性能。
进一步地，所述上壳体1和所述下壳体2的内壁上均设有屏蔽层。
上壳体1和下壳体2设有屏蔽层(图中未示出)，尤其是两者的内壁上分别设有屏蔽层，通过对两者表面进行电镀处理形成屏蔽层或者直接贴附导电布等材料，进一步增强传感器对外接辐射干扰的抑制效果，提升信号的准确性。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。
Claims (20)
1.一种带环境振动补偿的生理信号检测传感器，其特征在于，包括：上壳体、下壳体和电路板；
其中，所述上壳体与所述下壳体连接形成内部中空结构，所述上壳体与所述下壳体之间可相对伸缩运动，所述电路板与所述伸缩运动的方向垂直；
所述电路板包括：板本体、至少一个振动补偿传感组件和至少一个动态力传感组件；
所述板本体架设于所述下壳体内，所述板本体设有至少两个开口；
所述振动补偿传感组件和所述动态力传感组件分别设于不同的所述开口中；
所述上壳体设有朝向所述下壳体的凸点，所述凸点与所述动态力传感组件的接触。
2.根据权利要求1所述的带环境振动补偿的生理信号检测传感器，其特征在于，所述振动补偿传感组件包括：振动补偿悬臂梁、第一压电薄膜和质量块；
其中，所述振动补偿悬臂梁的末端与所述开口的内壁连接，所述第一压电薄膜和所述质量块均设于所述振动补偿悬臂梁上。
3.根据权利要求2所述的带环境振动补偿的生理信号检测传感器，其特征在于，所述第一压电薄膜位于所述振动补偿悬臂梁的中部，所述质量块位于所述振动补偿悬臂梁的首端。
4.根据权利要求1所述的带环境振动补偿的生理信号检测传感器，其特征在于，所述动态力传感组件包括：压力悬臂梁和第二压电薄膜，所述第二压电薄膜设于所述压力悬臂梁上。
5.根据权利要求4所述的带环境振动补偿的生理信号检测传感器，其特征在于，所述第二压电薄膜位于所述压力悬臂梁的中部。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的带环境振动补偿的生理信号检测传感器，其特征在于，还包括：弹性垫片，所述弹性垫片的一端与所述第二压电薄膜之间为面接触，所述弹性垫片的另一端与所述上壳体或所述下壳体连接。
7.根据权利要求6所述的带环境振动补偿的生理信号检测传感器，其特征在于，所述板本体位于两个开口之间处与所述下壳体或下壳体连接。
8.根据权利要求6所述的带环境振动补偿的生理信号检测传感器，其特征在于，还包括：弹性垫圈，所述弹性垫圈设于所述上壳体和所述下壳体之间，所述上壳体通过所述弹性垫圈与所述下壳体连接。
9.根据权利要求6所述的带环境振动补偿的生理信号检测传感器，其特征在于，所述开口、所述振动补偿传感组件和所述动态力传感组件均为长条形。
10.根据权利要求6所述的带环境振动补偿的生理信号检测传感器，其特征在于，所述板本体、所述振动补偿传感组件和所述动态力传感组件为一体成型。
11.根据权利要求6所述的带环境振动补偿的生理信号检测传感器，其特征在于，所述开口分别位于所述板本体的两侧。
12.根据权利要求6所述的带环境振动补偿的生理信号检测传感器，其特征在于，所述开口分别位于所述板本体的一侧和所述板本体的中部。
13.根据权利要求6所述的带环境振动补偿的生理信号检测传感器，其特征在于，所述板本体设有焊盘，所述焊盘分别与所述第一压电薄膜和所述第二压电薄膜电连接。
14.根据权利要求13所述的带环境振动补偿的生理信号检测传感器，其特征在于，还包括芯片：所述芯片与所述板本体电连接。
15.根据权利要求2或3所述的带环境振动补偿的生理信号检测传感器，其特征在于，所述第一压电薄膜为聚偏氟乙烯或聚二甲基硅氧烷材质。
16.根据权利要求4或5所述的带环境振动补偿的生理信号检测传感器，其特征在于，所述第二压电薄膜为聚偏氟乙烯或聚二甲基硅氧烷材质。
17.根据权利要求8所述的带环境振动补偿的生理信号检测传感器，其特征在于，所述弹性垫圈为硅胶或橡胶材质。
18.根据权利要求6所述的带环境振动补偿的生理信号检测传感器，其特征在于，所述上壳体和所述下壳体的内壁上均设有屏蔽层。
19.根据权利要求1至5中任意一项所述的带环境振动补偿的生理信号检测传感器，其特征在于，所述振动补偿传感组件与所述动态力传感组件平行。
20.根据权利要求6所述的带环境振动补偿的生理信号检测传感器，其特征在于，所述弹性垫片为硅胶或橡胶材质。
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