CN116067537A - 压阻式传感器感测电路、医用导管及医疗监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压阻式传感器感测电路、医用导管及医疗监测系统。其中，该感测电路包括：电桥单元，形成惠斯通电桥，其中，所述惠斯通电桥的差分电压用于指示所述惠斯通电桥附近的压力，所述惠斯通电桥的电流用于指示所述惠斯通电桥附近的温度；计算处理单元，与所述电桥单元连接，用于基于所电流的大小确定所述温度，对所述温度进行校准，并基于校准后的所述温度对所述差分电压进行温度补偿，以得到补偿后的压力信号。本发明解决了相关技术中压阻式传感器的精确度不高的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，具体而言，涉及一种压阻式传感器感测电路、医用导管及医疗监测系统。
背景技术
对于人体内压力的测量，所应用的压阻式传感器大多是压阻式，在应用过程中，最重要的是要保证压阻式传感器对压力的线性度、以及温度对其零点误差和满量程误差影响的校准。
由于传感器的制造工艺，某些惠斯通电桥压阻式传感器测量压力时，会受到传感器本身对压力非线性的影响以及芯片环境温度的影响。此外传感器本身还会有零位的偏移，不同的零位偏移使得传感器输出很难统一。
此外，一般的惠斯通电桥形式的压阻式传感器都存在随温度变化的零点误差和满量程误差。如果测量精度要求高，则不可忽略。并且，现有的压阻式传感器感测电路缺少对瞬态电压和静电放电的保护电路，体内的温度不能通过IC上集成的温度传感器直接测量。
针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种压阻式传感器感测电路、医用导管及医疗监测系统，以至少解决相关技术中压阻式传感器的精确度不高的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种一种压阻式传感器感测电路，包括：电桥单元，形成惠斯通电桥，其中，所述惠斯通电桥的差分电压用于指示所述惠斯通电桥附近的压力，所述惠斯通电桥的电流用于指示所述惠斯通电桥附近的温度；计算处理单元，与所述电桥单元连接，用于基于所电流的大小确定所述温度，对所述温度进行校准，并基于校准后的所述温度对所述差分电压进行温度补偿，以得到补偿后的压力信号。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种医用导管，包括导管本体；如上所述的感测电路，所述感测电路的感测单元设置在所述导管本体的一个端部，所述感测电路的其他部件设置在所述导管本体的另一个端部，所述感测单元通过导线和所述其他部件连接。
根据本发明实施例的又一方面，还提供了一种医疗监测系统，包括：如上所述的医用导管，用于插入被监测对象的体内；监测装置，用于在所述医用导管插入被监测对象的体内时，监测并显示所述感测电路检测到的数据。
根据本发明实施例的又一方面，还提供了一种基于电桥测温来检测压力的方法，包括：测量惠斯通电桥的差分电压和电流，其中，所述差分电压表示所述惠斯通电桥附近的压力；基于所述电流的大小确定所述惠斯通电桥附近的温度，并基于所确定的温度对所述差分电压进行温度补偿，以得到补偿后的压力信号。
在本发明实施例中，压阻式传感器感测电路的电桥单元形成惠斯通电桥，其中，所述惠斯通电桥的差分电压用于指示所述惠斯通电桥附近的压力，所述惠斯通电桥的电流用于指示所述惠斯通电桥附近的温度；计算处理单元，与所述电桥单元连接，用于基于所电流的大小确定所述温度，对所述温度进行校准，并基于校准后的所述温度对所述差分电压进行温度补偿，以得到补偿后的压力信号，从而解决了相关技术中压阻式传感器的精确度不高的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的一种压阻式传感器感测电路的结构示意图；
图2是根据本申请实施例的另一种压阻式传感器感测电路的结构示意图；报警中断单元应在计算处理单元内
图3是根据本申请实施例的采用二极管测量温度的感测电路的结构示意图；
图4是根据本申请实施例的电路保护单元的电路结构示意图；
图5是根据本申请实施例的采用二极管的温度测量单元和计算处理单元的电路结构示意图；
图6A是根据本申请实施例的采用NTC电阻测量温度的感测电路的电路结构示意图；
图6B是根据本申请实施例的采用NTC电阻的温度测量单元和计算处理单元的电路结构示意图；
图7是根据本申请实施例的采用电桥单元测量温度的感测电路的电路结构示意图；
图8A是根据本申请实施例的一种感测电路的结构示意图；
图8B是根据本申请实施例的另一种感测电路的结构示意图；
图8C是根据本申请实施例的医用导管的结构示意图；
图9是根据本申请实施例的医疗监测系统的结构示意图；
图10是根据本申请实施例的压阻式传感器的压力信号的补偿方法的流程图；
图11是根据本申请实施例的利用温度对压力进行校准的校准前和校准后的效果示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
根据本申请实施例，提供了一种压阻式传感器感测电路，如图1所示，该感测电路包括：温度测量单元12、电桥单元14、计算处理单元16。
温度测量单元12，包括二极管或NTC电阻，用于通过所述二极管或所述NTC电阻测量所述压阻式传感器附近温度，得到温度信号。所述温度测量单元12可以包括：二极管D1，所述二极管D1的两端连接到所述计算处理单元16的两端；或者，包括第五电阻R5、第六电阻元件R6、或第二电容元件R7，其中，所述第五电阻R5一端与所述计算处理单元16连接，另一端分别与第六电阻R6的一端和第二电容C2的一端连接，第二电容C2的另一端与第六电阻R6的另一端连接，第六电阻R6的另一端与所述计算处理单元16连接，其中，所述第六电阻R6为所述NTC电阻。
电桥单元14，用于检测压阻式传感器附近的压力信号并基于所述压力信号输出差分电压。电桥单元14包括：感测单元和固定电阻单元。感测单元包括可变电阻元件，用于检测所述压阻式传感器附近的压力并输出压力信号；固定电阻单元，与所述感测单元连接，用于与所述可变电阻元件形成惠斯通电桥，以采集所述差分电压。在一个示例中，感测单元的可变电阻元件包括第一可变电阻RP1和第二可变电阻RP2。
在一些示例中，所述电桥单元14包括第十电阻R10和第十一电阻R11，所述第十电阻R10的一端和所述第十一电阻R11一端串联连接，所述第十电阻R10的另一端经由所述第二磁珠FB2与所述第一可变电阻RP1的另一端连接，所述第十一电阻R11的另一端经由所述第三磁珠FB3与所述第二可变电阻RP2的另一端连接。
计算处理单元16与电桥单元14和温度测量单元12连接，用于基于所述温度信号对所述差分电压进行温度补偿，以得到补偿后的所述压力信号。计算处理单元16将补偿后的所述压力信号以比例电压输出，或以SENT协议数字输出，或以PWM输出，或以I2C输出。
所述计算处理单元16的第二端口接地，第一端口接电源，第四端口通过第四电阻R4与第三电阻R3连接所述电桥单元14的一端，第六端口通过第九电阻R9和第八电阻R8连接所述电桥单元14的另一端，第五端口通过第二电阻R2和第一电阻R1连接所述电桥单元14的供电端口。
所述计算处理单元16还可以对所述压阻式传感器进行压力和零位偏移的标定，得到所述补偿关系；之后，基于所述补偿关系和所述差分电压，对所述压阻式传感器进行随温度变化的零点误差和满量程误差的补偿。
例如，对所述压阻式传感器进行已知温度和压力下的标定，得到压力对电桥影响系数、温度对灵敏度影响系数、零位偏移影响系数、和对压力线性度影响系数；基于压力对电桥影响系数、温度对灵敏度影响系数、零位偏移影响系数、和对压力线性度影响系数，对所述差分电压进行零位偏移补偿、线性补偿和所述温度补偿。其中，所述压力对电桥影响系数包括以下至少之一：单位压力下所述电桥单元的初始灵敏度增益GainA；所述温度对灵敏度影响系数包括以下至少之一：所述电桥单元的灵敏度的温度系数TCgain、所述电桥单元的灵敏度的温度二次项系数SOTtcg；所述零位偏移影响系数包括以下至少之一：所述压阻式传感器在校准后产生的电桥偏移的补偿Bshift、所述电桥单元原始测量读数的补偿零点误差OffsetB、用于所述零点的温度系数TCoffst的温度校正二次项系数SOTtco；所述对压力线性度影响系数包括：用于电桥读数非线性校正的二次项系数SOTB。
在一个示例中，所述计算处理单元16还被配置为：在多个不同的温度与压力之下，根据所述感测单元12的第一可变电阻的真实值计算所述第一可变电阻的压力与温度之间的第一函数关系，并根据所述感测单元12的第二可变电阻元件的真实值计算所述第二可变电阻的压力与温度之间的第二函数关系。其中，所述第一函数与第二函数关系分别为：
R1＝(1+ks1·ΔT)·kp1·P+R0+kT1·ΔT (1)
R2＝(1+ks2·ΔT)·kp2·P+R0+kT2·ΔT (2)
其中，R1、R2分别为所述第一可变电阻和所述第二可变电阻的真实值，R0为初始值，例如，标准一个大气压下，25摄氏度的电阻初始值，kp1、kp2分别为表示压力对所述第一可变电阻和所述第二可变电阻的影响的所述压力对电阻影响系数，ks1、ks2分别为表示温度对所述第一可变电阻和所述第二可变电阻的灵敏度影响的所述温度对灵敏度影响系数，kT1、kT2分别为表示温度对所述第一可变电阻和所述第二可变电阻的电阻值影响的所述温度对电阻影响系数，ΔT为温度相对变化值，P为压力。
在一个示例中，所述计算处理单元还可以连接显示单元，用于将输出的补偿后的所述压力信号显示在显示单元上。
在一个示例中，所述计算处理单元还包括报警与中断单元，用于在补偿后的所述压力信号超出压力阈值或补偿后的所述温度信号超出温度阈值的情况下，进行报警，并对所述感测电路进行短路断电保护。
在一个示例中，所述感测电路还包括电路保护单元，其与所述感测单元与所述计算处理单元16连接，用于对所述感测单元与所述计算处理单元16进行静电放电保护。
在一个示例中，所述感测电路还包括尖峰干扰抑制单元11。尖峰干扰抑制单元11，连接在所述感测单元和所述固定电阻单元之间，用于滤除所述压力信号中的尖峰干扰；所述尖峰干扰抑制单元11包括第一磁珠FB1、第二磁珠FB2和第三磁珠FB3，其中，所述第一磁珠FB1的一端经由第一电阻R1与所述计算处理单元16连接，另一端分别与所述第一可变电阻RP1和第二可变电阻RP2的一端连接。
在一个示例中，所述感测电路还包括滤波单元13，连接在所述电桥单元14与所述计算处理单元16之前，用于滤除所述差分电压中的噪声。例如，所述滤波单元13包括第四电阻R4、第九电阻R9、第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5，所述第四电阻R4的一端与所述计算处理单元16连接，另一端与所述电桥单元14连接，所述第九电阻R9一端与所述计算处理单元16连接，另一端与所述电桥单元14连接，所述第四电容C4一端与第四电阻R4和所述计算处理单元16连接，另一端接地，所述第五电容C5一端与第九电阻R9和所述计算处理单元16连接，另一端接地，所述第三电容C3一端与第四电容C4连接，另一端与第五电容C5连接。
由于压阻式传感器的灵敏度和零位输出偏移不能完全统一而导致检测的压力不准确，本实施例提供的感测电路能够对压阻式传感器进行标定和测量，并且能够基于压阻式传感器附近温度对压力信号进行补偿，从而提高了压阻式传感器的精确度。
实施例2
根据本申请实施例，还提供了一种压阻式传感器感测电路，其应用于医用导管中测量人体血压、膀胱压、颅内压等，如图2所示，该感测电路包括：温度测量单元12、电桥单元14、尖峰干扰抑制单元11、滤波单元13、计算处理单元16、电路保护单元(未示出)、报警与中断单元162、存储单元10。
电桥单元14包括感测单元142和固定电阻单元144。感测单元142用于检测环境内的压力并输出压力信号，包括具有第一可变电阻元件RP1的第一压力感测部件和具有第二可变电阻元件RP2的第二压力感测部件，所述第一可变电阻元件和所述第二可变电阻元件的阻值受压力和温度的改变而变化。
固定电阻单元144用于与前端可变电阻元件(即第一可变电阻元件RP 1和第二可变电阻元件RP2)形成一个完整的惠斯通电桥。在一个示例中，所述固定电阻单元144包括第十一电阻元件和第十电阻元件，所述第一可变电阻元件的一端和所述第二可变电阻元件的一端连接，并接处理芯片U1，所述第一可变电阻元件的另一端和所述第十一电阻元件的一端连接，；所述第二可变电阻元件的另一端和所述第十电阻元件的一端连接，所述第十一电阻元件的另一端和所述第十电阻元件的另一端连接，并接地。
尖峰干扰抑制单元11，与所述感测单元142和固定电阻单元144连接。在一个示例中，所述尖峰干扰抑制单元11包括第一磁珠元件、第二磁珠元件、第三磁珠元件，所述磁珠一一端和所述惠斯通电桥连接，另一端与第一电阻连接，第二磁珠与第一可变电阻元件和第第十一电阻元件连接，第三可变磁珠与第二可变电阻元件和第十电阻元件连接。
滤波单元13，与所述电桥单元14与计算处理单元16连接，用于滤除除压力信号以外的噪声。在一个示例中，所述滤波单元13包括第四电阻元件、第九电阻元件、第三电容元件、第四电容元件和第五电容元件，所述第四电阻元件一端与处理单元连接，另一端与惠斯通电桥连接，所述第九电阻元件一端与处理单元连接，另一端与惠斯通电桥连接，所述第四电容元件一端与第四电阻和处理单元连接，另一端接地，所述第五电容元件一端与第四电阻和处理单元连接，另一端接地，所述第三电容元件一端与第四电容元件连接，一端与第五电容元件连接。
温度测量单元12通过一个外部二极管或外部NTC电阻感测，将感测到的温度信号传输到计算处理单元16。温度测量单元12可以通过一个外部二极管或外部NTC电阻感测，将感测到的温度信号传输到计算处理单元16。所述温度感测单元的二极管D1与两端连接到计算处理单元16上，计算处理单元16可以为芯片。在一个示例中，所述温度测量单元12包括第五电阻元件、第六电阻元件、第二电容元件和芯片U1，所述第五电阻元件一端与芯片U1连接，另一端与第六电阻元件和第二电容元件连接，第二电容元件与第六电阻元件连接，第六电阻元件一端与第五电阻元件连接，另一端与芯片U1连接。其中第六电阻元件为NTC热敏电阻电阻元件。
存储单元10，其至少存储有包括温度对所述感测单元的补偿系数、压力对所述感测单元的补偿系数和温度对所述感测单元的灵敏度补偿系数。
计算处理单元16包括处理单元和计算单元。处理单元与感测单元142连接并接收由所述感测单元142测量的血压信号，并且对测量的血压信号进行处理；计算单元，与所述电桥单元14连接，其接受由所述处理单元处理后的所述血压信号，并基于所述存储单元10存储的补偿关系，计算出真实的压力值。
所述处理单元第二端口接地，第一端口接电源，第四端口通过第四电阻元件与第三电阻元件连接惠斯通电桥一端，第六端口通过第九电阻元件和第八电阻元件连接惠斯通电桥另一端，第五端口通过第二电阻元件和第一电阻元件连接惠斯通电桥的供电端口；所述处理单元包括低噪声前置放大器、模数转换器和数字信号处理电路，经过数字信号处理电路的信号作为处理单元的输出端。
电路保护单元其与所述感测单元与计算单元连接，用于电路的静电放电保护。电路保护单元包括芯片U2、第一电阻元件、第三电阻元件和第八电阻元件，第一电阻元件一端连接第一磁珠元件，另一端连接芯片U2的第一端口，第三电阻元件一端连接芯片U2的第二端口，另一端连接惠斯通电桥，第八电阻元件一端连接芯片U2的第四端口端口，另一端连接惠斯通电桥，芯片U2第五端口连接电源，芯片U2第三端口接地。
报警与中断单元162对于超过预期的压力或者温度进行报警，同时进行短路断电保护。所述报警与中断单元可通过芯片U1内部进行编程配置，报警信号可通过芯片自身进行输出达到报警功能；在检测到电桥短路时，中断单元可中断对电桥的供电。
计算处理单元可以与外部的显示单元连接，显示单元基于计算单元的结果，将测量压力和温度显示在显示单元的屏幕上。在一个示例中，显示单元包括单片机处理模块和显示屏模块，可同时显示测量环境压力和温度。单片机用于匹配计算单元输出的信号与显示屏显示数值。
存储单元10设置于计算处理单元16内。存储单元可以为只读存储器、随机读写存储器等。
本实施例中基于温度测量单元测量出的温度，来对感测单元测量出的压力信号进行温度补偿，从而使得得到的压力值更为准确。
实施例3
根据本申请实施例，还提供了一种压阻式传感器感测电路。本实施例的感测电路通过最前端感测单元来采集人体环境内的压力和温度，并将采集到的数据传送到计算处理单元，之后，根据存储单元存储的补偿关系对所采集到的数据进行处理并输出，最终将环境压力和温度显示在显示单元上。
图3是根据本申请实施例的采用二极管进行温度测量的感测电路的结构示意图。图3中的感测电路可以划分为电桥单元、尖峰干扰抑制单元、滤波单元、温度测量单元、计算处理单元、电路保护单元。
下面将将结合图2和图3详细描述各个组成部分的具体结构。
电桥单元14通过U1.5端口进行恒压或恒流或间歇供电，或通过外接间歇供电电源进行供电，组成电桥单元14的元器件为压敏电阻RP1、RP2和固定电阻R11、R12，压力或者温度变化时，可变电阻RP1和RP2的阻值发生变化，从而使得U1.4和U1.6端口差分电压大小发生变化，通过U1.4和U1.6将电桥两端的电压分别输入芯片U1内，U1内部对U1.4和U1.6采集到的差分电压进行处理(包括零位偏移补偿，线性补偿，温度补偿)后进行数字输出。电阻R4、R9，电容C3、C4、C5为滤波电阻和电容。电阻R1、R3、R8与U2组成放电保护单元。
图4是根据本申请实施例的电路保护单元的结构示意图。如图4所示，电路保护单元在本实施例中为芯片U2，芯片U2第五端口接电源，第三端口接地，第一、第二、第四端口分别接在电桥单元14的供电端U2.1和电桥信号采集端U2.2和U2.4，用于保护电路的静电放电。
图5是根据本申请实施例的计算处理单元16的结构示意图。如图5所示，计算处理单元16在本实施例中是芯片U1。芯片U1通过外部电源供电，对电桥单元14进行供电并对电桥单元14输入的差分电压信号进行处理。芯片U1可通过外接测温二极管测温，并可将处理后的真实压力值通过Out端口输出。
存储单元可存储电桥单元的补偿增益(灵敏度)、电桥的零点补偿误差、电桥灵敏度的温度系数、电桥零点的温度系数、校正二次项系数等数值。在本实施例中，存储单元可以设置在计算处理单元中，在其他的实施例中，也可以设置在计算处理单元的外部。
下面将详细描述计算处理单元。
首先，通过测量不同温度，不同压力下的电桥输出值，从而得出传感器电桥原始测量读数的补偿增益(灵敏度)、传感器电桥原始测量读数的补偿零点误差、传感器电桥灵敏度的温度系数传感器电桥零点的温度系数等数据。例如，在基准温度下，测量压阻式传感器零压和满压的输出值变化，可以得到传感器电桥原始测量读数的补偿增益(灵敏度)数据；通过测量传感器电桥的零位输出，可以得到传感器电桥原始测量读数的补偿零点误差；通过测量不同温度下，零压和满压的数值，可以得到传感器电桥灵敏度的温度系数等等。
在得到上述补偿关系之后，可以采用以下的基于压阻式传感器电桥抛物线的校正公式来对差分电压进行补偿。具体地，传感器电桥抛物线校正的公式为：
Btem＝GainB·(1+TCgain·ΔT+SOTtcg·ΔT2)·(K·U·GainA-OffsetB+TCoffset·ΔT+SOTtco·ΔT2) (3)
B＝(Btmp·(1+|Btmp|·SOTB)+1)+Bshift (4)
其中，GainA为单位压力下电桥的初始灵敏度增益；U为差分电压小；K为模数转换的量化电平处理系数；B为经过校正的压阻式传感器的电桥单元的读数；Btmp为压阻式传感器的电桥单元的读数的中间计算结果；Bshift为压阻式传感器在校准或封装后产生的电桥单元偏移的补偿；GainB为压阻式传感器的电桥单元的原始测量读数的补偿增益(灵敏度)；OffsetB为压阻式传感器的电桥单元14的原始测量读数的补偿零点误差；TCgain为压阻式传感器的电桥单元14的灵敏度的温度系数；TCoffst为压阻式传感器的电桥单元14的零点的温度系数；SOTtcg为用于TCgain温度校正二次项系数；SOTtco为用于TCoffst温度校正二次项系数；SOTB为用于电桥读数非线性校正的二次项系数，T表示设置的基础温度，ΔT表示实际温度与基础温度的差值。
在另外一个示例中，可以采用另一种基于压阻式传感器电桥S形曲线的校正公式：
Btmp＝GainB·(1+TCgain·ΔT+SOTtcg·ΔT2)·(K·U·GainA-OffsetB+TCoffst·ΔT+SOTtco·ΔT2)+1 (5)
B＝(Btmp·(1+Btem·SOTB))+Bshift (6)
其中，GainA为单位压力下电桥的初始灵敏度增益；P为压力大小；K1与A为模数转换的量化电平处理系数；B为经过校正的压阻式传感器的电桥单元的读数；Btmp为压阻式传感器的电桥单元的读数的中间计算结果；Bshift为压阻式传感器在校准或封装后产生的电桥单元偏移的补偿；GainB为压阻式传感器的电桥单元的原始测量读数的补偿增益(灵敏度)；OffsetB为压阻式传感器的电桥单元的原始测量读数的补偿零点误差；TCgain为压阻式传感器的电桥单元的灵敏度的温度系数；TCoffst为压阻式传感器的电桥单元的零点的温度系数；SOTtcg为用于TCgain温度校正二次项系数；SOTtco为用于TCoffst温度校正二次项系数；SOTB为用于电桥读数非线性校正的二次项系数。
本实施例具有以下有益效果：
本实施例对每一个压阻式传感器进行压力和零位偏移的标定并存储标定后得到的补偿关系，之后对压阻式传感器进行随温度变化的零点误差和满量程误差进行补偿并存储，从而达到归一化输出。
本实施例提能够对电路进行高频噪声和尖峰干扰的抑制以及滤波处理，还能够对感测电路本身进行静电放电保护。
本实施例能够通过外部二极管或外部NTC电阻直接测量压阻式传感器附近温度。
本实施例中的感测电路可以输出多种形式的信号(如比例电压输出，SENT协议数字输出，PWM输出和I2C输出)，并将压力和温度显示在屏幕上，从而可以更方便地获知压力和温度信息。此外，本实施例还提供了报警功能和中断功能。
实施例4
根据本申请实施例，还提供了一种压阻式传感器感测电路。图6A是根据本申请实施例的采用NTC电阻进行温度测量的感测电路的结构示意图。图6A中的感测电路除了温度测量单元的结构和图3中的不同，其他结构都类似，因此，此处其他结构将不再赘述。
图6B是根据本申请实施例的温度测量单元和计算处理单元的结构示意图。结合图6A和图6B，本实施例中的温度测量单元包括串联连接的电阻R5和R6，以及电容C2，电容C2和电阻R6并联连接。电阻R5和电阻R6的另外-端分别和计算处理单元的端口8和端口14连接。
温度测量单元可以通过外部电源供电，也可以通过内部电源供电，本实施例中，通过图6A中的芯片U1进行供电。芯片U1通过温度测量单元再对电桥单元进行供电。温度测量单元用于温度信号采集，计算处理单元处理所采集的温度信号，以对差分电压进行温度补偿，并将处理后的真实压力值通过Out端口输出。本实施例中的电阻R6是NTC电阻。
本实施例中，温度的感测可通过外部NTC，测量环境的相对温度，从而能够更精确地采集到温度信号。
本实施例通过存储单元存储有对感测单元的补偿增益(灵敏度)、补偿零点误差、温度系数、零点的温度或系数、用于校正的二次项系数等，由此能够在计算处理单元进行计算时基于上述补偿系数计算出正确的压力值，从而提高测量的准确性。
此外，本申请实施例中对于电桥单元的供电可以采用持续供电的方式，当然，在其他的一些实施例中，也可以采用间歇供电的方式。显示单元可选用液晶显示屏、LED等。
实施例5
根据本申请实施例，还提供了一种采用电桥进行温度测量的感测电路。图7是根据本申请实施例的采用电桥进行温度测量的感测电路的结构示意图。图7中的感测电路与图3中的不同在于包括温度测量单元，并且，本实施例中的电桥单元和计算处理单元的功能因此也与实施例3、4中的不同。因此，本实施例将重点描述电桥单元和计算处理单元的与实施例3、4中的不同之处，其他部分将不再赘述。
在本实施例中，电桥单元形成惠斯通电桥，其中，所述惠斯通电桥的差分电压用于指示所述惠斯通电桥附近的压力，所述惠斯通电桥的电流用于指示所述感测单元附近的温度；计算处理单元，与所述电桥单元连接，用于基于所电流的大小确定所述温度，对所述温度进行校准，并基于校准后的所述温度对所述差分电压进行温度补偿，以得到补偿后的压力信号。
在一些示例中，所述计算处理单元还被配置为：基于单位温度下电桥的初始灵敏度增益GainC、温度测量结果的补偿增益GainT、温度测量的补偿的零点误差OffsetT和电桥温度的偏移补偿Tshift，来对所述温度进行校准，得到校准后的所述温度。
在一些示例中，所述电桥单元包括：感测单元，包括并联连接的两个可变电阻元件，用于检测所述压阻式传感器附近的压力并输出压力信号；固定电阻单元，包括并联连接的两个固定电阻，两个所述固定电阻分别与两个可变电阻元件串联连接，以形成所述惠斯通电桥；其中，所述差分电压是两个所述固定电阻分别与两个可变电阻元件串联连接形成的两个连接点之间的电压；所述电流是所述惠斯通电源与地之间的通路中的电流。
在一些示例中，所述计算处理单元还被配置为：基于预先获取的所述电桥单元的历史温度和历史电流之间的对应关系来将所述惠斯通电桥的电流转换为温度。
在一些示例中，所述计算处理单元还被配置为：基于压力对电桥影响系数、温度对灵敏度影响系数、零位偏移影响系数、对压力线性度影响系数、和校准后的所述温度对所述差分电压进行零位偏移补偿、线性补偿和二次温度补偿，其中，所述压力对电桥影响系数、所述温度对灵敏度影响系数、所述零位偏移影响系数、和所述对压力线性度影响系数是通过对所述压阻式传感器进行已知温度和压力的标定而得到的。
在一些示例中，所述压力对电桥影响系数包括以下至少之一：单位压力下所述电桥单元的初始灵敏度增益GainA；所述温度对灵敏度影响系数包括以下至少之一：所述电桥单元的灵敏度的温度系数TCgain、所述电桥单元的灵敏度的温度二次项系数SOTtcg；所述零位偏移影响系数包括以下至少之一：所述压阻式传感器在校准后产生的电桥偏移的补偿Bshift、所述电桥单元原始测量读数的补偿零点误差OffsetB、用于所述零点的温度系数TCoffst的温度校正二次项系数SOTtco；所述对压力线性度影响系数包括：用于电桥读数非线性校正的二次项系数SOTB。
本实例通过电桥电流进行温度测量，例如，基于整个惠斯通电桥的电流大小进行温度的测量。温度与电流的大小呈线性关系，因此，可以在标定时同时记录温度和电流大小并储存。在实际使用时，同时测量差分电压信号大小和电流大小，基于电流大小判定温度并进行补偿。同时可以在处理单元输出传感器附近温度的实际值。本实施例的不需要借助额外的温度测量单元，可以节省感测电路的空间还可以节省成本。
具体地，电桥单元的可变电阻Rp1、Rp2随温度的升高，电阻会基本呈线性增大或减小，通过回路的电流(恒压供电的惠斯通电桥)减小或增大。在标定时，基于压阻式传感器所处的温度记录回路电流的大小。这样，在使用时，可依据电流的大小判断实时的温度。
本实施例中，在得到惠斯通电桥的电流并将电流转换为温度之后，计算处理单元还对该温度进行校准。这样，可以提高所检测出的温度的准确性。
在一些示例中，温度的校准公式可以采用如下公式：
Ttmp＝GainT(GainC·K2·T+OffsetT)+1
T＝(Ttmp·(1+Ttmp·SOTT))+Tshift
其中，GainC为单位温度下电桥的初始灵敏度增益；P为压力大小；K2为模数转换的量化电平处理系数；GainT为温度测量结果过的补偿增益，OffsetT为温度测量的补偿的零点误差；SOTT为温度的非线性二次项校正系数；Ttmp为温度校正的中间计算结果；Tshift为对电桥温度的偏移补偿；T为经过校正的温度读数。
计算处理单元在计算出校正后的温度T之后，将T代入实施例3中的公式(3)(4)或者公式(5)(6)中，来进一步的对压力信号进行温度补偿、线性补偿和/或零位偏移补偿。这些补偿方法与实施例3相同，因此，此处不再赘述。
本实例通过电桥单元同时测量差分电压信号大小和电流大小，基于电流大小判定环境温度，并对得到的温度进行校准，然后，利用校准后的温度对差分电压对应的压力信号进行补偿，这样，不需要借助额外的温度测量单元就可以得到压阻式传感器附近温度的实际值，并且节省了感测电路和压阻式传感器的空间，还降低了压阻式传感器和感测电路的成本。
实施例6
图8A是根据本申请实施例的感测电路的结构示意图，该感测电路和图2所示的感测电路结构类似，包括温度测量单元、电桥单元、尖峰干扰抑制单元、滤波单元、计算处理单元、电路保护单元、报警与中断单元、和存储单元，其中，电桥单元包括感测单元142和固定电阻单元。
如图8A所示，电桥单元的感测单元142和温度测量单元12设置在导线102的远端，用于伸入到被监测对象的体内，探测被监测对象的体内的压力和温度。感测单元142也可以称作为压阻式传感器。
电桥单元的固定电阻单元、尖峰干扰抑制单元、滤波单元、计算处理单元、电路保护单元、报警与中断单元、和存储单元集成在导线102的近端的感测电路板104上。
其中，近端是导线102靠近被监测对象的一端，远端是导线102远离被监测对象的一端。
感测电路的结构和上述实施例2、3、4中的感测电路的电路结构和功能相同，是利用温度检测单元12来检测被监测对象体内环境的温度，因此，此处不再赘述。
实施例7
图8B是根据本申请实施例的另一种感测电路的结构示意图。该感测电路对应于上述实施例5中的感测电路的电路结构，是利用电桥单元而非温度检测单元来检测被监测对象体内环境的压力。
感测电路包括电桥单元、尖峰干扰抑制单元、滤波单元、计算处理单元、电路保护单元、报警与中断单元、和存储单元，其中，电桥单元包括感测单元和固定电阻单元。
如图8B所示，电桥单元的感测单元142设置在导线102的远端，用于伸入到被监测对象的体内，探测被监测对象的体内的压力和温度。
电桥单元的固定电阻单元、尖峰干扰抑制单元、滤波单元、计算处理单元、电路保护单元、报警与中断单元、和存储单元集成在导线102的近端的感测电路板104上。
感测电路的结构和上述实施例5中的感测电路的电路结构和功能相同，是利用电桥单元来检测被监测对象体内环境的压力和温度，因此，此处不再赘述。
实施例8
根据本申请实施例，还提供了一种医用导管。如图8C所示，该医用导管包括导管本体106和如图8A或图8B所示的感测电路。
其中，导线102设置在导管本体106内，感测单元142设置在导线102的远端的端部内，除了感测单元142，感测电路的其他单元集成在感测芯片上，其中，感测电路板104位于导管本体106的近端。
在其他的示例中，也可以是感测单元142和温度测量单元设置在导线102的远端的端部内，除了感测单元142，感测电路的其他单元集成在感测电路板上。
感测电路的结构和上述实施例中的感测电路的结构相同，因此，此处不再赘述。
实施例9
根据本申请实施例，还提供了一种医疗监测系统。图9是根据本申请实施例的医疗监测系统的结构示意图，如图9所示，该医疗监测系统包括医用导管106和监测装置200，其中，医用导管106的远端的端部设置有感测单元142，近端的端部设置有感测电路板104，感测电路板104上集成有感测电路除感测单元142之外的其他部件，感测单元142和感测电路板104之间通过导线102连接。
在其他的实施例中，医用导管106的远端的端部可以不仅设置有感测单元142还可以设置有温度测量单元，近端的端部设置有感测电路板104，感测电路板104上集成有感测电路除感测单元142之外的其他部件，感测单元142和温度测量单元与感测电路板104之间通过导线102连接。
感测电路的结构和功能与上述实施例中的感测电路相似，此处不再赘述。
实施例10
根据本申请实施例，还提供了一种压力信号的补偿方法。图10是根据本申请实施例的压力信号的补偿方法的流程图，如图10所示，该方法包括以下步骤：
步骤S900，通过标定获得校准系数和补偿关系。
在已知的不同压力和温度环境下，感测惠斯通电桥单元输出的差分电压信号，对压阻式传感器进行标定获得校准系数。如果是电桥测温的情况，需要在检测差分电压信号的同时探测电流信号，通过标定差分电压信号和电流信号，来获取校准系数。这些校准系数，例如，可以包括电桥单元的原始测量读数的补偿增益(灵敏度)、电桥单元的原始测量读数的补偿零点误差、电桥单元的灵敏度的温度系数、电桥单元的零点的温度系数等数据。
例如，在基准温度下，测量压阻式传感器零压和满压的输出值变化，可以得到电桥单元的原始测量读数的补偿增益(灵敏度)数据；通过测量电桥单元的零位输出，可以得到电桥单元的原始测量读数的补偿零点误差；通过测量不同温度下，零压和满压的数值，可以得到电桥单元的灵敏度的温度系数等。
基于这些系数建立补偿关系，例如公式(3)至(5)所示出的补偿关系。
步骤S902，检测温度信号和压力信号。
利用温度测量单元检测温度，或者利用电桥单元检测温度。在得到温度信号的同时，检测电桥单元的惠斯通电桥的差分电压，该差分电压表征压阻式传感器所处的环境的压力。
步骤S904，基于补偿关系，利用温度信号对压力信号进行补偿。
利用补偿关系，对电桥单元输出的差分电压值进行补偿，得到真实的压力值。
具体的补偿方法与上述实施例中的感测电路中的补偿方法相同。例如，可以采用传感器电桥抛物线校正的公式进行补偿，还可以采用另一种基于压阻式传感器电桥S形曲线的校正公式，此处不再赘述。
本实施例通过感测单元感测环境压力并通过温度测量单元或电桥单元检测环境温度，之后，对电桥单元感测到的压力信号进行滤波处理，随后送入处理计算单元中，在处理计算单元内，基于存储单元中的补偿关系以及所测量出的温度，计算出真实的化境压力值，最终输出到显示单元进行显示。
本实施例中的方法能够实现上述实施例中的感测电路所实现的全部功能，因此，此处不再赘述。
图11是利用温度对压力进行校准的校准前和校准后的效果示意图。其中，横轴表示压力的大小，左面的纵轴表示未经温度校准的压力值输出，右面的纵轴表示经过温度校准后的压力值输出。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的客户端，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种压阻式传感器感测电路，其特征在于，包括：
电桥单元，形成惠斯通电桥，其中，所述惠斯通电桥的差分电压用于指示所述惠斯通电桥附近的压力，所述惠斯通电桥的电流用于指示所述惠斯通电桥附近的温度；
计算处理单元，与所述电桥单元连接，用于基于所电流的大小确定所述温度，对所述温度进行校准，并基于校准后的所述温度对所述差分电压进行温度补偿，以得到补偿后的压力信号。
2.根据权利要求1所述的感测电路，其特征在于，所述计算处理单元还被配置为：基于单位温度下电桥的初始灵敏度增益GainC、温度测量结果的补偿增益GainT、温度测量的补偿的零点误差OffsetT和电桥温度的偏移补偿Tshift，来对所述温度进行校准，得到校准后的所述温度。
3.根据权利要求2所述的感测电路，其特征在于，所述电桥单元包括：
感测单元，包括并联连接的两个可变电阻元件，用于检测所述压阻式传感器附近的压力并输出压力信号；
固定电阻单元，包括并联连接的两个固定电阻，两个所述固定电阻分别与两个可变电阻元件串联连接，以形成所述惠斯通电桥；
其中，
所述差分电压是两个所述固定电阻分别与两个可变电阻元件串联连接形成的两个连接点之间的电压；
所述电流是所述惠斯通电桥供电端对地的电流。
4.根据权利要求2所述的感测电路，其特征在于，所述计算处理单元还被配置为：基于预先获取的所述电桥单元的历史温度和历史电流之间的对应关系来将所述惠斯通电桥的电流转换为温度。
5.根据权利要求2所述的感测电路，其特征在于，所述计算处理单元还被配置为：基于压力对电桥影响系数、温度对灵敏度影响系数、零位偏移影响系数、对压力线性度影响系数、和校准后的所述温度对所述差分电压进行零位偏移补偿、线性补偿和二次温度补偿，其中，所述压力对电桥影响系数、所述温度对灵敏度影响系数、所述零位偏移影响系数、和所述对压力线性度影响系数是通过对所述压阻式传感器进行压力和零位偏移标定而得到的。
6.根据权利要求5所述的感测电路，其特征在于，
所述压力对电桥影响系数包括以下至少之一：单位压力下所述电桥单元的初始灵敏度增益GainA；
所述温度对灵敏度影响系数包括以下至少之一：所述电桥单元的灵敏度的温度系数TCgain、所述电桥单元的灵敏度的温度二次项系数SOTtcg；
所述零位偏移影响系数包括以下至少之一：所述压阻式传感器在校准后产生的电桥偏移的补偿Bshift、所述电桥单元原始测量读数的补偿零点误差OffsetB、用于所述零点的温度系数TCoffst的温度校正二次项系数SOTtco；
所述对压力线性度影响系数包括：用于电桥读数非线性校正的二次项系数SOTB。
7.根据权利要求1所述的感测电路，其特征在于，所述计算处理单元还被配置为：基于压力对电桥影响系数、温度对灵敏度影响系数、零位偏移影响系数、和对压力线性度影响系数，对所述差分电压进行零位偏移补偿、线性补偿和所述温度补偿，其中，所述压力对电桥影响系数、所述温度对灵敏度影响系数、所述零位偏移影响系数、和所述对压力线性度影响系数是通过对所述压阻式传感器进行已知温度和压力的标定而得到的。
8.一种医用导管，其特征在于，包括：
导管本体；
如权利要求1至7中任一项所述的感测电路，所述感测电路的感测单元设置在所述导管本体的一个端部，所述感测电路的其他部件设置在所述导管本体的另一个端部，所述感测单元通过导线和所述其他部件连接。
9.一种医疗监测系统，其特征在于，包括：
如权利要求8所述的医用导管，用于插入被监测对象的体内；监测装置，用于在所述医用导管插入被监测对象的体内时，监测并显示所述感测电路检测到的数据。
10.一种基于电桥测温来检测压力的方法，其特征在于，包括：
测量惠斯通电桥的差分电压和电流，其中，所述差分电压表示所述惠斯通电桥附近的压力；
基于所述电流的大小确定所述惠斯通电桥附近的温度，并基于所确定的温度对所述差分电压进行温度补偿，以得到补偿后的压力信号。
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