專利名稱：一種led陣列式精密低壓氣體壓力計組合結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種低壓氣體壓力計，特別涉及一種能夠通過LED顯示壓力的LED陣列式精密低壓氣體壓力計組合結構。
技術背景-
最大壓力在1大氣壓(100kPa，760mmHg)以下的低壓氣體壓力計在工農業(yè)生產、檢測和醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)等領域有著廣泛的應用。以往的這類儀表按其使用的壓力傳感器分類，主要有汞柱式、彈性元件式和電子傳感輸入式。
汞柱式低壓氣體壓力計是最早出現(xiàn)的醫(yī)用儀表，歷史上一直稱為血壓計或汞柱式血壓計，并且伴隨著mmHg這樣一個壓力計量單位習用至今。全世界的診所一直大量使用這種儀表作為血壓測量中顯示外壓力量值的工具。其優(yōu)點是使用經典液壓原理，結構簡單，性能穩(wěn)定，銀白色的汞柱又使示值清晰。但隨著汞的毒性被揭示，全世界都陸續(xù)采取對這種儀表的禁產、禁用措施，使得世界范圍迅速出現(xiàn)"血壓計困境"。
彈性元件式低壓氣體壓力計使用彈性銅皮、銅管等為壓力傳感器。它雖然不存在毒性問題，但彈性元件一般有不同程度的彈性變動性，壽命期也不長?？紤]到成本和驅動能力，常采用銅皮彈性件，例如常見的血壓表，但銅皮件的負載能力低，被驅動的指針轉動慣量只能很小，儀表的示值盤也就較小。由于這些原因，診所一般不使用或不適合使用血壓表。
電子傳感輸入式低壓氣體壓力計是近半個世紀來發(fā)展的新技術。起初一般采用壓電晶體作為壓力敏感元件，其缺點是線性不理想，且易受溫度等環(huán)境因素的明顯影響。近年來越來越多地采用硅器件，加上各種補償技術的發(fā)展，電子壓力傳感器逐步滿足了線性要求和成本要求。但此前這種低壓傳感和計量常用于器械內部，而不對外連續(xù)顯示壓力，例如市場上大量的電子血壓計就是如此。近年來有用電子壓力傳感器通過液晶屏顯示壓力的，但由于液晶的易變、易老化，以及一旦有損即難能維修等缺陷，其可靠性、適用性尚難論定。綜上所述，使用電子壓力傳感器研究和制造新型的低壓氣體壓力計，盡快 解決世界范圍的"血壓計困境"，同時也為工農業(yè)生產、檢測等領域提供更合適 的儀表，是當前技術發(fā)展的一個重要課題
實用新型內容
本實用新型針對上述現(xiàn)有低壓氣體壓力計在使用過程中所存在的問題，而 提供一種能有效替代汞柱式血壓計，迅速緩解和解決全世界范圍的"血壓計困 境"，保護環(huán)境和使用者健康的低壓氣體壓力計。
為了達到上述目的，本實用新型采用如下的技術方案來實現(xiàn)
一種LED陣列式精密低壓氣體壓力計組合結構，該結構包括一個氣體壓 力傳感器、中央處理器CPU，該組合結構還包括一個用于指示壓力值的LED 陣列，所述中央處理器CPU為實現(xiàn)壓力信號的機-電轉換、數(shù)字轉換以及編碼 轉換的中央處理器CPU，該中央處理器CPU分別與氣體壓力傳感器和LED陣 列連接，并將來自氣體壓力傳感器的氣體壓力電壓信號，經A/D轉變數(shù)字信號， 再轉變?yōu)榫幋a信號輸出，來驅動LED陣列相應管芯指示壓力值。
所述LED陣列的排列與氣體壓力計測量范圍和分度要求以及示值端外觀 相吻合。
所述組合結構中還包括一個與LED陣列相匹配的標度尺，LED陣列中的 管芯通過點亮指示標度尺上相應標度值來指示壓力值。
所述LED陣列中管芯數(shù)量由氣體壓力計的測量范圍和分度值按下式決定 N=L/D+3 (1)
式中N為陣列中的管芯數(shù)量，L為氣體壓力計的測量范圍，D為氣體壓力 計所要求的分度值。
所述LED陣列中的管芯排列為了符合儀表計量檢定的要求，其中各有1 個管芯排列位于標度尺上零刻度線和末刻度線的外側。
所述中央處理器CPU輸出的編碼信號的數(shù)據(jù)位數(shù)與LED陣列中的管芯數(shù) 量N滿足如下關系
2m+1>iV>2m (2)
式中m+1為輸出數(shù)據(jù)位數(shù)，N為LED陣列中的管芯數(shù)量；當m為奇數(shù)時，將m+l位數(shù)據(jù)分為高[(m+l)/2]位和低[(m+l)/2]位；當m為偶數(shù)時，將m+l位 數(shù)據(jù)分為高(m/2+l)位和低(m/2)位，并分別輸出到LED陣列相應管芯的負 端和正端。
根據(jù)上述技術方案得到的本實用新型能夠生成各種LED陣列式低壓氣體 壓力計，其計量精度高，性能穩(wěn)定，電子化結構又使制造工藝大為簡捷，方便 大規(guī)模生產。本實用新型能有效替代汞柱式血壓計，迅速緩解和解決全世界范 圍的"血壓計困境"，保護環(huán)境和使用者的健康；也能制造出象血壓計標準器那 樣的高精度儀表，解決這類標準器制造難度大、成本高、價格昂貴的問題；本 實用新型的產業(yè)化應用具有明顯的社會意義和經濟價值。


以下結合附圖和具體實施方式
來進一步說明本實用新型。
圖1為本實用新型的主要功能模塊連接示意圖。
圖2為本實用新型提供的LED陣列式光顯血壓計模塊結構示意圖。
圖3為一種橢圓形標度牌的LED陣列式光顯血壓計LED陣列示意圖。
圖4為一種矩形標度牌的LED陣列式光顯血壓計LED陣列示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白 了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本實用新型。
本實用新型為了解決上述現(xiàn)有各種低壓氣體壓力計所存在的問題，本實用
新型設計了一種LED陣列式精密低壓氣體壓力計組合結構，其根據(jù)儀表所要 求的測量范圍、分度和精度，將合適的發(fā)光二極管(LED)管芯作有序排列， 成為所需要的LED陣列；來自壓力傳感器的壓力信號轉變成電壓信號，再由 A/D轉變?yōu)閿?shù)字信號，然后通過CPU中央處理系統(tǒng)實現(xiàn)對陣列中管芯的對應 觸發(fā)，即點亮發(fā)光，指示壓力。
基于上述原理，本實用新型具體實施如下
參見圖1，本實用新型提供的一種LED陣列式精密低壓氣體壓力計組合結 構，其主要包括 一個符合所設計儀表測量范圍和精度要求的氣體壓力傳感器1; 一個由確定數(shù)量的管芯有序排列成的LED陣列5; —個與所述LED陣列相 匹配的標度尺6; —個實現(xiàn)壓力信號的機-電轉換、數(shù)字轉換和編碼轉換的中央 處理器(CPU) 2; —個高位譯碼器3和一個低位譯碼器4。
LED陣列5的排列與所設計儀表測量范圍和分度要求以及示值端外觀相 吻合，且該LED陣列5中管芯數(shù)量由氣體壓力計的測量范圍和分度按值下式 決定
N=L/D+3 (1) 式中N為陣列中的管芯數(shù)量，L為氣體壓力計的測量范圍，D為氣體壓力 計所要求的分度值。
由于標度尺6的形狀和標度值與LED陣列排列相匹配，而標度尺6上的 標度值就是顯示該儀表的測量范圍和分度，所以結合上述式1所得到的LED 陣列5中管芯數(shù)量，可以得到標度尺6上的標度值都與相應的管芯相對應，從 而能夠實現(xiàn)每一被點亮的LED管芯都顯示一定大小的氣體壓力；為了符合儀 表計量檢定的要求，其中還各有1個管芯排列位于標度尺6上零刻度線和末刻 度線的外側。
根據(jù)圖1所示，中央處理器(CPU) 2與氣體壓力傳感器1連接，同時通 過高位譯碼器3和低位譯碼器4與LED陣列連接。中央處理器(CPU) 2并將 來自氣體壓力傳感器1的氣體壓力電壓信號，經A/D轉變?yōu)閿?shù)字信號，再轉變 為編碼信號輸出至高位譯碼器3和低位譯碼器4，并由譯碼器根據(jù)相應信號來 驅動LED陣列5相應管芯點亮來指示標度尺6相應的壓力值。
同時中央處理器(CPU) 2輸出的編碼信號的數(shù)據(jù)位數(shù)與LED陣列中的管 芯數(shù)量N滿足如下關系
2m+1>7V>2m (2)
式中m+1為輸出數(shù)據(jù)位數(shù)，N為LED陣列中的管芯數(shù)量；當m為奇數(shù)時， 將m+1位數(shù)據(jù)分為高[(m+l)/2]位和低[(m+l)/2]位，并分別連接高位譯碼器3 和低位譯碼器4;當m為偶數(shù)時，將m+l位數(shù)據(jù)分為高(m/2+l)位和低(m/2) 位，并分別連接高位譯碼器3和低位譯碼器4;同時分別輸出到LED陣列相應 管芯的負端和正端。
根據(jù)上述技術方案得到本實用新型具體實施如下實施例一
LED陣列式光顯血壓計，參見圖2，其為本實施中LED陣列式光顯血壓 計的模塊結構及其連接示意圖，根據(jù)圖可知，該血壓計主要功能模塊包括一 個氣體壓力傳感器201、 一個由確定數(shù)量的管芯有序排列成的LED陣列205、 一個與所述LED陣列相匹配的標度尺(圖中未給出，可參見圖l所示)； 一個 實現(xiàn)壓力信號的機-電轉換、數(shù)字轉換和編碼轉換的中央處理器(CPU) 202、 一個高位譯碼器203和一個低位譯碼器204，以及兩個反向器207.
如圖3和圖4所示，該血壓計要求的測量范圍為300mmHg，分度值為2 mmHg，按式1算得其LED陣列管芯數(shù)量N-300/2+3-153，從而能夠保證標度 尺上每個標度值都有相應的管芯指示；同時為了符合儀表計量檢定的要求，其 中各有1個管芯排列位于標度尺上零刻度線和末刻度線的外側。
將N代入(2)式可得到m=7，要求其中央處理器CPU通過編程設計具 備28=256的編碼能力，保證將所述壓力數(shù)字信號處理成So S7的8位數(shù)據(jù)輸 出。
如附圖2所示，LED陣列式光顯血壓計是通過以下方式實現(xiàn)所要求的壓 力示值的(1)壓力傳感器201將氣體壓力信號轉變?yōu)橄鄳碾妷耗M信號， 并傳輸至中央處理器(CPU) 202;
(2) 中央處理器(CPU) 202中的A/D轉換將電壓模擬信號轉變?yōu)閴毫?數(shù)字信號；
(3) 中央處理器(CPU) 202再根據(jù)所設置的數(shù)據(jù)處理程序將壓力數(shù)字信 號處理成S0 S7的8位數(shù)據(jù)，并分成高4位(S7 S4)和低4位(S3 S0);
(4) 高4位(S7 S4)數(shù)據(jù)經4-16高位譯碼器203，例如74HC154，與 LED陣列205中各相應的發(fā)光二極管負極連接；低4位(S3 S0)數(shù)據(jù)經4-16 低位譯碼器204，例如74HC154，通過反相器207 (本實施例中采用74HC04) 和限流電阻206 (R1 R10)，與LED陣列5中各相應的發(fā)光二極管正極連接， 從而實現(xiàn)一定大小的氣體壓力信號點亮LED陣列中相應編碼的發(fā)光二極管， 指示對應的壓力值。
本實施例中的4-16譯碼器4HC154，也可用GAL (可編程邏輯芯片)實現(xiàn)。根據(jù)本實施例，可以得到如圖3和圖4所示的橢圓形標度牌的LED陣列 式光顯血壓計LED陣列和矩形標度牌的LED陣列式光顯血壓計LED陣列。 其工作時，由CPU得到相關數(shù)據(jù)并處理好后通過譯碼器和反向器來驅動相應 的管芯點亮，來指示標度尺上相應的標度值。
圖3所示的標度尺301上顯示的測量范圍為300mmHg，分度值為2 mmHg， 按式i算得其LED陣列管芯數(shù)量N=300/2+3=153，其能夠保證每個標度值304 都有相應的管芯302指示；同時為了符合儀表計量檢定的要求，其中各有l(wèi)個 管芯303排列位于標度尺301上零刻度線305和末刻度線306的外側。
圖4所示的標度尺401上顯示的測量范圍為300mmHg，分度值為2 mmHg, 按式1算得其LED陣列管芯數(shù)量N=300/2+3=153，其能夠保證每個標度值404 都有相應的管芯402指示；同時為了符合儀表計量檢定的要求，其中各有l(wèi)個 管芯403排列位于標度尺301上零刻度線405和末刻度線406的外側。
實施例二
LED陣列式光顯血壓計標準器，其要求測量范圍為500mmHg,分度值為 lmmHg，其LED陣列的排列方式和要求，以及所用硬件設備和連接關系如實 施例一中所述，此例中不加以贅述。按(1)式算得其LED陣列管芯數(shù)量 L=500/l+3=503。代入(2)式可得到m=8，要求其中央處理器CPU通過編程 設計具備29=512的編碼能力，保證將所述壓力數(shù)字信號處理成So S8的9 位數(shù)據(jù)，并分成高5位(S8 S4)和低4位(S3 S0)的數(shù)據(jù)輸出。選用合適 的CPU，可以實現(xiàn)所述編程要求。同時，選用線性更好的壓力傳感器，配合上 述編程，可以將所述標準器的精度做得很高。目前的彈性元件式血壓計標準器 標稱精度為0.16級，即最大誤差不超過士0.8mmHg (500x0.16%),這樣的要求 對本LED陣列式光顯血壓計標準器來說是完全可以保證符合的。
以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和本實用新型的優(yōu) 點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實 施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神 和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入 要求保護的本實用新型范圍內。本實用新型要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求1、一種LED陣列式精密低壓氣體壓力計組合結構，該結構包括一個氣體壓力傳感器、中央處理器CPU，其特征在于，所述組合結構還包括一個用于指示壓力值的LED陣列，所述中央處理器CPU為實現(xiàn)壓力信號的機-電轉換、數(shù)字轉換以及編碼轉換的中央處理器CPU，該中央處理器CPU分別與氣體壓力傳感器和LED陣列連接，并將來自氣體壓力傳感器的氣體壓力電壓信號，經A/D轉變?yōu)閿?shù)字信號，再轉變?yōu)榫幋a信號輸出，來驅動LED陣列相應管芯指示壓力值。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種LED陣列式精密低壓氣體壓力計組合結構，其特征在于，所述LED陣列的排列與氣體壓力計測量范圍和分度要求以及示值端外觀相吻合。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種LED陣列式精密低壓氣體壓力計組合結構，其特征在于，所述組合結構中還包括一個與LED陣列相匹配的標度尺，LED陣列中的管芯通過點亮指示標度尺上相應標度值來指示壓力值。
4、 根據(jù)權利要求1所述的一種LED陣列式精密低壓氣體壓力計組合結構，其特征在于，所述LED陣列中管芯數(shù)量由氣體壓力計的測量范圍和分度值按下式決定N=L/D+3式中N為陣列中的管芯數(shù)量，L為氣體壓力計的測量范圍，D為氣體壓力計所要求的分度值。
5、 根據(jù)權利要求1或3或4所述的一種LED陣列式精密低壓氣體壓力計組合結構，其特征在于，所述LED陣列中的管芯排列為了符合儀表計量檢定的要求，其中各有1個管芯排列位于標度尺上零刻度線和末刻度線的外側。
6、 根據(jù)權利要求1或4所述的一種LED陣列式精密低壓氣體壓力計組合結構，其特征在于，所述中央處理器CPU輸出的編碼信號的數(shù)據(jù)位數(shù)與LED陣列中的管芯數(shù)量N滿足如下關系2m+1>iV>2m式中m+1為輸出數(shù)據(jù)位數(shù)，N為LED陣列中的管芯數(shù)量；當m為奇數(shù)時，將m+1位數(shù)據(jù)分為高[(m+l)/2]位和低[(m+l)/2]位；當m為偶數(shù)時，將m+1位數(shù)據(jù)分為高(m/2+l)位和低(m/2)位，并分別輸出到LED陣列相應管芯的負端和正端。
專利摘要本實用新型公開了一種LED陣列式精密低壓氣體壓力計組合結構，該結構包括一個氣體壓力傳感器、中央處理器CPU，該組合結構還包括一個用于指示壓力值的LED陣列，所述中央處理器CPU為實現(xiàn)壓力信號的機-電轉換、數(shù)字轉換以及編碼轉換的中央處理器CPU，該中央處理器CPU分別與氣體壓力傳感器和LED陣列連接，并將來自氣體壓力傳感器的氣體壓力電壓信號，經A/D轉變?yōu)閿?shù)字信號，再轉變?yōu)榫幋a信號輸出，來驅動LED陣列相應管芯指示壓力值。本實用新型能夠生成各種LED陣列式低壓氣體壓力計，其計量精度高，性能穩(wěn)定，適用范圍廣；所生成的LED陣列式光顯血壓計能迅速和可靠解決由于禁汞而帶來的世界范圍的“血壓計困境”。
文檔編號A61B5/022GK201316262SQ200820157318
公開日2009年9月30日 申請日期2008年12月18日 優(yōu)先權日2008年12月18日
發(fā)明者崔開海, 容 徐 申請人:上海上達醫(yī)用儀表廠有限公司