CN212281348U - 基于柔性材料的反射式呼吸检测传感器结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开基于柔性材料的反射式呼吸检测传感器结构，其包括外壳和用于探测呼吸位移的柔性体，外壳的上表面具有柔性体安装槽，柔性体卡合安装于安装槽内，柔性体配合外壳形成具有内部容纳腔的传感器壳体，容纳腔的底部安装有电路板，电路板上设置红外传感器的发射端和接收端，红外传感器的发射端的发射光经柔性体内壁反射后由红外传感器的接收端接收；电路板上设有单片机以及与单片机连接的AD转换电路，红外传感器通过AD转换电路连接单片机，红外传感器收发端探测呼吸导致的位移变化生成的随呼吸变化的电信号，单片机藉由该电信号获取使用者的呼吸数据。本实用新型的传感器结构小巧，对呼吸波的检测更加精确敏感。

Description

基于柔性材料的反射式呼吸检测传感器结构

技术领域

本实用新型涉及生理参数测量的呼吸频率检测装置技术领域，尤其涉及基于柔性材料的反射式呼吸检测传感器结构。

背景技术

呼吸是人体重要的生理过程，是人体内外环境之间进行气体交换的必需过程,人体通过呼吸系统吸进氧气、呼出二氧化碳，从而维持正常的生理功能。现代监护技术中，呼吸频率检测是其重要组成部分，呼吸频率随年龄、性别和生理状态而异：成人平静时的呼吸频率约为每分钟16〜18次；儿童约为每分钟20次；一般女性比男性快1〜2次。临床诊断中医生利用呼吸频率可以初步检测人体是否患有疾病，由于呼吸信号取自人体，信号源阻抗较高,而且存在着较强的背景噪声和干扰，故取得精确的呼吸频率比较困难。

呼吸的检测方法有很多种,但常用的传感器及检测方法包括：应变式传感器检测、温度传感器检测、流量传感器检测、阻抗法检测、电容式传感器检测、超声多普勒呼吸频率检测法等。应变式传感器检测利用人在呼吸过程中由于呼气和吸气的交替引起食道和胸腹部会产生周期性的形变,通过应变式传感器可以感受到这种形变从而检测到呼吸信号。温度传感器检测是利用温度传感器采集鼻腔内外的呼吸温度差转化为电量输出的方法；流量传感器检测是通过检测流过某一固定横截面积的呼吸的气体的速度来检测呼吸；阻抗法检测是通过测量人体胸部在呼吸过程中阻抗的变化来检测呼吸；电容式传感器检测原理是,当面积为人的电容平板靠近人体时，平板与人体间构成电容C，人在呼吸过程中引起电容值C的变化,通过对C值的变化进行检测来达到对呼吸信号的检测目的。超声多普勒呼吸频率检测,就是利用人体呼吸时的胸廓的运动,把超声波打到运动部位产生多普勒现象,通过电路分析,检测出呼吸频率,达到非接触的检测目的。但是,传统的呼吸频率或幅值检测装置结构较为复杂,微小的位移可能产生错误的呼吸计数,精度有待提高。

如图1所示，现有专利技术CN203089116U公开了一种腹带式呼吸检测装置，图示中：腰带（1），壳体（2），霍尔传感器（3），永磁体（4），弹簧（5），元器件固定板（6）。腹带式呼吸检测装置包括壳体和腹带，所述壳体的内部安装有霍尔传感器阵列，所述腹带穿过壳体，所述腹带的一侧安装有永磁体。所述永磁体位于壳体的内部,所述永磁体的磁极面向霍尔传感器阵列。通过拉伸所述腹带，使得所述永磁体与霍尔传感器阵列之间发生相对运动。该装置具有如下缺点：1、产品尺寸过大，需要缠绕使用者腰部一整圈，存放体积也会过大；2、腰带式外观上不够美观，不足以满足现代人对消费类电子的美观性要求，缺点3、配件数量较多，安装结构复杂。

发明内容

本实用新型的目的在于提供基于柔性材料的反射式呼吸检测传感器结构。

本实用新型采用的技术方案是：

基于柔性材料的反射式呼吸检测传感器结构，其包括外壳和用于探测呼吸位移的柔性体，外壳的上表面具有柔性体安装槽，柔性体卡合安装于安装槽内，柔性体配合外壳形成具有内部容纳腔的传感器壳体，容纳腔的底部安装有电路板，电路板上设置红外传感器的发射端和接收端，红外传感器的发射端的发射光经柔性体内壁反射后由红外传感器的接收端接收；电路板上设有单片机以及与单片机连接的AD转换电路，红外传感器通过AD转换电路连接单片机，红外传感器收发端探测呼吸导致的位移变化生成的随呼吸变化的电信号，单片机藉由该电信号获取使用者的呼吸数据。

进一步地，柔性体至少相对两侧边延伸形成限位凹槽，安装槽的对应内侧边设有限位凸块，限位凹槽与限位凸块配合实现柔性体的安装固定。

进一步地，外壳内壁对应柔性体的下方处具有向内水平延伸的支撑板，支撑板上表面与柔性体内壁之间设有弹簧，弹簧用于柔性体的快速复原；支撑板上对应红外传感器开有发射通孔，支撑板的上表面沿着发射通孔四周具有弹簧安装凸环，弹簧的一端套设在安装凸环上，弹簧的另一端顶置于柔性体内壁。红外传感器发射端的发射光经由弹簧内部发射至柔性体内壁再由柔性体内壁反射至红外传感器接收端。

进一步地，柔性体可采用采用较为柔软的有一定弹性的材料，如橡胶，有机硅，TPE,TPU等。

进一步地，柔性体的内外两面光滑，柔性体与人体接触的外表面为光滑的圆弧面，以更好的跟人的身体相接触。

进一步地，电路板上设有电源和无线通信电路，电源为电路板供电，单片机通过无线通信电路与外部的接收终端无线通信连接，并采集的数据传输至接收终端存储或显示。

进一步地，所述电源采用微型纽扣电池供电。

进一步地，单片机还有连接有六轴传感器，六轴传感器用于检测穿戴者的行为状态。

进一步地，本实用新型还包括佩戴夹具，外壳通过紧固件或者连接件固定于佩戴夹具，配戴夹具夹持安装于腰带并使得柔性体紧贴人体的腹部设置。紧固件可采用现有常用的紧固手段，如螺丝紧固，即通过螺丝将佩戴夹具和外壳锁附；或者通过卡扣连接固定，即外壳的底部设有限位卡钩，佩戴夹具对应设有连接卡槽，两者相互配合使得传感器壳体固定于佩戴夹具。

本实用新型采用以上技术方案，采用反射式设计，即红外传感器的发射端与接收端同时在电路板的上表面上，柔性体与人体接触的表面为光滑的圆弧可以更好的跟人的身体相接触，柔性体与外壳卡合连接，通过支撑板与弹簧配合使得柔性体快速回复。在使用时，将本实用新型装置别到腰带上，类似BB机的佩戴方式，由于使用者呼吸时腹部发生起伏变化,吸气和呼气必然会带动柔性体发生位移，利用柔性体以及弹簧的弹性，可保证柔性体跟随人体腹部呼吸的节奏而运动，进而红外传感器的收发端感受位移的变化，生成随呼吸变化的电信号，再通过单片机的处理模块获得使用者的准确呼吸曲线。本实用新型的传感器结构小巧，仅拇指般大小，整机佩戴方式简单，为腰挂式，可轻易放入到腰带内测，不会使得使用者有任何的不适感。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明；

图1为现有技术的一种腹带式呼吸检测装置的结构示意图；

图2为本实用新型基于柔性材料的反射式呼吸检测传感器结构的结构示意图；

图3为本实用新型的佩戴检测时的状态示意图；

图4为本实用新型的系统原理框图；

图5为本实用新型输出的信号波形示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

如图2至图5所示，本实用新型公开了基于柔性材料的反射式呼吸检测传感器结构，其包括外壳（2-2）和用于探测呼吸位移的柔性体（2-3），外壳（2-2）的上表面具有柔性体安装槽，柔性体（2-3）卡合安装于安装槽内，柔性体（2-3）配合外壳（2-2）形成具有内部容纳腔的传感器壳体，容纳腔的底部安装有电路板（2-6），电路板（2-6）上设置红外传感器（2-5）的发射端和接收端，红外传感器（2-5）的发射端的发射光经柔性体（2-3）内壁反射后由红外传感器（2-5）的接收端接收；电路板（2-6）上设有单片机以及与单片机连接的AD转换电路，红外传感器（2-5）通过AD转换电路连接单片机，红外传感器（2-5）收发端探测呼吸导致的位移变化生成的随呼吸变化的电信号，单片机藉由该电信号获取使用者的呼吸数据。

进一步地，柔性体（2-3）至少相对两侧边延伸形成限位凹槽，安装槽的对应内侧边设有限位凸块，限位凹槽与限位凸块配合实现柔性体（2-3）的安装固定。

进一步地，外壳（2-2）内壁对应柔性体（2-3）的下方处具有向内水平延伸的支撑板（2-1），支撑板（2-1）上表面与柔性体（2-3）内壁之间设有弹簧（2-4），弹簧（2-4）用于柔性体（2-3）的快速复原；支撑板（2-1）上对应红外传感器（2-5）开有发射通孔，支撑板（2-1）的上表面沿着发射通孔四周具有弹簧（2-4）安装凸环，弹簧（2-4）的一端套设在安装凸环上，弹簧（2-4）的另一端顶置于柔性体（2-3）内壁。红外传感器（2-5）发射端的发射光经由弹簧（2-4）内部发射至柔性体（2-3）内壁再由柔性体（2-3）内壁反射至红外传感器（2-5）接收端。

进一步地，柔性体（2-3）可采用采用较为柔软的有一定弹性的材料，如橡胶，有机硅，TPE,TPU等。

进一步地，柔性体（2-3）与人体接触的外表面为光滑的圆弧面，以更好的跟人的身体相接触。

进一步地，电路板（2-6）上设有电源和无线通信电路，电源为电路板（2-6）供电，单片机通过无线通信电路与外部的接收终端无线通信连接，并采集的数据传输至接收终端存储或显示。

进一步地，所述电源采用微型纽扣电池供电。

进一步地，单片机还有连接有六轴传感器，六轴传感器用于检测穿戴者的行为状态。

进一步地，本实用新型还包括佩戴夹具（1），外壳（2-2）体通过紧固件或者连接件固定于佩戴夹具（1），配戴夹具夹持安装于腰带并使得柔性体（2-3）紧贴人体的腹部设置。紧固件可采用现有常用的紧固手段，如螺丝紧固，即通过螺丝将佩戴夹具（1）和外壳（2-2）锁附；或者通过卡扣连接固定，即外壳（2-2）的底部设有限位卡钩，佩戴夹具对应设有连接卡槽，两者相互配合使得传感器壳体固定于佩戴夹具。

本实用新型为反射式设计，即红外传感器（2-5）的发射端与接收端同时在电路板（2-6）的正面上，柔性体（2-3）表面设计为光滑的圆弧可以更好的跟人的身体相接触，柔性体（2-3）与外壳（2-2）卡合连接，通过支撑板（2-1）与弹簧（2-4）配合使得柔性体快速回复。。

如图3所示，在使用时，只需要传感器的外壳别到腰带（3）上，有点类似过去BB机的佩戴方式，由于使用者呼吸时腹部发生起伏变化,吸气和呼气必然会带动柔性体发生位移，利用（柔性体2-3）以及弹簧（2-4）的弹性，可保证柔性体跟随人体腹部呼吸的节奏而运动，进而，红外传感器（2-5）的收发端感受位移的变化，生成随呼吸变化的电信号，再通过如图4所示电路原理图中的单片机的处理模块获得使用者的准确呼吸曲线。

如图5所示，此反射式的优点是检测相对稳定，信号输出不会出现矩形特征，反应不会特别敏感，需要特定的算法进行一定放大处理，使其更加准确。

本实用新型的技术效果是显而易见的，由于传感器的输出仅取决于呼吸着的腹部起伏变化，基本杜绝了外界的干扰，在面对使用者咳嗽，打哈欠情况时，传感器也可以将其信号准确的反映给单片机。

本实用新型的传感器结构小巧，仅拇指般大小，整机佩戴方式简单，为腰挂式，可轻易放入到腰带内测，不会使得使用者有任何的不适感。对呼吸波的检测更加精确敏感。结构简单，安装方便。本实用新型的技术效果是显而易见的，由于传感器的输出仅取决于呼吸着的腹部起伏变化，基本杜绝了外界的干扰，在面对使用者咳嗽，打哈欠情况时，传感器也可以将其信号准确的反映给单片机。

Claims (9)

1.基于柔性材料的反射式呼吸检测传感器结构，其特征在于：其包括外壳和用于探测呼吸位移的柔性体，外壳的上表面具有柔性体安装槽，柔性体卡合安装于安装槽内，柔性体配合外壳形成具有内部容纳腔的传感器壳体，容纳腔的底部安装有电路板，电路板上设置红外传感器的发射端和接收端，红外传感器的发射端的发射光经柔性体内壁反射后由红外传感器的接收端接收；电路板上设有单片机以及与单片机连接的AD转换电路，红外传感器通过AD转换电路连接单片机，红外传感器收发端探测呼吸导致的位移变化生成的随呼吸变化的电信号，单片机藉由该电信号获取使用者的呼吸数据。

2.根据权利要求1所述的基于柔性材料的反射式呼吸检测传感器结构，其特征在于：柔性体至少相对两侧边延伸形成限位凹槽，安装槽的对应内侧边设有限位凸块，限位凹槽与限位凸块配合实现柔性体的安装固定。

3.根据权利要求1所述的基于柔性材料的反射式呼吸检测传感器结构，其特征在于：外壳内壁对应柔性体的下方处具有向内水平延伸的支撑板，支撑板上表面与柔性体内壁之间设有弹簧，弹簧用于柔性体的快速复原；支撑板上对应红外传感器开有发射通孔，支撑板的上表面沿着发射通孔四周具有弹簧安装凸环，弹簧的一端套设在安装凸环上，弹簧的另一端顶置于柔性体内壁，红外传感器发射端的发射光经由弹簧内部发射至柔性体内壁再由柔性体内壁反射至红外传感器接收端。

4.根据权利要求1所述的基于柔性材料的反射式呼吸检测传感器结构，其特征在于：柔性体采用橡胶、有机硅、TPE或TPU。

5.根据权利要求1所述的基于柔性材料的反射式呼吸检测传感器结构，其特征在于：柔性体与人体接触的外表面为光滑的圆弧面，以更好的跟人的身体相接触。

6.根据权利要求1所述的基于柔性材料的反射式呼吸检测传感器结构，其特征在于：电路板上设有电源和无线通信电路，电源为电路板供电，单片机通过无线通信电路与外部的接收终端无线通信连接，并采集的数据传输至接收终端存储或显示。

7.根据权利要求6所述的基于柔性材料的反射式呼吸检测传感器结构，其特征在于：所述电源采用微型纽扣电池供电。

8.根据权利要求1所述的基于柔性材料的反射式呼吸检测传感器结构，其特征在于：单片机还有连接有六轴传感器，六轴传感器用于检测穿戴者的行为状态。

9.根据权利要求1所述的基于柔性材料的反射式呼吸检测传感器结构，其特征在于：其还包括佩戴夹具，外壳通过紧固件或者连接件固定于佩戴夹具，配戴夹具夹持安装于腰带并使得柔性体紧贴人体的腹部设置。

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