CN202568218U - 一种基于阵列式压力传感器的脉象测量触头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于阵列式压力传感器的脉象测量触头，该脉象测量触头包括基座(1)和位于基座(1)前端的阵列式压力传感器(2)。其中，阵列式压力传感器(2)包括PVDF压电薄膜(22)、电极(23)和导线(24)，整体为三层结构，上层和下层为通过导线相连的电极阵列，上层电极(23)和下层电极(23)之间为PVDF压电薄膜(22)。脉象测量触头上的阵列式压力传感器整体为三层结构，上层和下层电极阵列形成行列交叉的分布，保证传感器不但可以检测法向力，而且可以检测切向力和斜向力，可以获得三向力的电压响应；阵列式压力传感器形成四角锥面，不仅可以测量压力法向力，而且可以测量切向力，脉象信息全面且准确。

Description

一种基于阵列式压力传感器的脉象测量触头

技术领域

本实用新型涉及一种生物医学检测仪器，尤其涉及一种基于阵列式压力传感器的脉象采集触头。

背景技术

目前，大部分脉象仪的诊断触头是由刚性材料制成的立式传感器，缺点是保持触头位置稳定的效果不佳，会直接影响测量精度，而且人体耦合性差，不符合中医传统切脉方法，另外体积偏大，影响到实际应用。一些学者开始探索模拟医生手指搭脉，选择柔性材料作为脉诊触头的材料。在公开号为CN201248702、名称为基于压力传感阵列的柔性脉象检测探头的实用新型专利中，检测探头采用柔性液囊，但只能测量垂直方向的受力，无法获得全面的脉象信息。

发明内容

为了克服现有脉搏诊断检测装置的上述不足，本实用新型提供一种可测量三维脉象信息的基于阵列式压力传感器的脉象测量触头。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于阵列式压力传感器的脉象测量触头，包括基座和位于基座前端的阵列式压力传感器。阵列式压力传感器包括PVDF压电薄膜、电极和导线，整体为三层结构，上层和下层为通过导线相连的电极阵列，上层电极和下层电极之间为PVDF压电薄膜。

对于上述基于阵列式压力传感器的脉象测量触头，上层电极和下层电极通过导线呈行列交叉排列。

对于上述基于阵列式压力传感器的脉象测量触头，上层电极通过导线连接横向排列，下层电极通过导线连接纵向排列。

对于上述基于阵列式压力传感器的脉象测量触头，上层电极通过导线连接纵向排列，下层电极通过导线连接横向排列。

对于上述基于阵列式压力传感器的脉象测量触头，上层电极的阵列为3×4矩阵，下层电极的阵列为4×5矩阵。

对于上述基于阵列式压力传感器的脉象测量触头，阵列式压力传感器的受力面为四角锥面。

对于上述基于阵列式压力传感器的脉象测量触头，下层电极外面用指套包裹。

对于上述基于阵列式压力传感器的脉象测量触头，指套由橡胶制成。

对于上述基于阵列式压力传感器的脉象测量触头，基座由聚酯材料制成。

对于上述基于阵列式压力传感器的脉象测量触头，上层电极和下层电极通过导电胶与PVDF压电薄膜粘合在一起。

现有技术相比，本实用新型技术方案主要的优点如下：

(1)脉象测量触头上的阵列式压力传感器整体为三层结构，上层和下层电极阵列形成行列交叉的分布，从而保证传感器不但可以检测法向力，而且可以检测切向力和斜向力，可以获得三向力的电压响应；

(2)阵列式压力传感器在脉象测量触头上形成四角锥面，不仅可以测量压力法向力，而且可以测量切向力，脉象信息全面且准确。

附图说明

图1示出本实用新型一个实施例所述的基于阵列式压力传感器的脉象测量触头的形状结构；

图2是图1中的阵列式压力传感器的放大正视图；

图3是图1中的阵列式压力传感器的放大立体图；

图4a和4b是对图1中的阵列式压力传感器进行受力分析的空间坐标图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型基于阵列式压力传感器的脉象测量触头包括基座1和位于基座1前端的阵列式压力传感器2。阵列式压力传感器2可以通过粘贴固定在基座1的前端上。基座1优选由聚酯材料制成。

阵列式压力传感器2用于检测脉搏并将检测到的脉搏信号转化成电信号输出。如图2和3所示，阵列式压力传感器2包括PVDF压电薄膜22、电极23和导线24。阵列式压力传感器2采用整体三层的结构，上下层是通过导线相连的电极阵列，采用PB塑料薄板通过化学方法镀上银浆制作，中间是PVDF压电薄膜22，上下层电极23可以通过导电胶与PVDF压电薄膜22粘合在一起，构成感测脉搏压力的敏感表面。

下层电极23外面可采用指套21包裹，指套21优选为橡胶制成。阵列式压力传感器2的受力面近似为四角锥面，不仅可以感应法向力，而且可以感应切向力。

PVDF是一种有机高分子敏感材料，名称为聚偏二氟乙烯，具有耐磨、量轻、灵敏度高、声学阻抗低、容易固定在复杂表面、价廉、频带宽、且有很好的时间和温度稳定性的特点。

图3是阵列式压力传感器结构的立体图，如该图所示，上下两层电极23通过导线呈行列交叉排列。可以如图3所示的上层电极23通过导线连接横向排列，下层电极23通过导线连接纵向排列；也可以相反，上层电极23通过导线连接纵向排列，下层电极23通过导线连接横向排列。上层电极23的阵列例如为3×4矩阵，下层电极的阵列例如为4×5矩阵，受力点的分辨率为下层电极23的阵列，即受力点为4×5个点。上层电极23和下层电极23的中间为PVDF薄膜。这种行列交叉的分布方式保证传感器不但可以检测法向力，而且可以检测切向力和斜向力。

这种基于阵列式压力传感器的脉象测量触头的工作原理是：用脉象测量触头采集人体寸关尺三部位的脉搏波信息，指套21直接接触人体手臂，指套21下面的PVDF压电薄膜22受压后产生的应变转换成电信号，获取脉压信息。压力传感器为矩形阵列分布，传感器在手腕切诊部分的放置位置不会对信号采集造成影响。无论怎样放置，传感器总能获得准确的信号。

如图4a和4b所示，施加在传感器下层电极的三维力F在A，B，C，D4个面上产生不同的压力，转换后得到不同的电信号，可以确定三维力在三个方向的分量F_x，F_y，F_z。θ是外力与垂直方向的夹角，是外力在水平方向的方位角，F_a，F_b，F_c，F_d分别是在4个面上的应力。根据受力分析，可得它们之间的关系：

$\mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{\π}}{2}-\arctan \frac{F_a+F_b+F_c+F_d}{\sqrt{{(F_b-F_a)}^2+{(F_d-F_c)}^2}}$

$\left|\stackrel{\→}{F}\right|=\sqrt{F_a^2+F_b^2+F_c^2+F_d^2+F_a{F}_c+F_b{F}_c+F_a{F}_d+F_b{F}_d}$

$\left\{\begin{array}{c}{F}_a=\frac{\sqrt{2}}{4}{F}_z-\frac{\sqrt{2}}{2}{F}_y\\ F_b=\frac{\sqrt{2}}{4}{F}_z+\frac{\sqrt{2}}{2}{F}_y\\ F_c=\frac{\sqrt{2}}{4}{F}_z-\frac{\sqrt{2}}{2}{F}_x\\ F_d=\frac{\sqrt{2}}{4}{F}_z+\frac{\sqrt{2}}{2}{F}_x\end{array}\right.$

在外力作用下，根据压电效应，PVDF薄膜产生与外力成比例的电荷，经放大转换成电压，从4个面输出的电压V_a，V_b，V_c，V_d可求出F_a，F_b，F_c，F_d，进而确定F_x，F_y，F_z。PVDF压电薄膜上产生的电压正比于所受的外力。对输出电压求偏导数得：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\∂V}_a}{{\∂F}_x}=\frac{{\∂V}_b}{{\∂F}_x}=\frac{{\∂V}_c}{{\∂F}_y}=\frac{{\∂V}_d}{{\∂F}_y}=0\\ \frac{{\∂V}_a}{{\∂F}_y}=\frac{{\∂V}_c}{{\∂F}_x}=-S\frac{\sqrt{2}}{2}\\ \frac{{\∂V}_b}{{\∂F}_y}=\frac{{\∂V}_d}{{\∂F}_x}=S\frac{\sqrt{2}}{2}\\ \frac{{\∂V}_a}{{\∂F}_z}=\frac{{\∂V}_b}{{\∂F}_z}=\frac{{\∂V}_c}{{\∂F}_z}=\frac{{\∂V}_d}{{\∂F}_z}=S\frac{\sqrt{2}}{4}\end{array}\right.$

其中S为压电比例系数。

Claims (10)

1.一种基于阵列式压力传感器的脉象测量触头，包括基座(1)和位于基座(1)前端的阵列式压力传感器(2)，其特征在于，阵列式压力传感器(2)包括PVDF压电薄膜(22)、电极(23)和导线(24)，整体为三层结构，上层和下层为通过导线相连的电极阵列，上层电极(23)和下层电极(23)之间为PVDF压电薄膜(22)。

2.如权利要求1所述的基于阵列式压力传感器的脉象测量触头，其特征在于，上层电极(23)和下层电极(23)通过导线呈行列交叉排列。

3.如权利要求2所述的基于阵列式压力传感器的脉象测量触头，其特征在于，上层电极(23)通过导线连接横向排列，下层电极(23)通过导线连接纵向排列。

4.如权利要求2所述的基于阵列式压力传感器的脉象测量触头，其特征在于，上层电极(23)通过导线连接纵向排列，下层电极(23)通过导线连接横向排列。

5.如权利要求1或2所述的基于阵列式压力传感器的脉象测量触头，其特征在于，上层电极(23)的阵列为3×4矩阵，下层电极(23)的阵列为4×5矩阵。

6.如权利要求1所述的基于阵列式压力传感器的脉象测量触头，其特征在于，阵列式压力传感器(2)的受力面为四角锥面。

7.如权利要求1所述的基于阵列式压力传感器的脉象测量触头，其特征在于，下层电极(23)外面用指套(21)包裹。

8.如权利要求7所述的基于阵列式压力传感器的脉象测量触头，其特征在于，指套(21)由橡胶制成。

9.如权利要求1所述的基于阵列式压力传感器的脉象测量触头，其特征在于，基座(1)由聚酯材料制成。

10.如权利要求1所述的基于阵列式压力传感器的脉象测量触头，其特征在于，上层电极(23)和下层电极(23)通过导电胶与PVDF压电薄膜(22)粘合在一起。

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