CN203745534U - 医用电参量检测装置 - Google Patents

Abstract

一种医用电参量检测装置，包括：电源、显示器、单片机控制器、电压检测电路、电流检测电路、电阻检测电路和频率检测电路，所述频率检测电路的标准信号输入端与第一计数器的时钟输入端相连，门控信号输入端与D触发器的D端相连，被测信号输入端分别与D触发器的输入端、第二计数器的时钟输入端相连，D触发器的输出端分别与第一计数器、第二计数器的时钟使能端相连，第一计数器、第二计数器的输出端与运算器相连，利用运算器获得被测信号的频率，从而可以较精确地获得医用电信号的频率，误差小。

Description

医用电参量检测装置

技术领域

本实用新型涉及医用测试仪器，尤其涉及一种能测量医用电参数的频率的医用电参量检测装置。

背景技术

现有的医用电参量检测装置可以测量多种医用电参数，例如电流、电压等，是医护人员常备的测量工具。但是现有的医用电参量检测装置能测量的电学参数较少，功能较少。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是提供一种医用电参量检测装置，能精确测量医学电参数的频率。

为解决上述问题，本实用新型提供了一种医用电参量检测装置，包括：电源、显示器、单片机控制器、电压检测电路、电流检测电路、电阻检测电路和频率检测电路，所述单片机控制器与电源、显示器、电压检测电路、电流检测电路、电阻检测电路、频率检测电路分别连接，所述频率检测电路包括标准信号输入端、被测信号输入端、门控信号输入端、D触发器，第一计数器、第二计数器和运算器，所述标准信号输入端与第一计数器的时钟输入端相连，所述门控信号输入端与D触发器的D端相连，所述被测信号输入端分别与D触发器的输入端、第二计数器的时钟输入端相连，所述D触发器的输出端分别与第一计数器、第二计数器的时钟使能端相连，所述第一计数器、第二计数器的输出端与运算器相连，利用所述运算器获得被测信号的频率。

可选的，还包括电容检测电路，包括：信号源产生单元、二阶有源带通滤波电路、交直流转换电路和二阶低通滤波器，所述信号源产生单元、带通滤波器、交直流转换电路和二阶低通滤波器依次连接，且所述二阶低通滤波器与单片机控制器相连接。

可选的，所述信号产生电路为文氏电桥振荡电路。

可选的，所述单片机控制器具有USB功能控制器。

可选的，所述电阻检测电路包括：基准电阻、待测电阻和运算放大器，所述基准电阻的一端与检测电压输入端相连接，所述运算放大器的正向输入端与基准电压相连接，所述运算放大器的反向输入端分别与基准电阻的另一端和运算放大器的输出端相连接。

可选的，所述电压检测电路包括直流电压检测电路和交流电压检测电路。

可选的，所述直流电压检测电路包括直流电压输入端、分压器、输入阻抗转换器和A/D转换器，所述直流电压输入端、分压器、输入阻抗转换器和A/D转换器依次连接，且所述A/D转换器与单片机控制器相连接。

可选的，所述交流电压检测电路包括交流电压输入端、交直流转换电路、分压器、输入阻抗转换器和A/D转换器，所述交流电压输入端、交直流转换电路、分压器、输入阻抗转换器和A/D转换器依次连接，且所述A/D转换器与单片机控制器相连接。

可选的，所述交直流转换电路为精密半波整流电路。

可选的，所述电源为线性稳压电源。

与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：

所述医用电参量检测装置具有频率检测电路，且所述频率检测电路的分频器的输出端与D触发器的D端相连，所述被测信号输入端分别与D触发器的输入端、第二计数器的时钟输入端相连，所述D触发器的输出端分别与第一计数器、第二计数器的时钟使能端相连，利用第一计数器、第二计数器分别对标准信号和被测信号进行计数，可以较精确地获得医用电参数的频率，误差小。

附图说明

图1是本实用新型实施例的医用电参量检测装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的电阻检测电路的结构示意图；

图3是本实用新型实施例的文氏电桥振荡电路的结构示意图；

图4是本实用新型实施例的精密半波整流电路的结构示意图；

图5是本实用新型实施例的频率检测电路的结构示意图；

图6是本实用新型实施例的测频过程中信号的时序图。

具体实施方式

由于现有的医用电参量检测装置功能较少，因此本实用新型提供了一种医用电参量检测装置，包括电压检测电路、电流检测电路、电阻检测电路和频率检测电路，利用一台医用电参量检测装置即能对多种医用电学参数，包括电压、电流、电阻和频率等进行检测，能提高设备的集成度，且能较精确地获得被测信号的频率，误差小。

下面结合附图，通过具体实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述。

请参考图1，为本实用新型实施例的医用电参量检测装置的结构示意图，包括：电源10、显示器20、单片机控制器30、电压检测电路40、电流检测电路50、电阻检测电路60、电容检测电路70和频率检测电路80，所述单片机控制器30与电源10、显示器20、电压检测电路40、电流检测电路50、电阻检测电路60、电容检测电路70、频率检测电路80分别连接。

在本实施例中，所述电源10为线性稳压电源，由于线性稳压直流电源的特点是：电路简单；输出电压比输入电压低；反应速度快，输出纹波较小；工作产生的噪声低。在其他实施例中，所述电源还可以采用开关电源。

在本实施例中，所述显示器20为液晶屏，可以以文字加数字的形式显示当前测量值，显示直观、准确。

所述单片机控制器30为51单片机，在本实施例中，所述51单片机为C8051F系列单片机，是一种完全集成的混合信号片上系统型MCU（微控制单元）。所述单片机控制器30还具有USB功能控制器，利用所述USB功能控制器将所述医用电参量检测装置与电脑主机相连接，使得电脑主机可以获取医用电参量检测装置的信息，且有利于对医用电参量检测装置进行开发调试。

所述电压检测电路40包括直流电压检测电路和交流电压检测电路。

所述直流电压检测电路包括直流电压输入端、分压器、输入阻抗转换器和A/D转换器，所述直流电压输入端、分压器、输入阻抗转换器和A/D转换器依次连接，且所述A/D转换器与单片机控制器相连接。

所述交流电压检测电路包括交流电压输入端、交直流转换电路、分压器、输入阻抗转换器和A/D转换器，所述交流电压输入端、交直流转换电路、分压器、输入阻抗转换器和A/D转换器依次连接，且所述A/D转换器与单片机控制器相连接。

在本实施例中，直流电压检测电路的分压器、输入阻抗转换器、A/D转换器和交流电压检测电路的分压器、输入阻抗转换器、A/D转换器共用同一组电路。在其他实施例中，所述直流电压检测电路的分压器、输入阻抗转换器、A/D转换器与交流电压检测电路的分压器、输入阻抗转换器、A/D转换器为两组不同的电路。

所述医用电参量检测装置的分压器采用直流电压衰减网络进行分压，所述电压衰减网络由5个电阻依次为相邻电阻十倍的电阻构成精密电阻分压器，总电阻为10M欧左右，可将0-1000V的被测直流电压一律衰减到200mV左右，再进行测量，且保证了相邻档位之间的衰减倍数大约都是10倍关系。

所述输入阻抗转换电路采用运算放大器的跟随电路，利用运放的高输入阻抗、高放大倍数和良好的线性参数变换功能，用来降低A/D输入阻抗。所述运放是采用了高精度、高输入阻抗的CMOS型运算放大器LMC6082，其输入阻抗可达1T欧。且由于在自动量程跳档、切换量程的过程中会造成信号瞬间未衰减而进入A/D测量端口，造成A/D转换器以及其他器件的损坏，故在输入阻抗转换之前加入一箝位限幅电路。

所述电阻检测电路60为运放反向放大电路，通过对人体电阻的测量可以获得人体脂肪量等参数。请参考图2，为所述电阻检测电路60的结构示意图，具体包括：基准电阻601、待测电阻602和运算放大器603，所述基准电阻601的一端与检测电压输入端Vs相连接，所述运算放大器603的正向输入端接地，所述运算放大器603的反向输入端分别与基准电阻601的另一端、待测电阻602的一端相连接，所述运算放大器603的输出端与待测电阻602的另一端、检测电压输出端Vo相连接。通过合理调整基准电阻601，利用所述运放反向放大电路将电阻值转化为电压值，从而实现电阻的测量。

在本实施例中，所述医用电参量检测装置包括电容检测电路70。在其它实施例中，所述医用电参量检测装置也可以不包括电容检测电路。

所述电容检测电路70具体包括：信号源产生单元、二阶有源带通滤波电路、交直流转换电路和二阶低通滤波器，所述信号源产生单元、带通滤波器、交直流转换电路和二阶低通滤波器依次连接，且所述二阶低通滤波器与单片机控制器相连接。利用400Hz正弦波信号将被测电容量C_x变成容抗X_c，然后进行C/U转换，把X_c转换成交流信号电压，再经过A/D转换器取出平均值电压因与C_x成正比，故只需适当调节电路参数即可直接读出电容量。

所述信号源产生单元为文氏电桥振荡电路，请参考图3，为所述文氏电桥振荡电路的结构示意图。

在本实施例中，所述文氏电桥振荡电路的R1、C1、R2、C2电阻与电容的串并网络作为选频和反馈网络，它的起振条件为R4>2R3，由图3可得:

$Z_1=\frac{1+s{C}_1{R}_1}{s{C}_1}---(1-1)$

$Z_2=\frac{R_2}{1+s{C}_2{R}_2}---(1-2)$

令R₁＝R₂＝R、C₁＝C₂＝C，则反馈网路的反馈系数为:

$F_V\left(s\right)=\frac{V_f\left(s\right)}{V_o\left(s\right)}=\frac{Z_2}{Z_1+Z_2}=\frac{\mathrm{sCR}}{1+3\mathrm{sCR}+{\left(\mathrm{sCR}\right)}^2}---(1-3)$

就实际频率而言，令则上式1-3可得RC串并联选频网络的幅频响应以及相频响应:

$F_V=\frac{1}{\sqrt{3^2+{(\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}-\frac{{\mathrm{\ω}}_0}{\mathrm{\ω}})}^2}}---(1-4)$

由上两式可知，当时，可得

f＝1/2πRC                           (1-6)

由频率计算出相应的电阻值与电容值。所述电阻值一般取K欧级，而电容一般取nF级，在其中一实施例中，R1=R2=40K欧，C1=C2=0.01μF，代入式(1-6)中得到f≈400Hz。

测量电容的激励信号采用400Hz的频率，其主要原因是出于电容的测量范围限制，太高频率的激励信号，某一方面会因在测量大电容时运放的输出电压幅值受供电电源限制，故此时必须将其反馈电阻相应的降低，但也会导致运放的输出负载电流相应的增大，若负载太重（一般保证反馈电阻在100欧以上）则会导致运放的工作不正常；另一方面，频率太高则会容易引入干扰，故综合考虑选择了400Hz频率。在其他实施例中，所述测量电容的激励信号的频率也可以为其他值。

当文氏电桥振荡电路产生测量电容的激励信号，由于其信号源是由文氏桥振荡电路产生的400Hz左右的正弦波信号，信号中必然存在高频谐波成分。当将信号源通过被测电容，将被测电容值转换为相应的电压值时，相应的高频谐波也通过被测电容被相应的放大，而且其幅值远比相应的激励信号的要大，故必须要有一个带通滤波器来滤除谐波信号的干扰，尤其是高频谐波干扰。在本实施例中，所述二阶有源带通滤波电路由一个RC组成的低通网络和另一个RC组成的高通网络串联而成。

所述交直流转换电路为精密半波整流电路，所述精密半波整流电路的电路图请参考图4，包括第一放大器411、第一二极管412、第二二极管413、第一电阻414和第二电阻415，所述第一放大器411的正向输入端接地，反向输入端分别与第一电阻414的一端、第二电阻415的一端、第一二极管412的正向输入端相连接，所述第一电阻414的另一端与信号输入端Ui相连接，所述第一放大器411的输出端分别与第一二极管412的输出端、第二二极管413的输入端相连接，信号输出端Uo分别与所述第二二极管413的输出端、第二电阻415的另一端相连接。

(1)当Ui<0时，第一放大器411的输出电压Uo>0，第一二极管412截止，第二二极管413导通，第一放大器411工作在深度负反馈，此时这个电路相当于一个放大倍数为第二电阻/第一电阻的反比例电路。

(2)当Ui>0时，第一放大器411的输出电压Uo<0,第一二极管412导通，第二二极管413截止，第一放大器411输出电压Uo=0。在这个过程中第一放大器411也处于深反馈状态，其反馈电阻很小(为防止放大器负向饱和)，这样当输入信号极性变化后，可使输出电压极性加速转换。

在其它实施例中，所述交流电压检测电路的交直流转换电路也可以采用所述精密半波整流电路。

测量电容的交流信号经精密半波整流电路之后变为直流，所述直流中还带有极大地纹波，故在通过A/D采样测得电压之前，为了确保信号的直流成分，须用低通滤波器把高频谐波分量滤掉，变成直流。在本实施例中，采用二阶低通滤波电路消除电路输出中的脉动，从而能准确地测出平均值电压U₀，由于与C_x成正比，故只需适当调节电路参数即可通过单片机控制器直接读出电容量。

所述频率检测电路80请参考图5，包括标准信号输入端801、被测信号输入端802、门控信号输入端803、D触发器804、第一计数器805、第二计数器806和运算器807，所述标准信号输入端801与第一计数器805的时钟输入端相连，所述门控信号输入端803与D触发器804的D端相连，所述被测信号输入端802分别与D触发器804的输入端、第二计数器806的时钟输入端相连，所述D触发器804的输出端分别与第一计数器805、第二计数器806的时钟使能端相连，所述第一计数器805、第二计数器806的输出端与运算器807相连，利用所述运算器804获得被测信号的频率。在本实施例中，利用所述运算器807获得被测的医用电参数的频率后，将被测信号的频率发送到单片机控制器30，并利用显示器进行显示。在其他实施例中，所述运算器位于单片机控制器中，单片机控制器获得被测信号的频率后，将被测信号的频率发送到显示器进行显示。

现有的测量频率的方法主要包括测频法和测周期法，但这两种方法的计数值都会产生±1个字误差，并且测频法中测试精度与被测信号的脉冲数有关，测周期法中测试精度与标准信号的周期数有关，为了保证测试精度，通常对于低频信号采用测周期法测量，对高频信号采用测频法测量，在测量不同的信号时测频装置需要切换，测试时很不方便。

在本实施例中，请一并参考图5和图6，所述图6为测试过程中信号的时序图，在测量过程中，第一计数器805对被测信号进行计数，第二计数器806对标准信号进行计数。首先门控信号输入端803产生门控信号并输入到D触发器804的D端，所述门控信号与标准信号输入端的标准时钟同步且周期为标准时钟的N倍，N为正整数，当门控信号为高电平时，此时计数器不开始计数等到被测信号的上升沿到来时，D触发器804发出信号，第一计数器805和第二计数器806才开始计数；当门控信号变为低电平时，第一计数器805和第二计数器806未停止工作，只有当被测信号的上升沿到来时，第一计数器805和第二计数器806停止计数。当标准信号的频率为fs，标准信号的计数值为Ns，被测信号的计数值为Nx，则被测信号的频率为虽然门控信号和控制计数器开启的使能信号不一致，但误差小于一个被测信号的周期，比现有的误差小，且不用切换测量方法。

需说明的是，本实用新型的上述各个模块均为实体部件；当然，其中的个别模块功能可通过软件实现，但这不属于本实用新型的范畴，其具体实现方案也与本实用新型无关。

本实用新型虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种医用电参量检测装置，其特征在于，包括：电源、显示器、单片机控制器、电压检测电路、电流检测电路、电阻检测电路和频率检测电路，所述单片机控制器与电源、显示器、电压检测电路、电流检测电路、电阻检测电路、频率检测电路分别连接，

所述频率检测电路包括标准信号输入端、被测信号输入端、门控信号输入端、D触发器，第一计数器、第二计数器和运算器，所述标准信号输入端与第一计数器的时钟输入端相连，所述门控信号输入端与D触发器的D端相连，所述被测信号输入端分别与D触发器的输入端、第二计数器的时钟输入端相连，所述D触发器的输出端分别与第一计数器、第二计数器的时钟使能端相连，所述第一计数器、第二计数器的输出端与运算器相连，利用所述运算器获得被测信号的频率。

2.如权利要求1所述的医用电参量检测装置，其特征在于，还包括电容检测电路，所述电容检测电路具体包括：信号源产生单元、二阶有源带通滤波电路、交直流转换电路和二阶低通滤波器，所述信号源产生单元、带通滤波器、交直流转换电路和二阶低通滤波器依次连接，且所述二阶低通滤波器与单片机控制器相连接。

3.如权利要求2所述的医用电参量检测装置，其特征在于，所述信号源产生电路为文氏电桥振荡电路。

4.如权利要求1所述的医用电参量检测装置，其特征在于，所述单片机控制器具有USB功能控制器。

5.如权利要求1所述的医用电参量检测装置，其特征在于，所述电阻检测电路包括：基准电阻、待测电阻和运算放大器，所述基准电阻的一端与检测电压输入端相连接，所述运算放大器的正向输入端接地，所述运算放大器的反向输入端分别与基准电阻的另一端、待测电阻的一端相连接，所述检测电压输入端与运算放大器的输出端、待测电阻的另一端相连接。

6.如权利要求1所述的医用电参量检测装置，其特征在于，所述电压检测电路包括直流电压检测电路和交流电压检测电路。

7.如权利要求6所述的医用电参量检测装置，其特征在于，所述直流电压检测电路包括直流电压输入端、分压器、输入阻抗转换器和A/D转换器，所述直流电压输入端、分压器、输入阻抗转换器和A/D转换器依次连接，且所述A/D转换器与单片机控制器相连接。

8.如权利要求6所述的医用电参量检测装置，其特征在于，所述交流电压检测电路包括交流电压输入端、交直流转换电路、分压器、输入阻抗转换器和A/D转换器，所述交流电压输入端、交直流转换电路、分压器、输入阻抗转换器和A/D转换器依次连接，且所述A/D转换器与单片机控制器相连接。

9.如权利要求2或8所述的医用电参量检测装置，其特征在于，所述交直流转换电路为精密半波整流电路。

10.如权利要求1所述的医用电参量检测装置，其特征在于，所述电源为线性稳压电源。