CN204542210U - 体液导电性传感器 - Google Patents

Abstract

一种体液导电性传感器，它包括信号激励源、模拟调理电路和传感器探头；所述的信号激励源用于产生可通过人体的交流信号和同步正、负时钟信号，信号激励源的交流信号输出端与传感器探头相连，作为激励通过传感器探头输入人体，信号激励源的同步正、负时钟信号与模拟调理电路的对应时钟信号输入端相连；所述的模拟调理电路接收信号激励源的同步正、负时钟信号，并对传感器探头采集的体液电导测量信号进行处理输出体液模拟电压信号即体液导电性信号。本实用新型的体液导电性传感器，根据体液导电性变化的数据信息可有效地获取对应的女性受排卵周期影响的体液离子浓度变化情况，从而反应出女性排卵状况。

Description

体液导电性传感器

技术领域

本实用新型涉及医用/家用医疗设备领域，尤其是用于排卵测定设备领域，具体地说是一种体液(唾液、尿液、汗液)导电性传感器。

背景技术

女性在排卵前，血液中的雌激素水平增加，血液中的雌激素通过肾素血管紧张素II系统调节体液中Na+、K+、Ca+等离子浓度，会导致人体体液(唾液、汗液、尿液)总量的同期性变化。故可通过检测人体体液(唾液、汗液、尿液)离子的同期变化能直接反应血液中雌激素与促黄体生成激素的同期性变化，并能提前5天左右预测排卵期，并且准确率非常高，但目前基于此原理的测试方法却很少被使用。其中原因之一就是市场上还没有成熟的测试女性受排卵周期影响人体体液(唾液、汗液、尿液)离子浓度变化的测试方法或仪器。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提出一种体液(唾液、汗液、尿液)导电性传感器，根据体液(唾液、汗液、尿液)导电性变化的数据信息可有效地获取对应的女性受排卵周期影响的体液(唾液、汗液、尿液)离子浓度变化情况，从而反应出女性排卵状况。

本实用新型的技术方案是：

一种体液导电性传感器，它包括信号激励源、模拟调理电路和传感器探头；

所述的信号激励源用于产生可通过人体的标准交流信号和同步正、负时钟信号，信号激励源的交流信号输出端与传感器探头相连，作为激励通过传感器探头输入人体，信号激励源的同步正、负时钟信号与模拟调理电路的对应时钟信号输入端相连；

所述的模拟调理电路接收信号激励源的同步正、负时钟信号，并对传感器探头采集的体液电导测量信号进行处理输出体液模拟电压信号即体液导电性信号。

本实用新型的信号激励源包括交流信号发生器、限流电路、稳幅电路和低延迟反相器，所述的交流信号发生器产生标准交流信号，其信号输出端依次经过限流电路和稳幅电路，之后通过传感器探头输出，所述的交流信号发生器产生的交流信号亦作为正时钟信号输出至模拟调理电路的正时钟信号输入端，交流信号发生器产生的交流信号亦作为正时钟信号输出至低延迟反相器的信号输入端，低延迟反相器的信号输出端输出负时钟信号至模拟调理电路的负时钟信号输入端。

本实用新型的标准交流信号，包括标准正弦波、方波和三角波；交流信号发生器产生500Hz以上的交流波形，幅值为100mV—1V。

本实用新型的模拟调理电路包括低通滤波器、波形分离电路和波形合成电路，所述的低通滤波电路的一端作为模拟调理电路的输入接探头采集的体液电导测量信号，滤波后的体液电导测量信号输入波形分离电路的对应信号输入端，波形分离电路的时钟信号输入端与信号激励源的对应正、负时钟信号输出端相连，波形分离电路的输出端与波形合成电路的信号输入端相连，波形合成电路的输出作为模拟调理电路的输出输出体液导电性信号。

本实用新型的低通滤波器采用二阶低通滤波器，优选二阶巴特沃斯低通滤波器。

本实用新型的波形分离电路包括四个模拟开关，四个模拟开关的电信号输入端分别接探头采集的体液电导测量信号，模拟开关一、二的时钟信号输入端分别接信号激励源输出的正时钟，模拟开关三、四的时钟信号输入端分别接信号激励源输出的负时钟，使得探头采集的体液电导测量信号在交流信号的正半周时通过模拟开关一、二，在负半周时通过模拟开关三、四。

本实用新型的波形合成电路包括缓冲器一、二和偏置比较电路，所述的缓冲器一的信号输入端作为波形合成电路的输入接模拟开关一、三的信号输出端，缓冲器二的信号输入端作为波形合成电路的另一输入接模拟开关二、四的信号输出端，缓冲器一、二用于对分离开的交流小信号即体液电导测量信号的波形进行耦合合成，缓冲器一、二的信号输出端均与偏置比较电路的信号输入端相连，所述的偏置比较电路的信号输出端作为波形合成电路的输出即传感器的输出，输出体液导电性信号。

本实用新型的缓冲器一、二均采用运放跟随器，优选轨至轨运放跟随器。

本实用新型的偏置比较电路采用加偏置的比较器。

本实用新型的传感器探头采用导体材料，导体材料能够采用医用不锈钢片，柔性电极电路板，导电聚合物或导电纳米材料；传感器探头的内表面具有表面活性剂，外表面镀有用于防腐的铬层。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的体液导电性传感器能够获取体液(唾液、汗液、尿液)导电性变化的数据信息，根据前述信息可有效地获取对应的女性受排卵周期影响的体液(唾液、汗液、尿液)离子浓度变化情况，从而反应出女性排卵状况。

本实用新型的传感器可实现基于女性排卵期人体体液(唾液、汗液、尿液)离子浓度变化的原理测试排卵生理周期的方法。而通过此方法测得的数据准确率较目前常用的基础体温测试法、唾液结晶观察法、宫颈粘液观察法更高，并且可以提前5--7天左右预测排卵日，这也是目前市场上能最早并准确预测排卵日的方法。

本实用新型的传感器可根据测试体液种类和测试部位的需要，设计成各种形态；该传感器的制作成本低，易于产业化，具有很好的市场前景。

本实用新型的模拟调理电路包括低通滤波器、波形分离电路和波形合成电路，模拟调理电路通过分析人体的微弱体液电导性，安全精确地测量人体生理的特征变化，此传感器测量要求，被测试者在每天的活动开始之前进行测量。

本实用新型的波形分离电路中，由于从探头传感器返回的体液电导信号与信号激励源即交流信号是同相位的，因此在探头采集的体液电导测量信号在交流信号的正半周时通过模拟开关一、二，在负半周时通过模拟开关三、四。这样能够有效分离体液电导信号的正负半周，分别进行波形处理，结果准确性高；在之后的波形合成电路中，使用缓冲器隔离数模转换接口，以便使数模转换接口的输入电阻影响降到最小，另外波形分离电路中模拟开关产生的正负体液电导测量信号通过两个缓冲器耦合然后通过比较器形成完整周期的体液电导测量信号，此方法能够将人体体液电导的微弱信号进行精确的放大及定量与测量。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是本实用新型的信号激励源的原理框图。

图3是本实用新型的模拟调理电路的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一种体液导电性传感器，它包括信号激励源、模拟调理电路和传感器探头；

所述的信号激励源用于产生可通过人体的标准交流信号和同步正、负时钟信号，信号激励源的交流信号输出端与传感器探头相连，作为激励通过传感器探头输入人体，信号激励源的同步正、负时钟信号与模拟调理电路的对应时钟信号输入端相连；所述的标准交流信号，包括标准正弦波、方波和三角波；交流信号发生器产生500Hz以上的交流波形，幅值为100mV—1V。

所述的模拟调理电路接收信号激励源的同步正、负时钟信号，并对传感器探头采集的体液电导测量信号进行处理输出体液模拟电压信号即体液导电性信号；(调理信号的输入即标准交流信号可以为2kHz的正弦波信号，幅值为700mV，从传感器探头返回的信号为与正弦波同相的阻抗信号)

具体实施时：

信号激励源：为了减小人体体液(唾液、汗液、尿液)对传感器探头的腐蚀及损坏，在信号激励源上，必须采用能通过人体的低压交流小信号。人体体液(唾液、汗液、尿液)导电性传感器采用自产生的信号发生电路，对信号进行相应的限流和稳幅操作，并将此信号作为模拟调理电路的时钟对从传感器探头返回的电信号进行处理。为了避免人体粘膜表面的电解质变化，应采用500Hz以上的波形；为了减小探头的腐蚀，应采用交流信号，此处采用正弦波信号为例；为了安全地让电流通过人体粘膜表面，应采用限幅的小信号，此处通过人体的电流小信号不超过0.5mA。

模拟调理电路：模拟调理电路的主要功能有：低通滤波电路，波形分离和波形合成等。

模拟调理电路还包括浓度范围标定模块，该模块串接在低通滤波电路的前端，包括TVS限幅电路，开路放大测定电路及短路放大测定电路：通过大量抽样样本得出的正常人体体液(唾液、汗液、尿液)导电性变化范围，对传感器返回的信号进行标定，以便对非正常测试方法进行硬件排除。(硬件范围标定即传感器短路状态的测量值与断路状态的测量值的范围。可测范围为0-2048，人体正常范围估计值为300-2000)

低通滤波电路：通过低通滤波电路，即二阶巴特沃斯低通滤波器进行滤波处理，以便高速模数转换时，减少噪声转换值对测量值的影响。

波形分离电路：通过波形分离电路即为硬件电路的第一部分，主要用于在进入模数转换器前对测试部位返回的交流小信号进行正负半周处理。

信号激励源既作为通过人体的信号源又作为波形分离电路部分的时钟源，以保证对波形变换时的相位不变。图中的低延迟反相器可以使用CMOS集成反相器，比如74HC04。探头返回的测量电导信号分别通过模拟开关一、二、三、四，其中模拟开关一、二使用正时钟控制，三、四使用负时钟控制，这样处理后测量的电导信号在正半周时通过模拟开关一、二，在负半周时通过模拟开关三、四，之后通过波形合成电路完成波形的处理。

波形合成：通过波形合成电路即为硬件算法电路的第二部分，主要用于对分离开的交流小信号的处理过的波形进行耦合合成，最终给后级模数转换器进行数据采集。

波形合成部分主要是对分离之后的正负分别通过加偏置的缓冲器，然后进行比较输出。缓冲器可以使用轨至轨运放跟随器，比较电路即为加偏置的比较器。

经过以上步骤和方法处理后的波形，能输出采集到的体液模拟电压信号作为体液导电性信号；最准确和直观地反应体液导电性水平。

传感器探头：传感器探头使用医用不锈钢片，内表面使用特殊的助焊剂及表面活性剂，并在外表面镀膜等，用于防腐蚀。

三个部分集成在一个模块，形成一个人体体液(唾液、汗液、尿液)导电性传感器，可通过对外接口将可供模数转换器转换的数据信号直接传递出去。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种体液导电性传感器，其特征是它包括信号激励源、模拟调理电路和传感器探头；

所述的信号激励源用于产生可通过人体的标准交流信号和同步正、负时钟信号，信号激励源的交流信号输出端与传感器探头相连，作为激励通过传感器探头输入人体，信号激励源的同步正、负时钟信号与模拟调理电路的对应时钟信号输入端相连；

所述的模拟调理电路接收信号激励源的同步正、负时钟信号，并对传感器探头采集的体液电导测量信号进行处理输出体液模拟电压信号即体液导电性信号。

2.根据权利要求1所述的体液导电性传感器，其特征是所述的信号激励源包括交流信号发生器、限流电路、稳幅电路和低延迟反相器，所述的交流信号发生器产生标准交流信号，其信号输出端依次经过限流电路和稳幅电路，之后通过传感器探头输出，所述的交流信号发生器产生的交流信号亦作为正时钟信号输出至模拟调理电路的正时钟信号输入端，交流信号发生器产生的交流信号亦作为正时钟信号输出至低延迟反相器的信号输入端，低延迟反相器的信号输出端输出负时钟信号至模拟调理电路的负时钟信号输入端。

3.根据权利要求2所述的体液导电性传感器，其特征是所述的标准交流信号，包括标准正弦波、方波和三角波。

4.根据权利要求1所述的体液导电性传感器，其特征是所述的模拟调理电路包括低通滤波器、波形分离电路和波形合成电路，所述的低通滤波电路的一端作为模拟调理电路的输入接探头采集的体液电导测量信号，滤波后的体液电导测量信号输入波形分离电路的对应信号输入端，波形分离电路的时钟信号输入端与信号激励源的对应正、负时钟信号输出端相连，波形分离电路的输出端与波形合成电路的信号输入端相连，波形合成电路的输出作为模拟调理电路的输出输出体液导电性信号。

5.根据权利要求4所述的体液导电性传感器，其特征是所述的低通滤波器采用二阶低通滤波器，优选二阶巴特沃斯低通滤波器。

6.根据权利要求4所述的体液导电性传感器，其特征是所述的波形分离电路包括四个模拟开关，四个模拟开关的电信号输入端分别接探头采集的体液电导测量信号，模拟开关一、二的时钟信号输入端分别接信号激励源输出的正时钟，模拟开关三、四的时钟信号输入端分别接信号激励源输出的负时钟，

使得探头采集的体液电导测量信号在交流信号的正半周时通过模拟开关一、二，在负半周时通过模拟开关三、四。

7.根据权利要求4所述的体液导电性传感器，其特征是所述的波形合成电路包括缓冲器一、二和偏置比较电路，所述的缓冲器一的信号输入端作为波形合成电路的输入接模拟开关一、三的信号输出端，缓冲器二的信号输入端作为波形合成电路的另一输入接模拟开关二、四的信号输出端，缓冲器一、二用于对分离开的交流小信号即体液电导测量信号的波形进行耦合合成，缓冲器一、二的信号输出端均与偏置比较电路的信号输入端相连，所述的偏置比较电路的信号输出端作为波形合成电路的输出即传感器的输出，输出体液导电性信号。

8.根据权利要求7所述的体液导电性传感器，其特征是所述的缓冲器一、二均采用运放跟随器，优选轨至轨运放跟随器。

9.根据权利要求7所述的体液导电性传感器，其特征是所述的偏置比较电路采用加偏置的比较器。

10.根据权利要求1所述的体液导电性传感器，其特征是所述的传感器探头采用导体材料，导体材料能够采用医用不锈钢片，柔性电极电路板，导电聚合物或导电纳米材料；传感器探头的内表面具有表面活性剂，外表面镀有用于防腐的铬层。