CN208768288U - 心肺拾音装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种心肺拾音装置，用以提取心肺音信号，包括：压电薄膜传感器，用以感测心肺音信号并输出电荷信号；电荷放大模块，与所述压电薄膜传感器相连接并用以将电荷信号转化成电压信号；信号处理模块，用于与所述电荷放大模块相连接并输出处理信号，且所述信号处理模块包括用以对电压信号进行滤波的滤波模块及用以对电压信号进行放大的放大模块；输出模块，用以与所述信号处理模块相连接并将处理信号转化为音频信号以进行实时播放。通过压电薄膜传感器对心肺音进行检测，从而极大减少了心肺音检测过程中的环境噪声干扰，并且通过与电荷放大器进行配合，可减少压电薄膜传感器周围的电荷泄露，进一步提升本实用新型心肺拾音装置的声音保真度。

Description

心肺拾音装置

技术领域

一种心肺拾音装置，特别是一种提取声音高保真的心肺拾音装置。

背景技术

随着现代科技的不断发展，医生所采用的医疗设备也在不断的改进。医生所使用的传统听诊器因为声音的一过性，往往无法准确的分析患者健康状况而只能依靠医生的经验判断，但是由现代电子技术发展出来的电子听诊器具有提取声音并保存记录以利于分析研究的优点。电子听诊器利用电子技术放大身体听诊部位的声音，克服了噪音高的问题。电子听诊器转化拾取声波的电信号，然后进行放大和处理，以获得较好的听诊效果。

但是，现有的电子听诊器很容易受到环境噪音的干扰，而且心肺音主要集中在低频段，信号幅度又小，很容易出现拾音不稳定、噪音太大的问题。

因此，必须设计一种不容易受到干扰且声音保真度高的心肺拾音装置。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种心肺拾音装置，用以提取心肺音信号，包括：压电薄膜传感器，用以感测心肺音信号并输出电荷信号；电荷放大模块，与所述压电薄膜传感器相连接并用以将电荷信号转化成电压信号；信号处理模块，用于与所述电荷放大模块相连接并输出处理信号，且所述信号处理模块包括用以对电压信号进行滤波的滤波模块及用以对电压信号进行放大的放大模块；输出模块，用以与所述信号处理模块相连接并将处理信号转化为音频信号以进行实时播放。

作为本实用新型的进一步改进，所述压电薄膜传感器具有上电极及下电极，并且所述压电薄膜传感器受到外力后，上电极和下电极之间产生电荷信号。

作为本实用新型的进一步改进，所述电荷放大模块包括第一运算放大器、连接于第一运算放大器负输入端及输出端之间的反馈电容，所述第一运算放大器的负输入端及正输入端与所述压电薄膜传感器的上电极及下电极分别电性连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述放大模块包括两个级联的第一运算放大电路及第二运算放大电路。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二运算放大电路包括第四运算放大器及单刀双掷开关；所述单刀双掷开关的输入端通过第十一电阻与第四运算放大器的负输入端相连接，所述单刀双掷开关的第一输出端通过第十二电阻与第四运算放大器的输出端相连接，所述单刀双掷开关的第二输出端通过第十五电阻与第四运算放大器的输出端相连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述经过所述滤波模块滤波后的处理信号的频率在20Hz至2000Hz之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述滤波模块包括用以过滤低频电压信号的高通滤波模块及用于过滤高频电压信号的低通滤波模块。

作为本实用新型的进一步改进，所述低通滤波模块由两个二阶低通滤波电路级联而成。

作为本实用新型的进一步改进，所述心肺拾音装置还包括存储模块，且与所述输出模块相连接用以存储音频信号。

作为本实用新型的进一步改进，所述输出模块包括用以将处理信号转换成音频信号的信号转化模块以及音频播放模块，所述音频播放模块包括可移动终端和/或音频外放设备。

本实用新型的有益效果：通过压电薄膜传感器对心肺音进行检测，从而极大减少了心肺音检测过程中的环境噪音干扰，并且通过与电荷放大器进行配合，可减少压电薄膜传感器周围的电荷泄露，进一步提升本实用新型心肺拾音装置的声音保真度。

附图说明

图1为本实用新型心肺拾音装置的流程示意图；

图2为本实用新型电荷放大模块及高通滤波模块的电路图；

图3为本实用新型放大模块的电路图；

图4为本实用新型低通滤波模块的电路图。

具体实施例

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

此外，在不同的实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本实用新型，不代表所讨论的不同实施例或结构之间具有任何关联性。

如图1至4所示，本实用新型提供了一种心肺拾音装置，所述心肺拾音装置用以接收心肺音信号。心肺音即为心音、肺音，心肺音的能量主要集中在低频段，尤其是肺音信号幅度相对心音更小，因此就对心肺拾音装置的声音保真度具有较高的要求。

如图1所示，本实用新型中的心肺拾音装置具体包括：

压电薄膜传感器，用以感测心肺音信号并输出电荷信号；

电荷放大模块，与所述压电薄膜传感器相连接并用以将电荷信号转化成电压信号；

信号处理模块，用于与所述电荷放大模块相连接并输出处理信号，且所述信号处理模块包括用以对电压信号进行滤波的滤波模块及用以对电压信号进行放大的放大模块；

输出模块，用以与所述信号处理模块相连接并将处理信号转化为音频信号以进行实时播放。

从而，所述压电薄膜传感器可将心肺音的振动感测到，并通过电荷放大模块对电荷信号进行处理，经过一系列的放大滤波等处理后，再最终进行实时播放。从而，通过采用压电薄膜传感器和电荷放大模块的配合，可使得对心肺音的声音拾取高保真。

具体的，所述压电薄膜传感器具有上电极和下电极，并且所述压电薄膜传感器受到外力后，上电极和下电极之间产生电荷。所述压电薄膜传感器所产生的电荷信号与该压电薄膜传感器拉伸或弯曲的形变呈一定比例，并且压电薄膜传感器对动态应力非常敏感。由于压电薄膜传感器厚度很薄且质量较轻，柔性大，因此可以广泛的应用于医用传感器中。

如图2所示，所述电荷放大模块包括第一运算放大器U₁、连接于第一运算放大器U₁负输入端及输出端之间的反馈电容C₁，所述第一运算放大器U₁的负输入端及正输入端与所述压电薄膜传感器的上电极及下电极分别电性连接。具体的，所述第一运算放大器U₁的负输入端通过第一电阻R₁与压电薄膜传感器的上电极连接，第一运算放大器U₁的正输入端通过第三电阻R₃与压电薄膜传感器的负电极连接。

众所周知的是，所述电荷放大模块的输出电压U_O1由反馈电容C₁决定，而不是输入电容。具体的，

Q为电荷放大模块输入端的电荷。从而，电荷放大模块的输出电压U₀₁与电缆电容等无关，从而可大大减小由传感器周围的寄生电容所造成的电荷泄露。

在本实用新型中，所述电荷放大模块所采用的第一运算放大器U₁为OPA301放大芯片。具体的，该第一运算放大器U₁具有高输入阻抗及低偏置电流，从而可避免了在反馈电容C₁上电荷的泄露，也可防止反馈电容C₁过度充放电。

进一步的，所述电荷放大模块还包括第二电阻R₂，所述第二电阻R₂并联在反馈电容C₁的两端，从而可帮助反馈电容C₁实现充电放大。并且该第二电阻R₂的阻值较高，因而可提供较好的信噪比。在本具体实施方式中，所述第二电阻R₂的阻值为100MΩ。

如图2所示，所述电荷放大模块还包括第二电容C₂和第四电阻R₄，所述第二电容C₂和第四电阻R₄的一端与所述第一运算放大器U₁的正输入端相连接，另一端则接半电源。因此，总体来说，所述第一运算放大器U₁采用差分输入的形式，从而能够抑制共模干扰并且能完全吸收由压电薄膜传感器接触振动所产生的电荷信号，并转换成电压信号进行输出。需要说明的是，上述所述半电源是指输入电源的一半的值，具体的，在图2中，所述第一运算放大器U1接入电源VSS，则上述所述第二电容C₂和第四电阻R₄的另一端所接入的VEE的值即为VSS的一半，例如假设VSS的值为3V，则VEE的值即为1.5V。

如上述所述，所述信号处理模块包括滤波模块及放大模块，具体的，所述滤波模块包括用以过滤低频电压信号的高通滤波模块及用于过滤高频电压信号的低通滤波模块。在本具体实施方式中，所述电荷放大模块输出的电压信号先经过高通滤波模块，再经过放大模块，再经过低通滤波模块。以下进行具体分析。

所述高通滤波模块可过滤掉20Hz以下的、人耳无法听到的次声。具体的，如图2所示，所述高通滤波模块包括第二运算放大器U₂、第三电容C₃、第四电容C₄、第五电阻R₅及第六电阻R₆。具体的，所述第二运算放大器U₂的正输入端通过第六电阻R₆接半电源，并同时通过第四电容C₄、第三电容C₃与第一运算放大器U₁的输出端连接；所述第四电容C₄与第三电容C₃连接的一端通过第五电阻R₅与第二运算放大器U₂的输出端相连接；所述第二运算放大器U₂的负输入端连接至第二运算放大器U₂的输出端。

通过上述设置，可将所述高通滤波模块的截至频率设置在20Hz。并且，由于所述心肺拾音装置需要有便携性，从而电池供电的电压较低，导致了电荷放大模块的放大不足、高频信号成分削峰等问题。但是，通过在电荷放大模块后连接上述所述的高通滤波模块，即可扩大动态范围，减少上述问题的发生。

如图3所示，所述放大模块包括两个级联的第一运算放大电路及第二运算放大电路。通过两个级联的运算放大电路可改善单级运算放大所述产生的相位滞后。

具体的，所述第一运算放大电路包括第七电阻R₇、第八电阻R₈、第九电阻R₉及第三运算放大器U₃。所述第三运算放大器U₃的正输入端接半电源，负输入端通过第七电阻R₇与第二运算放大器U₂的输出端相连接，并且，所述第八电阻R₈和第九电阻R₉相串联且连接于第三运算放大器U₃的负输入端和输出端之间。因此，所述第三运算放大器U₃的输出电压U₀₂的值为：

其中，U_i2为高通滤波电路的输出电压即第二运算放大器U₂的输出电压。

所述第二运算放大电路则包括第四运算放大器U₄及单刀双掷开关S₁。所述单刀双掷开关S₁的输入端通过第十一电阻R₁₁与第四运算放大器U₄的负输入端相连接，所述单刀双掷开关S₁的第一输出端通过第十二电阻R₁₂与第四运算放大器U₄的输出端连接，所述单刀双掷开关S₁的第二输出端通过第十五电阻R₁₅与第四运算放大器U₄的输出端相连接，从而，所述单刀双掷开关S₁可选择性的连通第十二电阻R₁₂或第十五电阻R₁₅，所述第十二电阻R₁₂和第十五电阻R₁₅的阻值不相同，从而改变第二运算放大电路的放大倍数。

另外，所述第四运算放大器U₄正输入端接半电源，负输入端还通过第十电阻R₁₀与第三运算放大器U₃的输出端相连接。因此，当所述单刀双掷开关S₁选择与第十二电阻R₁₂连通时，所述第四运算放大器U₄的输出电压U₀₃为：

当所述单刀双掷开关S₁选择与第十五电阻R₁₅连通时，所述第四运算放大器U₄的输出电压U_03’为：

上述公式3及公式3’中，所述U_i3均为第一运算放大电路的输出端即第三运算放大器U₃的输出端电压。因此，所述第二运算放大电路可通过单刀双掷开关S₁改变导通的线路，从而可灵活实现不同心肺音的放大倍数。

所述低通滤波模块可过滤掉2000Hz以上的频率，从而过滤掉除心肺音以外的高频干扰。具体的，所述低通滤波模块由两个二阶低通滤波电路级联而成。

从图4中可看出，所述低通滤波模块包括第一二阶低通滤波电路和第二二阶低通滤波电路。所述第一二阶低通滤波电路包括第五运算放大器U₅。所述第五运算放大器U₅的正输入端通过第十三电阻R₁₃和第十四电阻R₁₄与第四运算放大器U₄的输出端相连接，且通过第九电容C₉接地；所述第五运算放大器U₅的负输入端连接至输出端；所述第十三电阻R₁₃与第十四电阻R₁₄连接的一端通过第七电容C₇连接至第五运算放大器U₅的输出端。

相同的，所述第二二阶低通滤波电路包括第六运算放大器U₆。所述第六运算放大器U₆的正输入端通过第十七电阻R₁₇、第十八电阻R₁₈连接至所述第五运算放大器U₅的输出端，并通过第十四电容C₁₄接地；所述第六运算放大器U₆的负输入端连接至输出端；所述第十七电阻R₁₇与第十八电阻R₁₈相连接的一端通过第十三电容C₁₃连接至第六运算放大器U₆的输出端。

因此，通过第一二阶低通滤波电路和第二二阶低通滤波电路的配合，从而组成了四阶低通滤波。

所述心肺拾音装置还包括存储模块，并且与所述输出模块相配合以存储音频信号。从而，所述输出模块所输出的音频信号不仅可以实时播放，也可通过存储模块进行存储，从而可进行回放分析。

具体的，所述输出模块包括用以将处理信号转化成音频信号的信号转化模块及音频播放模块，所述音频播放模块包括可移动终端和/或音频外放设备。

所述信号转化模块对处理信号进行ADC模数转换、数字信号处理、再经过DAC数模转化成音频信号以让音频播放模块进行实时的外放输出。进一步的，所述可移动终端和所述音频外放设备均可进行外放输出，在本具体实施方式中，所述外放设备为耳机，所述可移动终端为手机，所述输出模块输出的音频信号可通过蓝牙/无线网络等方式传递至手机中。

因此，上述所述的存储模块也可直接设置于手机中，以对音频信号进行存储，从而手机即可通过蓝牙/无线网络等方式实现实时的信号传输及实时的音频播放，也可通过手机本身具有的存储功能对音频信号进行存储，从而可实现回放分析的功能。进一步的，手机还具有社交通信的功能，从而可将该心肺音音频信息发送至其他医生或医疗结构，以进行专家会诊、远程诊断等，为互联网医疗、远程医疗提供良好的基础。

因此，综上所述，本实用新型的心肺拾音装置首先通过差分输入的电荷放大电路和压电薄膜相配合，以实现较高的信噪比；并且通过两个级联的第一运算放大电路和第二运算放大电路进行信号的放大，且能够防止相位滞后的问题，并且第二运算放大电路中采用单刀双掷开关S₁，从而灵活的改变放大倍数，以得到最优的信号；最后，通过可移动终端和所述音频外放设备的使用，既可以实现实时播放和存储的功能，并且也可为互联网医疗、远程医疗提供良好的基础。

应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施例。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的具体说明，并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种心肺拾音装置，用以提取心肺音信号，其特征在于，包括：

压电薄膜传感器，用以感测心肺音信号并输出电荷信号；

电荷放大模块，与所述压电薄膜传感器相连接并用以将电荷信号转化成电压信号；

信号处理模块，用于与所述电荷放大模块相连接并输出处理信号，且所述信号处理模块包括用以对电压信号进行滤波的滤波模块及用以对电压信号进行放大的放大模块；

输出模块，用以与所述信号处理模块相连接并将处理信号转化为音频信号以进行实时播放。

2.根据权利要求1所述的心肺拾音装置，其特征在于,所述压电薄膜传感器具有上电极及下电极，并且所述压电薄膜传感器受到外力后，上电极和下电极之间产生电荷信号。

3.根据权利要求2所述的心肺拾音装置，其特征在于,所述电荷放大模块包括第一运算放大器、连接于第一运算放大器负输入端及输出端之间的反馈电容，所述第一运算放大器的负输入端及正输入端与所述压电薄膜传感器的上电极及下电极分别电性连接。

4.根据权利要求1所述的心肺拾音装置，其特征在于，所述放大模块包括两个级联的第一运算放大电路及第二运算放大电路。

5.根据权利要求4所述的心肺拾音装置，其特征在于,所述第二运算放大电路包括第四运算放大器及单刀双掷开关；所述单刀双掷开关的输入端通过第十一电阻与第四运算放大器的负输入端相连接，所述单刀双掷开关的第一输出端通过第十二电阻与第四运算放大器的输出端相连接，所述单刀双掷开关的第二输出端通过第十五电阻与第四运算放大器的输出端相连接。

6.根据权利要求1所述的心肺拾音装置，其特征在于，所述经过所述滤波模块滤波后的处理信号的频率在20Hz至2000Hz之间。

7.根据权利要求1所述的心肺拾音装置，其特征在于，所述滤波模块包括用以过滤低频电压信号的高通滤波模块及用于过滤高频电压信号的低通滤波模块。

8.根据权利要求7所述的心肺拾音装置，其特征在于,所述低通滤波模块由两个二阶低通滤波电路级联而成。

9.根据权利要求1所述的心肺拾音装置，其特征在于，所述心肺拾音装置还包括存储模块，且与所述输出模块相连接用以存储音频信号。

10.根据权利要求1所述的心肺拾音装置，其特征在于,所述输出模块包括用以将处理信号转换成音频信号的信号转化模块以及音频播放模块，所述音频播放模块包括可移动终端和/或音频外放设备。