CN204708880U - 小型智能超声波探测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种小型智能超声波探测仪,包括壳体，壳体内设有电路板及超声波探头，电路板上设有驱动超声波探头的驱动电路，超声波探头在驱动电路的驱动下间隔地发出超声波信号，且壳体内设有向超声波探头供电的电源模块，其中，壳体内还设有用于接收超声波探头输出的信号的控制器，并根据超声波探头接收到的从第一表面反射的超声波信号以及从第二表面反射的超声波信号计算第一表面与第二表面之间的距离，电路板上还设有接收控制器输出的信号的无线信号发射模块，用于将收的信号发射出去。本实用新型提供的小型智能超声波探测仪可以方便地探测人体心跳频率、呼吸频率等健康参数，且操作简单，体积小，携带方便。

Description

小型智能超声波探测仪

技术领域

本实用新型涉及超声波仪器领域，尤其是涉及一种可用于探测心跳频率及呼吸频率等信息的小型智能超声波探测仪。

背景技术

随着人们生活水平的提高，人们对生活质量也有较高的要求，如对健康质量的要求也越来越高。人们现在使用大量轻便式可以自行监控身体健康数据的仪器，如血压计、体温计、血糖检测仪等，这些小型化的设备可以检测人体当前的健康参数，以便于人们判断身体是否出现异常。

然而，人们对心跳频率以及呼吸频率检测仍依赖于大型的医疗设备，通常，人们通过心电图来判断心跳是否异常，如判断心率是否过高、是否出现跳动异常的情况。如判断呼吸的情况，通常需要使用拾音器来获取肺部活动的声音并由此判断呼吸是否异常。由于当前检测心跳频率、呼吸频率的设备体积较大，并且难以由用户自行操作、使用，导致人们无法利用这些设备监测自己的心跳频率、呼吸频率等健康参数。

超声波探测仪是一种通过发出超声波信号并根据接收到的超声波信号计算被测物体距离的一种探测仪，已经被广泛应用在各种需要测量距离的场合中。

发明内容

本实用新型的主要目的是提供一种可以检测人体心跳频率或者呼吸频率的小型智能超声波探测仪。

为了实现上述的主要目的，本实用新型提供的小型智能超声波探测仪包括壳体，壳体内设有电路板及超声波探头，电路板上设有超声波探头以及驱动超声波探头的驱动电路，超声波探头在驱动电路的驱动下间隔地发出超声波信号，且壳体内设有向超声波探头供电的电源模块，其中，壳体内还设有用于接收超声波探头输出的信号的控制器，并根据超声波探头接收到的从第一表面反射的超声波信号以及从第二表面反射的超声波信号计算第一表面与第二表面之间的距离，电路板上还设有无线信号发射模块，用于将接收的信号发射出去。

由上述方案可见，超声波探头发出的超声波信号入射到第一表面，如人体胸腔前壁后反射，且功率衰减后的超声波信号入射到第二表面，如心脏表面后反射，通过计算从第一表面与第二表面反射回来的超声波信号的时间可以计算出第一表面与第二表面之间的距离。由于心脏跳动时，其表面与胸腔前壁之间的距离不断变化，通过间隔的发出超声波信号可以得到心脏表面与胸腔前壁之间的距离的变化曲线，通过曲线的周期性分析可以得到心跳频率等参数。

因此，使用本实用新型的小型智能超声波探测仪可以方便地检测人体心跳频率、呼吸频率等参数，方便人们实时获取自身的健康信息，且操作简单，只需要将小型智能超声波探测仪放置在胸前即可。

一个优选的方案是，超声波探头为一个，超声波探头用于发射超声波信号并接收反射的超声波信号。

由于超声波探头是间隔地发出超声波信号，因此可以使用同一个超声波探头既发出超声波信号，又接收超声波信号，进而减少使用超声波探头的数量，在降低小型智能超声波探测仪的生产成本的同时又能减小体积，方便人们携带使用。

一个可选的方案是，超声波探头包括一个超声波发射探头以及一个超声波接收探头，驱动电路向超声波发射探头输出驱动信号，控制器接收超声波接收探头输出的信号。

可见，在电路板上设置两个超声波探头，一个用于发射超声波信号，另一个用于接收超声波信号，这样可以增加超声波信号的次数，单位时间内可以获取更多的数据，得到的心脏表面位移曲线更加精确。

进一步的方案是，电路板上设有二组以上超声波探头，多组超声波探头朝向不同的方向设置。

由此可见，通过设置朝向不同方向的超声波探头，有利于小型智能超声波探测仪从不同的方向发出超声波信号，即使小型智能超声波探测仪晃动也能检测到心率、呼吸频率等参数。

更进一步的方案是，壳体的上端设有挂环或者挂钩。这样，小型智能超声波探测仪可以方便地挂在胸前，使用非常方便，也方便人们携带。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构框图。

图2是应用本实用新型实施例的探测心脏表面距离第一状态下的示意图。

图3是图2所示状态下超声波发射探头所发射的超声波信号功率与超声波接收探头所接收的超声波信号功率的示意图。

图4是应用本实用新型实施例的探测心脏表面距离第二状态下的示意图。

图5是图4所示状态下超声波发射探头所发射的超声波信号功率与超声波接收探头所接收的超声波信号功率的示意图。

图6是心脏表面位移的曲线图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

本实用新型的小型智能超声波探测仪为可以挂在胸前的小型设备，并且通过发出超声波信号，根据反射的超声波信号来计算诸如心脏表面、肺部表面等于胸腔前壁之间的距离，由此获得心跳频率、呼吸频率等健康参数。

参见图1，本实施例的小型智能超声波探测仪具有壳体10，壳体10上设有一个挂环12，以便于使用挂绳穿过挂环12将小型智能超声波探测仪挂在胸前。当然，壳体10上也可以设置挂钩，也可以将挂绳穿过挂钩将小型智能超声波探测仪挂在胸前。

在壳体10内设有一块电路板11，电路板11上设有控制器13、驱动电路14，且壳体10内设有超声波发射探头15、超声波接收探头16、加速度传感器18以及蓝牙模块19，此外，壳体10上还设有USB接口20，USB接口20与控制器13电连接，并且可以与控制器13进行数据交换。当然，壳体10上可以设置一个或者两个以上的USB接口20。

此外，壳体10内还设有电源模块17，优选地，电源模块17为小型的可充电电池，并且向控制器13、驱动电路14以及超声波发射探头15、超声波接收探头16、加速度传感器18以及蓝牙模块19等多个模块供电。

控制器13为小型单片机或者逻辑可编程电路等具有运算功能的处理器，其向驱动电路14输出信号，从而控制超声波发射探头15工作。此外，控制器13还接收超声波接收探头16、加速度传感器18输出的信号。另外，控制器13还可以与蓝牙模块19进行通信，通过蓝牙模块19将数据以无线通信的方式发送出去。

驱动电路14接收控制器13的控制信号后，向超声波发射探头15输出驱动信号，从而驱动超声波发射探头15发出超声波信号。本实施例设置两个超声波探头，分别是超声波发射探头15以及超声波接收探头16，分别用于发射超声波信号以及接收反射回来的超声波信号。优选地，超声波发射探头15间隔地发出超声波信号，也就是超声波发射探头15并非连续地发出超声波信号。

当然，由于超声波信号并不是连续地发出，因此可以在电路板11上仅设置一个超声波探头，该探头既发出超声波信号，又接收超声波信号。超声波探头每次先发射一束超声波信号，待接收到返回的信号后，再发出下一束超声波信号。这样，电路板11上仅设置一个超声波探头，可以减少小型智能超声波探测仪的体积，并且降低生产成本。

加速度传感器18用于检测小型智能超声波探测仪的加速度，如携带小型智能超声波探测仪的使用者正在跑步时，可以通过加速度传感器18检测出使用者的状态。

蓝牙模块19作为本实施例的无线信号发射模块，用于将控制器13发出的信号以蓝牙信号的方式发射出去。当然，小型智能超声波探测仪的周边应该存在可以接收蓝牙信号的电子设备，如蓝牙手机、平板电脑等。这样，控制器13可以将计算出的心跳频率、呼吸频率等参数发送至蓝牙手机、平板电脑等设备上。

当然，小型智能超声波探测仪还可以设置诸如红外模块或WIFI模块或GPRS模块等可以实现无线通信的模块，这些模块均可以接收控制器13的信号，并且将接收的信号以无线通信方式发出。

下面结合图2至图6说明小型智能超声波探测仪的工作原理。如图2与图3所示，小型智能超声波探测仪挂在胸前并启动后，在t0时刻，由超声波发射探头15发出超声波信号L1，超声波信号L1入射到胸腔的前壁20后形成反射的超声波信号L2，超声波接收探头16在t1时刻接收到反射回来的超声波信号L2，且超声波信号L2的功率小于超声波信号L1的功率。

由于超声波信号能够穿过人体组织，因此超声波信号L1穿过胸腔前壁20后，继续入射到胸腔内部器脏表面，如入射到心脏表面21后并形成反射的超声波信号L3，超声波接收探头16在t2时刻接收到反射回来的超声波信号L3，且超声波信号L3的功率小于超声波信号L2的功率。并且，超声波接收探头16接收到超声波信号L2的时刻t1与接收到超声波信号L3的时刻t2之间的时间间隔为ΔT1。根据超声波信号传输速度以及时间间隔ΔT1可以计算出胸腔前壁20与心脏表面21之间的距离。

类似地，超声波信号L1穿过胸腔后壁22后形成反射的超声波信号L4，超声波接收探头16在t3时刻接收到反射回来的超声波信号L4，且超声波信号L4的功率小于超声波信号L3的功率。

由于心脏跳动的时候，心脏表面21与胸腔前壁20之间的距离将周期性地变化，如图4与图5所示，当心脏表面21与胸腔前壁20之间的距离变化后，在t10时刻超声波发射探头15发出的超声波信号L11入射到胸腔前壁20后形成反射的超声波信号L12，超声波接收探头16在t11时刻接收到超声波信号L12，超声波信号L12的功率小于超声波信号L11的功率。

相同地，超声波接收探头16分别在t12时刻、t13时刻接收到超声波信号L13、L14，超声波信号L13、L14分别是超声波信号入射到心脏表面21、胸腔后壁22后所形成的反射信号。从图5可见，超声波接收探头16接收到超声波信号L12的时刻t11与接收到超声波信号L13的时刻t12之间的间隔为ΔT2。根据超声波信号传输速度以及时间间隔ΔT2可以计算此时出胸腔前壁20与心脏表面21之间的距离。

由于人体心跳频率通常为每分钟80次至100次，因此可以设定超声波发射器15相邻两次发出超声波信号的时间间隔为0.1秒或者0.05秒，这样可以在心脏每个跳动周期内采集到多组胸腔前壁20与心脏表面21之间的距离的数据，以这些数据为基础形成时间轴上离散的多个点，如图6所示，可以得到胸腔前壁20与心脏表面21之间的距离随时间变化的数据。通过分析这些数据的周期性可以计算出心跳频率。

由于小型智能超声波探测仪采用超声波测距原理计算胸腔前壁20与心脏表面21之间的距离，控制器13采用常见的超声波测距计算方法即可以计算出胸腔前壁20与心脏表面21之间的距离，并且采用常见的周期性分析方法即可以计算出心跳频率。

控制器13可以将心跳频率的数据通过蓝牙模块19发送至智能手机、平板电脑等设备，智能手机、平板电脑等根据心跳频率的数据判断佩戴小型智能超声波探测仪的使用者心跳是否出现异常情况，并且在判断心跳出现异常时发出报警信号。

此外，控制器13也可以通过蓝牙模块19接收智能手机、平板电脑等发出的判断心跳频率不正常的信号，进而控制壳体上的报警装置发出报警信号。

小型智能超声波探测仪不但能够探测使用者的心跳频率，如超声波信号如收到肺部表面后也会形成反射的超声波，则小型智能超声波探测仪也能探测使用者的呼吸频率，其工作原理与上述描述的探测心跳频率的原理相同，不再赘述。

如使用者正处于跑步状态，心跳频率、呼吸频率较快，如此时发出报警信号则属于误报警。为了避免出现误报警的情况发生，可以在小型智能超声波探测仪内设置加速度传感器18，通过检测出使用者的加速度，从而判断使用者的是否处于跑步状态。如使用者处于跑步状态并且心跳频率、呼吸频率较快，则可以不发出报警信号，以避免出现误报警的情况。

本实用新型的小型智能超声波探测仪体积小，可以挂在胸前并快速、简单地检测出使用者心跳频率、呼吸频率等健康参数。

当然，上述实施例仅是本实用新型的优选的方案，实际应用时还可以有更多的变化，例如，电路板上设置多组超声波探头，不同组的超声波探头分别朝向不同的方向，这样，即使其中一组超声波探头不正对心脏、肺部，也可以通过另一组超声波探头检测正对心脏、肺部等器脏，从而精确地探测出心跳频率、呼吸频率等数据。又例如，小型智能超声波探测仪并不是计算心脏表面与胸腔前壁之间的距离，而是计算心脏表面与胸腔后壁之间的距离，也可以计算出心跳频率的数据。又例如，控制器13并不是将心跳频率的数据发送至智能手机，而是仅仅将心脏表面与胸腔前壁之间的距离的数据发送至智能手机，这些改变都可以实现对心跳频率、呼吸频率的探测。

最后需要强调的是，本实用新型不限于上述实施方式，如壳体外观形状的改变、设置在电路板上的无线信号发射模块的改变等变化也应该包括在本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.小型智能超声波探测仪，包括

壳体，所述壳体内设有电路板及超声波探头，所述电路板上设有超声波探头的驱动电路，所述超声波探头在所述驱动电路的驱动下间隔地发出超声波信号，且所述壳体内设有向所述超声波探头供电的电源模块；

其特征在于：

所述壳体内还设有用于接收所述超声波探头输出的信号的控制器，并根据所述超声波探头接收到的从第一表面反射的超声波信号以及从第二表面反射的超声波信号计算所述第一表面与所述第二表面之间的距离；

所述电路板上还设有接收所述控制器输出的信号的无线信号发射模块，用于将所接收的信号发射出去。

2.根据权利要求1所述的小型智能超声波探测仪，其特征在于：

所述超声波探头为一个，所述超声波探头用于发射超声波信号并接收反射的超声波信号。

3.根据权利要求1所述的小型智能超声波探测仪，其特征在于：

所述超声波探头包括一个超声波发射探头以及一个超声波接收探头，所述驱动电路向所述超声波发射探头输出驱动信号，所述控制器接收所述超声波接收探头输出的信号。

4.根据权利要求1至3任一项所述的小型智能超声波探测仪，其特征在于：

所述电路板上设有二组以上所述超声波探头，多组所述超声波探头朝向不同的方向设置。

5.根据权利要求1至3任一项所述的小型智能超声波探测仪，其特征在于：

所述壳体的上端设有挂环或者挂钩。

6.根据权利要求1至3任一项所述的小型智能超声波探测仪，其特征在于：

所述无线信号发射模块至少包括蓝牙模块或红外模块或WIFI模块或GPRS模块中的一个。

7.根据权利要求1至3任一项所述的小型智能超声波探测仪，其特征在于：

所述电源模块为可充电电池。

8.根据权利要求1至3任一项所述的小型智能超声波探测仪，其特征在于：

所述壳体上设有至少一个USB接口，所述USB接口与所述控制器电连接。

9.根据权利要求1至3任一项所述的小型智能超声波探测仪，其特征在于：

所述壳体内还设有加速度传感器，所述加速度传感器向所述控制器输出检测信号。