CN204445903U - 一种微型集成数字式光电血氧心率与血液流速系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种微型集成数字式光电血氧心率与血液流速系统。所述微型集成数字式光电血氧心率与血液流速系统包括：基板；所述基板两端分别设有至少一颗红光LED和红外光LED；基板中部设有用于接收红光LED光信号的处理装置；所述的处理装置包括：光敏元件、光源控制电路、信号放大器、模数转换器、微处理器、数据通信电路、数据存储电路；其中，所述红光LED与光敏元件安装在同一块基板上；基板上设有印制PCB电路，所述红光LED和红外光LED和处理装置通过基板上的PCB电路连接。能够输出数字化的血氧、心率与血液流速数据。本实用新型可提高一致性、降低成本和功耗。

Description

一种微型集成数字式光电血氧心率与血液流速系统
技术领域
本实用新型涉及传感器领域，更具体的说，涉及一种微型集成数字式光电血氧心率与血液流速系统。
背景技术
当前的光电式心率测量电路和光电式血液流速测量电路通常都采用分立元件，体积较大，在空间受限的场合不方便安装。另外，由于采用分立元件，在安装时需要分多次进行，安装位置误差较大，增加了发光元件与接收元件之间的位置的不一致性，造成接收信号的一致性较差。除此之外，现有技术还有制造成本高，功耗较大等其它缺点。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可提高一致性、降低成本和功耗的微型集成数字式光电血氧心率与血液流速系统。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种微型集成数字式光电血氧心率与血液流速系统，包括：
基板；所述基板1两端分别设有至少一颗红光LED和红外光LED；基板中部设有用于接收红光LED和红外光LED光信号的处理装置；
所述的处理装置包括：光敏元件，用于接收从皮肤反射回来的红光和红外光信号；光源控制电路，控制红光LED和红外光LED发光；信号放大器，用于对光敏元件的输出信号进行放大和滤波；模数转换器，用于将信号放大器的输出的模拟信号进行AD转换，转换成数字信号；微处理器，用于对经过模数转换器转换后的数字信号进行处理，计算出血液流速数据、心率数据和血氧数据；数据通信电路，将血液流速数据、心率数据和血氧数据发送到便携电子设备的处理器；数据存储电路；所述光敏元件(41)安装在基板(1)上；
基板上设有印制PCB电路，所述红光LED和红外光LED(2)和红外光LED(3)和处理装置(4)通过基板上的PCB电路连接。
进一步的，所述两端的红光LED和红外光LED上方设有发光端胶体；所述处理装置上方设有接收端胶体；发光端胶体与接收端胶体中间填充有隔光物质。
进一步的，所述处理装置是单颗未经封装的晶片，采用半导体工艺制作在同一个衬底上。
进一步的，所述红光LED和红外光LED和光敏元件的布局如下所述：光敏元件位于基板两端红光LED和红外光LED连线的中点位置。
进一步的，所述红光LED和红外光LED和光敏元件的布局如下所述：光敏元件位于基板两端红光LED和红外光LED连线的中点位置；基板上设有印制PCB电路，所述红光LED和红外光LED和处理装置通过基板上的PCB电路连接；
所述处理装置是单颗未经封装的晶片；或者，所述光敏元件、光源控制电路、信号放大器、模数转换器、微处理器、数据通信电路和存储电路，采用半导体工艺制作在同一个衬底上；
所述两端的红光LED和红外光LED上方设有发光端胶体；所述处理装置上方设有接收端胶体；发光端胶体与接收端胶体中间填充有隔光物质。
本实用新型采用半导体制造工艺，将红光LED和红外光LED、光敏元件与集成信号处理装置集成在一个基板上，封装成一个标准的SMD元件，并在集成信号处理芯片里的微处理器中集成了血氧、心率与血液流速的测量算法以及通信协议，用户只需要按要求给本元件加上合适的工作电压，就能够从本元件的数据通信引脚读出数字化的血氧、心率与血液流速数据，不必再关心信号和数据的处理过程。本实用新型具有以下优点：尺寸小，显著缩小了心率与血液流速测量电路的体积；将心率与血液流速的测量集成到一个元件实现；直接输出数字化的血氧、心率与血液流速数据，减少了传感器的外围电路；采用反射式结构，发光元件和接收元件安装在同一个基板上，比透射式结构更方便安装，只需要将其贴在PCB上即可；可以用其制造出体积更小的最终产品；可以方便地将其整合到现有的智能终端中；其抗干扰能力更强；产品的一致性更好、成本更低、重量更轻、功耗更低。
附图说明
图1是微型集成数字式光电血氧心率与血液流速系统的侧视示意图；
图2是微型集成数字式光电血氧心率与血液流速系统的俯视视示意图；
图3是微型集成数字式光电血氧心率与血液流速系统的安装示意图。
具体实施方式
下面描述本实用新型的优选实施方式，本领域普通技术人员将能够根据下文所述用本领域的相关技术加以实现，并能更加明白本实用新型的创新之处和带来的益处。
参照图1，优选的硬件实施方式如下所述：
一种微型集成数字式光电血氧心率与血液流速系统，包括：
基板1；所述基板1两端分别设有至少一颗红光LED2和红外光LED3；基板中部设有用于接收红光LED2和红外光LED3光信号的处理装置4；
所述的处理装置4包括：光敏元件41，用于接收从皮肤反射回来的红光和红外光信号；光源控制电路42，控制红光LED发光；信号放大器43，用于对光敏元件41的输出信号进行放大和滤波；模数转换器44，用于将信号放大器的输出的模拟信号进行AD转换，转换成数字信号；微处理器45，用于对经过模数转换器44转换后的数字信号进行处理，计算出血液流速数据、心率数据和血氧数据；数据通信电路46，将血液流速数据、心率数据和血氧数据发送到便携电子设备的处理器；与便携电子设备的处理器耦合的存储电路47；其中，所述红光LED2和红外光LED3与光敏元件41安装在同一块基板1上。
将红光LED2和红外光LED3、处理装置4采用固晶工艺固定在基板1上，基板1上面印制有PCB电路和引脚8，然后用超声波键合工艺将以上芯片的电极与基板1上的PCB焊盘连接起来。然后，使用专用的模具对焊接后的元件灌入透光胶体61、62，然后再在发光端胶体61与接收端胶体62中间填入隔光物质7，阻止光源2、3对光敏元件41的干扰。
处理装置4采用半导体生产工艺，在单颗裸晶片上集成了光敏元件41光源控制电路42、信号放大器43、模数转换器44、微处理器45、数据通信电路46和存储电路47。微处理器45将这两种数据通过通信电路(46)从基板上的引脚按照一定的数据格式发送给便携电子设备的处理器；存储电路(47)能够存储一定量的数据，通过与便携电子设备的处理器交互，可以将其中的数据读出。
通常，本文中所描述的传感器被贴近皮肤安装，参见图3所示，微处理器45通过光源控制电路42控制红光LED2和红外光LED3交替发光，发出的光线射向皮肤10，一部分被皮肤软组织10吸收，另一部分被反射回来，被光敏元件41接收到。由于血液中氧含量的不同会造成对红光和红外光的吸收率不同，从而使反射回来的光线存在微弱变化，引起光敏元件41输出电流的微小变化，这个变化被送入放大电路43放大然后经过滤波和AD转换，送入微处理器45进行处理，微处理器45通过对比红光信号和红外光信号强度的差异，计算出血液中的氧含量。
另一方面，当心脏跳动时，血液会在皮肤内流动，会造成皮肤中血液含量的变化，通过计算红光信号或者红外光信号的变化与时间的关系，便可以计算出心率。
另外，发光LED芯片2与发光LED芯片3之间的距离是已知的，通过比较发光LED芯片2、3分别发光时光敏元件接收到的信号波形的相关性，可以计算出在发光LED芯片2、3连线方向上的血液流速。
本实用新型可以是各种部件及部件布置形式，以及各种步骤与步骤布置的形式。附图仅仅用于说明优选实施例的目的，而不应理解为是对本实用新型的限制。

Claims (7)

1.一种微型集成数字式光电血氧心率与血液流速系统，其特征在于，包括：
基板(1)；所述基板(1)两端分别设有至少一颗红光LED(2)和红外光LED(3)；基板中部设有用于接收红光LED(2)和红外光LED(3)光信号的处理装置(4)；
所述的处理装置(4)包括：光敏元件(41)，用于接收从皮肤反射回来的红光和红外光信号；光源控制电路(42)，控制红光LED(2)和红外光LED(3)发光；信号放大器(43)，用于对光敏元件(41)的输出信号进行放大和滤波；模数转换器(44)，用于将信号放大器的输出的模拟信号进行AD转换，转换成数字信号；微处理器(45)，用于对经过模数转换器(44)转换后的数字信号进行处理，计算出血液流速数据、心率数据和血氧数据；数据通信电路(46)，将血液流速数据、心率数据和血氧数据发送到便携电子设备的处理器；数据存储电路(47)；所述光敏元件(41)安装在基板(1)上，
基板上设有印制PCB电路，所述红光LED(2)和红外光LED(3)和处理装置(4)通过基板上的PCB电路连接。
2.根据权利要求1所述的微型集成数字式光电血氧心率与血液流速系统，其特征在于，所述处理装置(4)是单颗未经封装的晶片。
3.根据权利要求1所述的微型集成数字式光电血氧心率与血液流速系统，其特征在于，所述红光LED和光敏元件的布局如下所述：光敏元件(41)位于基板(1)两端红光LED连线的中点位置。
4.根据权利要求1所述的微型集成数字式光电血氧心率与血液流速系统，其特征在于，所述两端的红光LED上方设有发光端胶体(61、63)；所述处理装置(4)上方设有接收端胶体(62)。
5.根据权利要求1所述的微型集成数字式光电血氧心率与血液流速系统，其特征在于，所述光敏元件(41)、光源控制电路(42)、信号放大器(43)、模数转换器(44)、微处理器(45)、数据通信电路(46)和存储电路(47)采用半导体工艺制作在同一块衬底上。
6.根据权利要求1所述的微型集成数字式光电血氧心率与血液流速系统，其特征在于，能够输出数字化的血氧、心率与血液流速数据。
7.根据权利要求1所述的微型集成数字式光电血氧心率与血液流速系统，其特征在于，所述红光LED和光敏元件的布局如下所述：光敏元件(41)位于基板(1)两端红光LED连线的中点位置；基板上设有印制PCB电路，所述红光LED(2)和红外光LED(3)和处理装置(4)通过基板上的PCB电路连接；
所述处理装置(4)是单颗未经封装的晶片；或者，所述光敏元件(41)、光源控制电路(42)、信号放大器(43)、模数转换器(44)、微处理器(45)、数据通信电路(46)和存储电路(47)分成分立功能的未经封装的晶片组合形成所述处理装置(4)；
所述两端的红光LED上方设有发光端胶体(61、63)；所述处理装置(4)上方设有接收端胶体(62)。
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