CN211325056U - 一种胸腹部呼吸运动信号采集调理电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种胸腹部呼吸运动信号采集调理电路涉及测控电路技术领域；该胸腹部呼吸运动信号采集调理电路包括压电陶瓷片、信号抗干扰电路、信号整形电路和电压缓冲器；通过压电陶瓷材料构成压力传感器采集胸腹部呼吸运动信号，通过信号抗干扰电路、信号整形电路有效剔除呼吸运动信号采集时由外围电路和环境因素引起的干扰，最终实现对胸腹部呼吸运动信号进行采集。
Description
技术领域
本实用新型涉及测控电路技术领域，具体涉及一种胸腹部呼吸运动信号采集调理电路。
背景技术
呼吸运动是降低人体胸腹部肿瘤放射治疗效果的主要影响因素，为了减少呼吸运动的影响，产生了例如赛博刀机器人等呼吸跟踪设备。虽然这类设备具有不错的呼吸运动补偿效果，但是由于设备价格昂贵，因此普及不够广泛。
为了避免使用价格昂贵的呼吸运动跟踪设备，发展了呼吸运动预测算法。这类算法通过采集呼吸运动历史数据，来对呼吸运动未来数据进行预测。卢晓光等人通过建立模型来对呼吸运动未来数据进行预测，并取得了一定的效果；欧阳斌等人采用了非参数回归的呼吸运动预测方法，能够充分利用历史数据间的耦合关系，进一步提高了预测精度；我们课题组樊琪和史领采用的高斯过程回归预测方法，以均值和方差的形式给出了呼吸预测统计结果，为呼吸运动预测提供了一种全新的技术手段。这些成果的产出都预示着呼吸运动预测方法将在胸腹部肿瘤放射治疗过程中起到重要作用。
无论是哪一种呼吸运动预测方法，其准确程度都非常依赖胸腹部呼吸运动历史数据的采集，然而，现阶段还没有一个针对该技术需求的产品出现。
实用新型内容
针对现有技术中缺少专门针对胸腹表面呼吸运动数据采集设备的问题，本实用新型设计了一种胸腹部呼吸运动信号采集调理电路，通过压电陶瓷材料构成压力传感器采集胸腹部呼吸运动信号，通过信号抗干扰电路、信号整形电路有效剔除呼吸运动信号采集时由外围电路和环境因素引起的干扰，最终实现对胸腹部呼吸运动信号进行采集。
本申请的目的是这样实现的：
一种胸腹部呼吸运动信号采集调理电路，包括压电陶瓷片、信号抗干扰电路、信号整形电路和电压缓冲器；
所述压电陶瓷片作为压力传感器的敏感元件，所述的压电陶瓷片与电容C1并联，A端通过电阻R1与电源连接，另一端接地；所述A端还连接用C2和C3背靠背串联组成的双极性耦合电容构成一个简单的隔离电路，实现对于干扰杂波的隔离；所述的电容C3一端与C2连接，另一端与通过与电阻R2连接后接地；
所述信号抗干扰电路包括运算放大器IC1a，所述的运算放大器IC1a同相输入端连接电容C3正极，运算放大器IC1a反相输入端与运算放大器IC1a输出端通过电容C4和电阻R4并联的支路连接；所述运算放大器IC1a输出端通过电阻R5与运算放大器IC1b同相输入端连接；所述运算放大器IC1b同相输入端和运算放大器IC1b输出端通过电阻R6连接；所述运算放大器IC1b的反相输入端通过滑动变阻器R11与R12和电源相连；
所述信号整形电路包括运算放大器IC1b和运算放大器IC1c，运算放大器IC1b输出端通过电容C5与运算放大器IC1c反相输入端连接；所述的运算放大器IC1c反相输入端串联电阻R9和二极管D2并联支路后接地；运算放大器IC1c同相输入端通过电容C6与运算放大器IC1c输出端连接，并且运算放大器IC1c同相输入端直接与运算放大器IC1c反相输入端相连；运算放大器IC1c输出端连接发光二极管D1和电阻R8串联后接地；
所述电压缓冲器包括运算放大器IC1d，运算放大器IC1d输出端通过电阻R10与运算放大器IC1c的同相输入端相连；运算放大器IC1d输出端与运算放大器IC1d反相输入端相连；所述的运算放大器IC1d输出端与滑动变阻器R11串联后接运算放大器IC1b；所述运算放大器IC1d输出端串联电阻R3后连接运算放大器IC1a反相输入端；所述运算放大器IC1d输出端串联电阻R2后接运算放大器IC1a同相输入端；所述运算放大器IC1d同相输入端通过R13与电源相连接；运算放大器IC1d同相输入端连接电阻R14和电容C6并联支路后接地。
有益效果：
本实用新型公开了一种胸腹部呼吸运动信号采集调理电路，通过压电陶瓷材料构成压力传感器采集胸腹部呼吸运动信号，通过信号抗干扰电路、信号整形电路有效剔除呼吸运动信号采集时由外围电路和环境因素引起的干扰，最终实现对胸腹部呼吸运动信号进行采集。
附图说明
图1是本实用新型一种胸腹部呼吸运动信号采集调理电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型具体实施方式作进一步详细描述。
本实施方式下的一种胸腹部呼吸运动信号采集调理电路，如图1所示。该胸腹部呼吸运动信号采集调理电路包括压电陶瓷片、信号抗干扰电路、信号整形电路和电压缓冲器；
所述压电陶瓷片作为压力传感器的敏感元件，所述的压电陶瓷片与电容C1并联，A端通过电阻R1与电源连接，另一端接地；所述A端还连接用C2和C3背靠背串联组成的双极性耦合电容构成一个简单的隔离电路，实现对于干扰杂波的隔离；所述的电容C3一端与C2连接，另一端与通过与电阻R2连接后接地；
所述信号抗干扰电路包括运算放大器IC1a，所述的运算放大器IC1a同相输入端连接电容C3正极，运算放大器IC1a反相输入端与运算放大器IC1a输出端通过电容C4和电阻R4并联的支路连接；所述运算放大器IC1a输出端通过电阻R5与运算放大器IC1b同相输入端连接；所述运算放大器IC1b同相输入端和运算放大器IC1b输出端通过电阻R6连接；所述运算放大器IC1b的反相输入端通过滑动变阻器R11与R12和电源相连；
所述信号整形电路包括运算放大器IC1b和运算放大器IC1c，运算放大器IC1b输出端通过电容C5与运算放大器IC1c反相输入端连接；所述的运算放大器IC1c反相输入端串联电阻R9和二极管D2并联支路后接地；运算放大器IC1c同相输入端通过电容C6与运算放大器IC1c输出端连接，并且运算放大器IC1c同相输入端直接与运算放大器IC1c反相输入端相连；运算放大器IC1c输出端连接发光二极管D1和电阻R8串联后接地；
所述电压缓冲器包括运算放大器IC1d，运算放大器IC1d输出端通过电阻R10与运算放大器IC1c的同相输入端相连；运算放大器IC1d输出端与运算放大器IC1d反相输入端相连；所述的运算放大器IC1d输出端与滑动变阻器R11串联后接运算放大器IC1b；所述运算放大器IC1d输出端串联电阻R3后连接运算放大器IC1a反相输入端；所述运算放大器IC1d输出端串联电阻R2后接运算放大器IC1a同相输入端；所述运算放大器IC1d同相输入端通过R13与电源相连接；运算放大器IC1d同相输入端连接电阻R14和电容C6并联支路后接地。
其工作原理在于：
首先，呼吸信号采集电路中压电陶瓷片Y1作为胸腹带上压力传感器的敏感元件，感受由胸腹部起伏对胸腹带的压力，压电陶瓷片Y1则将其转换为电信号。由于呼吸一般在16次/分~20次/分之间，因此经压力传感器检测采集到并转换得到的电信号频率就非常低。为了防止信号因外界高频信号干扰而使检测结果有误，信号就必须先进行低通滤波，以便滤出绝大部分的高频干扰。电路中采用电阻R1和电容C1来完成滤除高频干扰的任务。
然后，由于会遇到强烈外界因素干扰。为了避免扰，电路中设计使用电容C2、 C3背靠背串联组成的双极性耦合电容构成一个简单的隔离电路，从而实现了对于干扰信号的隔离。此外，为了防止前面对于高频干扰滤除的不够彻底，电路中还设计连接了由运算放大器IC1a、电阻R4、电容C4组成的低通滤波器电路，以便进一步滤除干扰，同时将前面的信号放大。
经前面处理得到的信号为叠加有噪声的脉冲正弦波，接下来对这个信号经过整形。先是通过运算放大器IC1b将正弦波转换成方波。利用R11可以实现将比较器的阈值调定在正弦波的幅值范围之内的目的。接下来，从运算放大器IC1b的输出端输出的方波信号经电容C5、电阻R10构成的微分电路，进行微分处理后将成为正负相间的尖脉冲。为了稳定脉冲的输出，将此脉冲输入到运算放大器IC1c即单稳多谐振荡器的反相输入端，并利用单稳多谐振荡器的输出来作为后极工作的实际使用脉冲。
运算放大器IC1c是单稳多谐振荡器，在工作时，凡有输入信号时，它会在输入信号后沿到来时输出高电平，从而使C6通过R9充电。运算放大器IC1c的同相输入端的电位会因D1充电电流减小而降低，当此电位低于反相输入端的电位时，单稳多谐振荡器就将改变状态并再次输出低电平。这个脉冲时间是与呼吸频率同步的，这种脉冲在电路工作时是与红色发光二极管D3的闪烁情况相对应的。
经过单稳多谐振荡器之后的脉冲就是后面单片机控制电路所需的实际脉冲，通过R7送到单片机，就可实现后面的计数和显示了。
IC1a、IC1b、IC1c工作所需的电源电压，在电路中是通过R14、R15对电源分压并经IC1d缓冲而得到的。这样的设置，就使得即使电池电压降低到，本电路也能实现正常工作。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的得同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (1)
1.一种胸腹部呼吸运动信号采集调理电路，其特征在于，包括压电陶瓷片、信号抗干扰电路、信号整形电路和电压缓冲器；
所述压电陶瓷片作为压力传感器的敏感元件，所述的压电陶瓷片与电容C1并联，A端通过电阻R1与电源连接，另一端接地；所述A端还连接用C2和C3背靠背串联组成的双极性耦合电容构成一个简单的隔离电路，实现对于干扰杂波的隔离；所述的电容C3一端与C2连接，另一端与通过与电阻R2连接后接地；
所述信号抗干扰电路包括运算放大器IC1a，所述的运算放大器IC1a同相输入端连接电容C3正极，运算放大器IC1a反相输入端与运算放大器IC1a输出端通过电容C4和电阻R4并联的支路连接；所述运算放大器IC1a输出端通过电阻R5与运算放大器IC1b同相输入端连接；所述运算放大器IC1b同相输入端和运算放大器IC1b输出端通过电阻R6连接；所述运算放大器IC1b的反相输入端通过滑动变阻器R11与R12和电源相连；
所述信号整形电路包括运算放大器IC1b和运算放大器IC1c，运算放大器IC1b输出端通过电容C5与运算放大器IC1c反相输入端连接；所述的运算放大器IC1c反相输入端串联电阻R9和二极管D2并联支路后接地；运算放大器IC1c同相输入端通过电容C6与运算放大器IC1c输出端连接，并且运算放大器IC1c同相输入端直接与运算放大器IC1c反相输入端相连；运算放大器IC1c输出端连接发光二极管D1和电阻R8串联后接地；
所述电压缓冲器包括运算放大器IC1d，运算放大器IC1d输出端通过电阻R10与运算放大器IC1c的同相输入端相连；运算放大器IC1d输出端与运算放大器IC1d反相输入端相连；所述的运算放大器IC1d输出端与滑动变阻器R11串联后接运算放大器IC1b；所述运算放大器IC1d输出端串联电阻R3后连接运算放大器IC1a反相输入端；所述运算放大器IC1d输出端串联电阻R2后接运算放大器IC1a同相输入端；所述运算放大器IC1d同相输入端通过R13与电源相连接；运算放大器IC1d同相输入端连接电阻R14和电容C6并联支路后接地。
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|---|---|---|---|---|
| CN114469062A (zh) * | 2022-01-21 | 2022-05-13 | 沈阳拓萧科技有限公司 | 一种全肺呼吸训练复式联合监测方法及其系统控制电路 |
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