CN202397473U - 胸腹部呼吸运动波形传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及的是一种利用非晶丝巨应力阻抗效应研制的测量人体胸腹部呼吸运动波形的传感器。属于医疗监护技术领域。传感器由其专配的胸腹带系于胸腹部待测部位，由于呼吸运动导致胸腹部周长发生变化，该变化通过胸腹带将作用力传导到传感器探头上，通过信号提取、放大、滤波，得到人体呼吸运动波形。本实用新型具有灵敏度高、体积小、抗干扰性强、功耗低等优点，解决了目前呼吸传感器体积较大、灵敏度不高的缺点。广泛用于婴儿呼吸监护，睡眠呼吸障碍监测，危重病人监护，成为应用于医学临床和家庭保健的一类新型呼吸传感器。
Description
技术领域
本实用新型涉及的是一种利用非晶丝巨应力阻抗效应研制的测量人体胸腹部呼吸运动波形的传感器。属于医疗监护技术领域。
背景技术
随着科技的发展和社会的进步，对人体胸腹部呼吸运动的监测仪器的使用也不断的增多。目前用于胸腹部呼吸运动监护的传感器主要有三类：第一类采用电极探测呼吸过程中胸腔阻抗变化，取得相关电信号。第二类采用系在胸腹部外围的弹性电感带，检测呼吸过程中胸腹周长变化相关的位移信号。第三类采用系在胸腹部外围的弹性电阻带，取得与呼吸过程相关的电阻值变化信号。在实际应用中，上述方式都存在不足之处。在第一类装置无法识别由于上呼吸道阻塞造成的无效呼吸。第二类装置容易受到环境的电磁干扰，同时对有效信号检测灵敏度偏低。第三类装置是目前应用较为广泛的一种方式，灵敏度较高。但是，由于其采用的应变电阻应变系数有限，为了提高传感器的灵敏度，需要增大应变梁的长度，这样探头的体积就难以做小；另一方面，为了减小体积，灵敏度就会降低。这样体积小和灵敏度高很难同时达到。我们急需一种体积小的，性能稳定，灵敏度高，成本低廉的新型胸腹部呼吸运动波形传感器。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种体积小的，性能稳定，灵敏度高，成本低廉的新型胸腹部呼吸运动波形传感器。本发明利用了非晶丝的巨应力阻抗效应（GSI），通过测量胸腹部呼吸运动作用在探头的应力的变化测量胸腹部呼吸运动的波形。所谓的巨应力阻抗效应是指当非晶材料（非晶丝）的轴向应力发生变化时非晶丝的阻抗也会明显的变化。在监测人体胸腹部呼吸运动的过程中，传感器由其专配的胸腹带系于胸腹部待测部位，人体由于呼吸运动导致胸腹部周长发生变化，该变化通过胸腹带使传感器探头上的应变梁受力发生变化，应变梁发生微小形变，进而使应变梁上的非晶丝受力发生变化，从而所述的非晶丝的阻抗会发生变化。将阻抗的变化通过信号提取电路转化成电压信号的变化，再传送给电压放大电路，经过带通滤波电路，得到人体呼吸运动频率范围内的信号，从而得到人体胸腹部呼吸运动的波形。
为此，本实用新型的技术方案是：一种胸腹部呼吸运动波形传感器，它由非晶丝传感器探头、信号提取电路、电压放大电路、带通滤波电路组成，其特征是：所述非晶丝传感器探头是由其中穿有主要成分为CoFeNbSiB，直径30至40微米，外面包覆有5微米玻璃，且具有巨应力阻抗效应的非晶丝和其依附的应变梁及其包裹的PU材料组成；传感器由其专配的胸腹带系于胸腹部待测部位，人体由于呼吸运动导致胸腹部周长发生变化，该变化通过胸腹带使传感器探头上的应变梁受力发生变化，应变梁发生微小形变，进而使应变梁上的非晶丝受力发生变化，从而所述的非晶丝的阻抗会发生变化；信号提取电路将非晶丝的阻抗的变化量转换成电压的变化量；所述电压变化量是一种微弱信号，该信号送入所述电压放大电路进行放大，将放大的信号送入所述带通滤波电路进行去噪，带通滤波电路带宽是0.2HZ至0.5HZ，这样输出的信号就可反应出胸腹部呼吸运动的情况。
本实用新型与现有技术相比，具有以下显著特点和积极效果：1、本胸腹部呼吸运动波形传感器的力敏感材料非晶丝具有巨应力阻抗效应（GSI），其应变系数比传统应变电阻要高1到2个数量级，因此灵敏度更高，体积更小，成本更低。
附图说明
附图1是本实用新型的电路组成图。
具体实施方式
如附图1所示，本实用新型由非晶丝传感器探头1、信号提取电路2、电压放大电路3、带通滤波电路4组成。所述非晶丝传感器探头1是由非晶丝和其依附的应变梁以及包裹的PU材料组成。所述非晶丝主要成分为CoFeNbSiB，其直径30至40微米，在非晶丝的表面包裹了一层玻璃，玻璃的厚度为5微米。这种非晶丝对轴向应力变化敏感，当应力变化时，非晶丝的阻抗会随之改变，即巨应力阻抗效应（GSI）。非晶丝传感器探头1中应变梁采用PCB电路板，厚度1毫米，外框是正方形，边长14毫米，内孔是圆形，直径10毫米，正方形与圆形中心重合，正方形边框上一对对角上各有一个直径为2毫米的圆孔，用螺钉穿过圆孔将探头固定在胸腹带的两端，这样胸腹带上受到的作用力就可以转换到应变梁上，正方形的另一对对角上各有一个焊盘，用于焊接非晶丝，焊接非晶丝时要有0.2N的预紧力，非晶丝焊接完成后，用两根导线将非晶丝焊盘上的信号引出，然后将探头放置在探头模腔内用PU材料将其包裹，放入真空干燥箱内，温度设定为120摄氏度，熟化5个小时，这样非晶丝探头制作完成。
非晶丝传感器探头1通过脉冲电流激励，使其具有巨应力阻抗效应（GSI），通过信号提取电路2将阻抗的变化转换为电压的变化。传感器由其专配的胸腹带系于胸腹部待测部位，人体由于呼吸运动导致胸腹部周长发生变化，该变化通过胸腹带将作用力传导到传感器探头上的应变梁上，人体呼气时胸腹部周长变长，应变梁圆孔处受到的胸腹带的拉力变大，整个应变梁变得扁平，非晶丝焊盘两端的距离变短，由于非晶丝焊接时有预紧力0.2N,非晶丝受到的力减小，阻抗变大，电压信号变大，同理，人体吸气时胸腹部周长变短，应变梁圆孔处受到的胸腹带的拉力变小，整个应变梁恢复到初始状态，非晶丝受到的力变大，阻抗变小，电压信号变小。
由于信号提取电路输出的电压数量级很小，由电压放大电路3将其放大。放大后的呼吸波形信号中有噪声，输入到带通滤波电路4中，带通滤波电路的通频带是0.2HZ到0.5HZ,这个频率范围是人体呼吸的频率范围，通过带通滤波器4后，输出的信号就可反应出胸腹部呼吸运动的情况。
本实用新型结构简单，设计合理，利用新型材料非晶丝的巨应力阻抗效应制作成力敏感探头，在胸腹部呼吸监测中，将胸腹部周长的变化产生的作用力转换成相应的电压信号并进行信号处理，得到人体胸腹部呼吸运动的波形。此发明设计新颖，技术含量高，成本低廉，在非晶材料的医疗监护技术领域填补了国内空白。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施方式，不应被视为对本实用新型范围的限制，而且本实用新型所主张的权利要求范围并不局限于此，凡熟悉此领域技艺的人士，依照本实用新型所披露的技术内容，可轻易思及的等效变化，均应落入本实用新型的保护范围内。
Claims (1)
1.一种胸腹部呼吸运动波形传感器，它由非晶丝传感器探头、信号提取电路、电压放大电路、带通滤波电路组成，其特征是：所述非晶丝传感器探头是由其中穿有主要成分为CoFeNbSiB，直径30至40微米，外面包覆有5微米玻璃，且具有巨应力阻抗效应的非晶丝和其依附的应变梁及其包裹的PU材料组成；传感器由其专配的胸腹带系于胸腹部待测部位，人体由于呼吸运动导致胸腹部周长发生变化，该变化通过胸腹带使传感器探头上的应变梁受力发生变化，应变梁发生微小形变，进而使应变梁上的非晶丝受力发生变化，从而所述的非晶丝的阻抗会发生变化；信号提取电路将非晶丝的阻抗的变化量转换成电压的变化量；所述电压变化量是一种微弱信号，该信号送入所述电压放大电路进行放大，将放大的信号送入所述带通滤波电路进行去噪，带通滤波电路带宽是0.2HZ至0.5HZ，这样输出的信号就可反应出胸腹部呼吸运动的情况。
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| CN103156617A (zh) * | 2011-12-08 | 2013-06-19 | 浩华科技实业有限公司 | 胸腹部呼吸运动波形传感器 |
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