CN1745708A - 多路呼吸感应体积描记器传感线圈的激励方法及装置 - Google Patents

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Abstract

多路呼吸感应体积描记器传感线圈的激励方法及装置，本发明方法设置高频信号激励源，其特征在于：分别对各路传感线圈周期性地施加脉冲激励，所述脉冲激励是指在一定脉冲宽度(td)时间内施加高频激励信号，并对各路传感线圈采用分时激励的方法，本发明装置激励源输出端通过由时序信号控制的多路脉冲开关电路与各路传感线圈连接，各路传感线圈输出端与信号调理电路连接，所述信号调理电路输出端与由时序信号控制的多路开关电路连接，多路开关电路按时序分别输出各路传感信号。本发明可解决加大激励功率与耗电量之间存在的矛盾以及各传感器之间易存在互相干扰的问题。

Description

多路呼吸感应体积描记器传感线圈的激励方法及装置
技术领域
本发明属一种呼吸状况检测方法及装置，具体涉及一种用于测量记录人体呼吸运动的多路呼吸感应体积描记器传感线圈的激励方法及装置。
背景技术
呼吸感应体积描记(RIP)技术是一种能够无创测量通气量并能够进行定量分析的方法，其测量装置的主要结构是将两条绝缘传感线圈通过弹性缚带分别缠绕在被测对象的胸部和腹部或其它部位，呼吸运动可导致胸部和腹部的收缩，从而带来胸、腹相应部位截面积的变化，在弹性缚带的带动下，绝缘传感线圈所围绕的截面积也跟着发生变化，从而带来线圈电感量的变化，呼吸感应体积描记器通过检测传感线圈自感的变化来检测胸、腹相应部位截面积的变化，描记胸部和腹部的呼吸运动。实现自感量变化检测的方法有多种：如将线圈作为一个电容三点式谐振电路的一个电感元件，呼吸运动带来电感量的变化，从而导致谐振电路谐振点的变化，通过检测谐振点的频移或者振荡波形幅度的改变可以实现自感变化的检测；也可以将绝缘传感线圈作为一个纯粹的感性负载，在高频信号激励源的作用下，自感的变化必然导致传感线圈两端电压值的改变，通过检测电压值的改变可以实现线圈自感变化的检测。
无论哪一种检测方法都需要有一个激励电流流过传感线圈，从而在被测部位截面积发生改变时能够检测出相应量(电压或者频率)的变化，现有多路呼吸感应体积描记器的传感线圈激励装置存在两大问题：
1、激励功率与耗电量之间存在矛盾
由于作为传感器的RIP线圈自身的电感量很小(2uH左右)，胸部或者腹部截面积的变化带来电感的变化量更小，为了检测出电感量的变化，获得高质量的信号，获得高的信噪比，希望激励电流大，而大的激励电流必然带来系统耗电量增加，因而存在激励功率与耗电量之间的矛盾。
2、各路(如胸部和腹部或更多路)RIP传感线圈之间存在易相互干扰的问题。
呼吸感应体积描记器是通过检测传感线圈自感的变化来描记胸、腹呼吸运动的，在胸、腹两条传感线圈都通过激励电流的情况下，一路传感线圈的电磁场会对另一路传感线圈产生干扰，即两路传感信号互相串扰，从而导致一路线圈中电感的变化既会有自感的成分也会有互感的成分，影响了各路传感信号的准确性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种既能保证较高的激励功率，又能有较低的耗电量，且能减少各路传感信号之间干扰的多路呼吸感应体积描记器传感线圈的激励方法及装置。
解决上述问题的方法是(参见图1)：设置高频信号激励源，分别对各路传感线圈周期性地施加脉冲激励，所述脉冲激励是指在一定脉冲宽度(td)时间内施加高频激励信号，并对各路传感线圈(L1、L2…Ln)采用分时激励的方法。
上述分时激励是指对各路传感线圈的激励脉冲分布在不同的时间段内，故在任一时刻内，最多只有一路传感线圈被激励。
上述方法的优选方案是：所述对传感线圈施加激励脉冲的脉冲宽度(td)与激励源信号周期(Ts)的比值(td/Ts)不小于30；
再一优选方案是：所述激励脉冲宽度(td)与在时序上两相邻传感线圈被相继激励的脉冲间隔(TI)的比值(td/TI)应不大于0.5。
采用本发明方法的装置为(参见图2)：设有高频信号激励源、不少于两路的传感线圈，其特征在于：所述的激励源输出端通过由时序信号控制的多路脉冲开关电路与各路传感线圈连接，多路开关电路按时序循环地逐次接通各路传感线圈，使传感线圈在脉冲宽度接通时间内被激励源的高频信号激励，各路传感线圈输出端与信号调理电路连接，所述信号调理电路输出端与由时序信号控制的多路开关电路连接，多路开关电路按时序分别输出各路传感信号。
本发明方法对各路传感线圈采用分时脉冲式激励的方法，参见图1所示n路传感线圈被分时周期性脉冲激励的时序图：
从该图可看出，各传感线圈被分时地脉冲激励(传感线圈仅在各脉冲宽度时间内被高频激励信号激励)：
图中td为传感线圈被周期性脉冲激励的脉冲宽度，TD为各路传感线圈被脉冲激励的周期，TI为在时序上两相邻传感线圈被相继激励的激励脉冲间隔(也是各传感线圈被脉冲激励的最小的脉冲间隔)；
令η＝td/TD为各传感线圈被激励的脉冲占空比，η应＜＜1，越小，耗电量越小。
令α＝td/TI为激励脉冲宽度td与在时序上两相邻传感线圈被相继激励的激励脉冲间隔TI的比值，其比值一般满足α≤0.5时，便能较好的消除各RIP传感器之间的互相干扰。
从该图还可看出本发明所提出的分时脉冲式激励方案可驱动的RIP传感线圈数量在1~[TD/TI]之间，最多可驱动[TD/TI]个RIP传感器。
本发明装置的工作原理是：激励源产生高频激励信号，通过由时序信号控制的多路开关电路接各路传感线圈，多路开关电路按时间顺序循环地依次分时接通各路传感线圈，使各传感线圈仅在被周期性的脉冲开关信号接通时被激励源的高频信号激励，而且各路传感线圈是依次在不同的时间段内被接通，因此同一时间里，最多只有一路线圈被激励，各路传感线圈分别在不同时间段内输出的传感信号输入到同一信号调理电路调理后串行输出，再通过由时序信号控制的多路脉冲开关电路按时序分别输出与各路传感线圈对应的传感信号。
本发明方法对各路RIP传感线圈采用分时脉冲式激励的方案，由于各RIP传感线圈仅在周期性的脉冲宽度时间内被激励，所以即使为提高信噪比而加大激励信号的功率，其平均功率是较低的，只要赋予一定的脉冲占空比，即可保持较低的平均耗电量，解决了激励功率与耗电量之间存在的矛盾；又由于对各传感线圈进行分时脉冲式激励，每一时刻最多只有一路传感线圈被激励，从而可解决各路传感线圈之间存在的互相干扰问题。本发明装置不仅具有上述优点，而且仅采用一个激励源，即实现了对各路传感线圈的分时脉冲激励。
附图说明
图1、本发明方法多路传感线圈L1、L2…Ln被分时周期性脉冲激励的时序图
图2、本发明装置的方框原理图
图3、本发明装置实施例的激励源和时序信号产生电路图
图4、本发明装置实施例的由多路开关电路控制的各路传感线圈电路图
图5、本发明装置实施例的信号调理及多路开关输出电路图
图6、本发明装置实施例的多路输出传感信号的信号调理电路图
具体实施方案
下面结合采用本发明方法的装置实施例和附图对本发明作进一步说明。
本例设有胸、腹两路传感线圈L1.RIP1和L2.RIP2。
见图3激励源和时序信号产生电路，本例设有3.2768M有源晶振电路，该晶振电路的3.2768M振荡方波输出端接74HC393分频器U1A分频，分频器输出端5脚输出系统需要的409K振荡信号激励源；
分频器U1A输出端6脚输出3.2768M振荡方波，进一步经过74HC393分频器U1B、U2A、U2B分频，产生时序信号，该时序信号经过3-8译码器74HC138译码，产生控制多路开关所需要的时序信号A、B、C、D，控制信号A、B经过反相器74HC00产生控制信号E。
见图4由多路开关电路控制的各路传感线圈电路，多路脉冲开关电路由模似开关电路MAX312及外围电路组成，时序信号A、B分别接该模似开关电路控制端1、8脚，激励源输出的409K激励信号经过一级由Q11组成的跟随器后接模拟开关电路MAX312的3、6脚，模似开关电路输出端2、7脚分别接传感线圈RIP1和RIP2，时序控制信号A和B控制MAX312模似开关电路的关断，使模似开关电路分时对两路传感线圈分别施加周期性的脉冲开通信号，两传感线圈分别在周期性的脉冲开通宽度时间内被409K激励信号分时激励，传感线圈RIP1和RIP2输出端与由运算放大器AD8032组成的放大电路连接，进行信号调理放大，输出signal串行传感信号。
经实验，所述模似开关电路最大导通电阻值以小于10Ω为佳。
见图5信号调理及多路开关输出电路，运算放大器AD8032组成第二级调理放大电路，其输出端接由MAX312模似开关电路组成的多路开关电路，时序信号C、D、E分别接多路开关电路的控制端9、16、8脚，多路开关电路的14、11脚分别为RIP1和RIP2两路传感信号输出端，在该电路里，传感信号经第二级调理放大后，串行的传感信号通过由时序信号控制的多路开关电路被复原成两路传感信号RIP1和RIP2输出。
见图6多路输出传感信号的信号调理电路，由A3B、A3C两集成电路MAX4164组成两级信号放大调理电路，由A3A、A3D两集成电路MAX4164组成另一两级信号放大调理电路，两路传感信号RIP1和RIP2分别与这两个放大调理电路输入端连接，两放大调理电路输出端分别输出胸、腹两路呼吸传感信号RC和AB。
激励脉冲宽度td与激励源的信号周期为Ts两参数的选择原则是：
激励脉冲宽度td应在满足采样频率和尽量降低占空比η的前提下适当顾及脉冲宽度td与激励源驱动信号周期Ts之间的比值，为尽量减少RIP网络瞬态特性对测量结果的影响，td/Ts一般应以不小于30为好，在本例中，激励信号为409kHZ，Ts≈2.5us，选择td＝320us，td/Ts约为128。
本例对RIP传感线圈测量的采样频率为50HZ，因此TD＝20ms，
η＝td/TD＝0.32ms/20ms＝0.016，远小于1，对一路RIP传感线圈而言，当脉冲瞬间激励电流达到40ma时，其平均激励电流才仅为0.64ma。
本发明装置激励源可以采用有源晶振产生的振荡信号，也可以是振荡电路产生，也可以是电容三点式振荡电路本身，RIP传感线圈作为振荡电路的电感元件。

Claims (6)

1、多路呼吸感应体积描记器传感线圈的激励方法，设置高频信号激励源，其特征在于：分别对各路传感线圈周期性地施加脉冲激励，所述脉冲激励是指在一定脉冲宽度(td)时间内施加高频激励信号，并对各路传感线圈采用分时激励的方法。
2、根据权利要求1所述的多路呼吸感应体积描记器传感线圈的激励方法，其特征在于：所述对传感线圈施加激励脉冲的脉冲宽度(td)与激励源信号周期(Ts)的比值(td/Ts)不小于30。
3、根据权利要求1或2所述的多路呼吸感应体积描记器传感线圈的激励方法，其特征在于：所述激励脉冲宽度(td)与各路传感线圈被激励的最小脉冲间隔(TI)的比值应不大于0.5。
4、多路呼吸感应体积描记器传感线圈的激励装置，设有高频信号激励源、不少于两路的传感线圈，其特征在于：所述的激励源输出端通过由时序信号控制的多路脉冲开关电路与各路传感线圈连接，多路开关电路按时序循环地依次接通各路传感线圈，使传感线圈在脉冲宽度接通时间内被激励源的高频信号激励，各路传感线圈输出端与信号调理电路连接，所述信号调理电路输出端与由时序信号控制的多路开关电路连接，多路开关电路按时序分别输出各路传感信号。
5、根据权利要求4所述的多路呼吸感应体积描记器传感线圈的激励装置，其特征在于：所述的激励源和时序信号产生电路结构为：设有振荡电路，振荡电路与分频电路连接，分频电路输出高频激励信号，所述分频电路输出端经进一步分频后通过译码电路输出时序控制信号。
6、根据权利要求4或5所述的多路呼吸感应体积描记器传感线圈的激励装置，其特征在于：所述的多路开关电路由模似开关电路组成。
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