專利名稱：集成化、智能型生理信號(hào)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于生理信號(hào)采集和調(diào)理的生理信號(hào)傳感器和調(diào)理裝置，尤其涉及一種集生理信號(hào)采集和信號(hào)放大調(diào)理一體化的集成化、智能型生理信號(hào)傳感器。這種集成化、智能型生理信號(hào)傳感器可以作為一個(gè)整合的模塊化結(jié)構(gòu)直接與DAQ板連接而廣泛應(yīng)用于多種醫(yī)療儀器設(shè)備，健康產(chǎn)品中。
背景技術(shù)：
生理信號(hào)傳感器是采集生理信號(hào)的必備工具，而且是決定采集生理信號(hào)質(zhì)量的關(guān)鍵。在生命科學(xué)研究及醫(yī)療臨床實(shí)踐中特別廣泛應(yīng)用。目前的生理信號(hào)傳感器絕大多數(shù)是信號(hào)采集和放大調(diào)理分離。傳感器僅提供生理信號(hào)的采集，而采集的信號(hào)需經(jīng)專門的生理放大器放大調(diào)理后進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換及其后繼處理。由于生理信號(hào)種類繁多，而各種信號(hào)放大調(diào)理的要求又不完全一致，因此，生理信號(hào)傳感器和生理信號(hào)放大器只能根據(jù)特別的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足不同的需要，造成設(shè)備類型品種繁多，單價(jià)極高，極大的限制了生理信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)備的推廣和普及。
為了滿足臨床醫(yī)療和生命科學(xué)研究對(duì)生理信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)備的需求，設(shè)計(jì)集成化的生理信號(hào)傳感器，集生理信號(hào)采集和信號(hào)放大調(diào)理為一體，根據(jù)不同的生理信號(hào)用途生產(chǎn)不同類型的專用集成化生理信號(hào)傳感器，可以滿足多種應(yīng)用的需求，不但可以簡(jiǎn)化多種生理信號(hào)監(jiān)測(cè)儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和減少設(shè)備成本，還可能因?yàn)楫a(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化而大幅度降低產(chǎn)品價(jià)格，促進(jìn)這類設(shè)備的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，并滿足本發(fā)明的目的，所采用的技術(shù)方案是，設(shè)計(jì)集成化生理信號(hào)傳感器，集生理信號(hào)的采集和放大調(diào)理為一體，經(jīng)電極或換能器采集生物電信號(hào)，或經(jīng)換能器將人體非電信號(hào)(溫度，壓力)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后，采用高共模抑制比，高性能生物電放大器放大調(diào)理信號(hào)后輸出，輸出的信號(hào)可以直接進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)入模/數(shù)轉(zhuǎn)換。信號(hào)輸出是電壓信號(hào)，輸出范圍在0-5V，符合多數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器輸入的要求。
集成化生理信號(hào)傳感器是由電極或換能器，結(jié)合高性能生物放大器構(gòu)成，電極或換能器采集電信號(hào)或轉(zhuǎn)換非電信號(hào)為電信號(hào)后通過導(dǎo)線輸入高性能生物電放大器，經(jīng)放大器放大后的信號(hào)，通過導(dǎo)線輸出。
根據(jù)不同的生理信號(hào)類型，可以設(shè)計(jì)不同的，專用型生理信號(hào)集成化傳感器，包括但不限于集成化肌電信號(hào)傳感器，集成化心電信號(hào)傳感器，集成化腦電信號(hào)傳感器，集成化皮膚傳導(dǎo)率傳感器，集成化光電容積式脈搏傳感器，集成化溫度傳感器，集成化呼吸傳感器。
設(shè)計(jì)智能型生理信號(hào)傳感器也能滿足本發(fā)明的目的，方法是將上述各種集成化生理信號(hào)傳感器單獨(dú)或根據(jù)需要數(shù)種組合，同時(shí)應(yīng)用集成型微處理單片機(jī)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，信號(hào)調(diào)理，編碼后以USB接口的形式直接與個(gè)人電腦連接，直接將信號(hào)傳輸入個(gè)人電腦，進(jìn)行進(jìn)一步處理。通過這種智能型生理信號(hào)傳感器再加上信號(hào)采集，傳輸，顯示，分析專用電腦軟件，可以使任何一臺(tái)個(gè)人電腦成為集生理信號(hào)采集，監(jiān)護(hù)，分析為一體的強(qiáng)大工具。
智能型生理信號(hào)傳感器包括但不限于，腦電、心電、肌電智能型生理信號(hào)傳感器，智能型皮膚傳導(dǎo)率傳感器，智能型光電脈搏傳感器，智能型呼吸傳感器，智能型體溫傳感器，智能型傳感器系統(tǒng)等。
在集成化生理信號(hào)傳感器中，根據(jù)用途不同，生物電信號(hào)放大器可以采用通用型電極放大器和專用型生理信號(hào)前置放大器進(jìn)行生理信號(hào)的放大。
通用型電極放大器●電極與傳感器直接連接，提供生理信號(hào)的前置放大。
●單通道放大電路，每個(gè)電極放大器僅放大一路信號(hào)。
●電極放大器輸出的是電壓信號(hào)，輸出范圍0-5V。
●電極放大器輸出的信號(hào)直接輸入數(shù)據(jù)采集板的輸入端口。
●電極放大器的電源供應(yīng)為5V，來源于數(shù)據(jù)采集板。
專用型生理信號(hào)前置放大器專用型生理信號(hào)前置放大器結(jié)構(gòu)主要用于多通道心電信號(hào)采集，心電監(jiān)護(hù)，特別適合于心電信號(hào)的放大和調(diào)理，但也可以用于其他生理信號(hào)。該放大器主要用于放大0.05Hz到100Hz的心電信號(hào)。電路設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是加大共模抑制比，濾除50Hz的共頻干擾，濾除由于人體與電極間移動(dòng)產(chǎn)生得300mv的直流電。該電路采用5V的電源供應(yīng)，同樣采用4節(jié)AA充電電池供電。電路圖中A1運(yùn)算放大器可以刪除，取決于電阻的大小。電路圖中輸出端連接ADS8321后連接TMS320DSP。在本路應(yīng)用時(shí)，輸出端直接連接到輸出端口，通過端子和導(dǎo)線將放大后的信號(hào)直接送至DAQ扳，輸出電壓0-5V范圍。放大器除了可以應(yīng)用于心電信號(hào)放大外，也可以用于其他生理信號(hào)放大。


圖1是集成型生理信號(hào)傳感器外形圖2是通用型集成型生理信號(hào)傳感器生物電放大器電路原理3是專用集成型生理信號(hào)傳感器生物電放大器電路原理4是光電探測(cè)器電路原理圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明實(shí)施例，集成化生理信號(hào)傳感器和專用型生理信號(hào)傳感器(一)生理傳感器類型1)銀/氯化銀電極采用銀/氯化銀電極作為傳感器可以用于采集下述生理信號(hào)。
a)腦電信號(hào)→用于腦電反饋b)肌電電信號(hào)→用于肌電反饋c)心電電信號(hào)→用于心電反饋d)皮膚電反應(yīng)信號(hào)→用于皮電反饋2)光電傳感器采用手指，耳垂的光電傳感器可以采集以下生物信號(hào)a)血氧飽和度b)血容量脈搏波形3)呼吸傳感器包括壓力呼吸傳感器和溫度呼吸傳感器?？梢杂脕頊y(cè)試呼吸的頻率、幅度和呼吸波形，用于進(jìn)行呼吸的生物反饋。
4)溫度傳感器用于測(cè)量皮膚溫度，進(jìn)行皮膚溫度生物反饋。
5)血壓傳感器定時(shí)血壓自動(dòng)記錄模塊，可以應(yīng)用監(jiān)護(hù)儀中血壓監(jiān)護(hù)模塊，用于血壓的生物反饋。
(二)傳感器的技術(shù)指標(biāo)1)肌電傳感器輸入阻抗10GΩ輸入范圍0～200m VRMS敏感度＜0.1mVRMS帶寬10Hz～1000Hz準(zhǔn)確度±5％，±0.3VRMS2)腦電傳感器輸入阻抗10GΩ輸入范圍0～200mVRMS敏感度＜0.1m VRMS帶寬2HZ～1000HZGMRR＞100dB準(zhǔn)確度±5％，±0.3VRMS
3)溫度傳感器測(cè)溫范圍10℃～45℃(50°F～115°F)準(zhǔn)確度±1℃(±1.8°F)在(20℃～40℃)或(68°F～104°F)4)光電容積傳感器輸入范圍0％～100％準(zhǔn)確度±5％5)呼吸傳感器輸入范圍30％～65％準(zhǔn)確度±5％6)皮膚傳導(dǎo)傳感器信號(hào)輸入范圍0～30MS準(zhǔn)確度±5％和±0.2MS輸入直流電壓＜10mA和＜3V(采用0.5V較為適當(dāng))(三)傳感器配置及應(yīng)用1)肌電傳感器可采用一次性三點(diǎn)式肌電電極(包括正極，負(fù)極，參考電極的一次性肌電電極)，也可以采用盤狀電極固定在尼龍帶上。
2)腦電傳感器采用專用金屬盤狀(銀/氯化銀)電極，采用尼龍帶結(jié)構(gòu)，將電極固定在尼龍帶上。
參考電極采用耳垂電極，也可以考慮采用三點(diǎn)式一次性的腦電電極。
3)心電傳感器采用一次性心電電極。
4)皮膚傳導(dǎo)率傳感器采用金屬盤狀電極固定在尼龍帶上，或采用雙指套式。
5)光電容積傳感器采用手指式或耳垂式。
6)溫度傳感器采用可固定在手指上尼龍帶類型。
7)呼吸傳感器采用壓力傳感器類型，胸帶式或腹帶式。
(四)傳感器接口及導(dǎo)線應(yīng)用傳感器時(shí)必須注意傳感器的接頭，插口和導(dǎo)線。一定要和傳感器前置放大器配套。
(五)傳感器電流供應(yīng)皮膚傳導(dǎo)率傳感器必須＜0.5伏，＜10毫安直流電源供應(yīng)。電源由傳感器前置放大器供應(yīng)。其他類型傳感器所需電流由主機(jī)供應(yīng)。
(六)系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，作為必要的硬件，應(yīng)在保證實(shí)現(xiàn)基本功能的基礎(chǔ)上，盡可能模塊化設(shè)計(jì)，從而使模塊重用、復(fù)用，最大程度減少系統(tǒng)成本。
整個(gè)系統(tǒng)從功能及結(jié)構(gòu)上可以劃分為以下模塊1)電極式換能器模塊及其連接導(dǎo)線作為采集生理信號(hào)的必需組成部分，是生理信號(hào)采集質(zhì)量保證的前提，根據(jù)不同生理信號(hào)采集的需要，必須采用不同的電極式傳感器?，F(xiàn)描述如下a)腦電電極采用常規(guī)的銀/氯化銀盤狀電極，導(dǎo)線直接固定在電極上，盤狀電極有導(dǎo)線輸出。
b)心電電極采用常規(guī)的一次性心電電極，采用紐扣式電極帽，電極帽連接一次性電極，電極帽上有導(dǎo)線輸出。
c)肌電電極●可直接應(yīng)用一次性使用三點(diǎn)式肌電電極，采用電極帽聯(lián)接電極，有導(dǎo)線輸出。
●也可以考慮采用三條狀專用肌電電極，有導(dǎo)線直接輸出。
d)皮膚傳導(dǎo)率電極采用銀/氯化銀盤狀電極(8mm)，電極有導(dǎo)線直接輸出。
e)光電容積脈搏換能器采用特制的光電容積脈搏換能盒，該換能器盒側(cè)面開有兩個(gè)小孔，內(nèi)側(cè)圓形小孔為發(fā)光二級(jí)管孔，紅外光發(fā)光二級(jí)管發(fā)射光線，外側(cè)孔為晶體管光探測(cè)器小孔，晶體管光敏管接受光信號(hào)變化，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，放大信號(hào)后輸出。光電探測(cè)器盒，采用電極放大器盒，在其指腹側(cè)打兩個(gè)小孔裝置發(fā)光兩極管和光敏感晶體管和前置放大器，所有元器件裝在電路板上，固定在小盒內(nèi)。電源供應(yīng)由盒內(nèi)的紐扣電池供應(yīng)。
小盒有導(dǎo)線連出，直接輸送信號(hào)至電極放大器。
f)呼吸傳感器呼吸傳感器是一種壓力傳感器，壓力傳感器有導(dǎo)線與之相連，并將呼吸信號(hào)傳送至電極放大器放大。
g)溫度傳感器溫度傳感器通過導(dǎo)線將信號(hào)直接送至電極放大器。
h)血壓傳感器采用監(jiān)護(hù)儀的血壓模塊，自動(dòng)充氣測(cè)量血壓，將信號(hào)直接傳送至A/D轉(zhuǎn)換器。
2)電極式傳感器固定裝置模塊在采集各種生理信號(hào)時(shí)，必須將電極式傳感器安全固定在指定的人體部位，使之不能移動(dòng)，但不能有太大壓力影響信號(hào)采集，不同的電極式傳感器有不同的固定裝置及方法，現(xiàn)描述如下a)腦電電極腦電電極可以裝置在彈性繃帶內(nèi)。彈性繃帶可以用尼龍搭扣固定?？梢愿鶕?jù)需要固定腦電電極在任何顱腦部位，必要時(shí)，也可以采用彈性繃帶將腦電電極固定在前額。腦電參考電極通常用鉗夾式電極固定在耳垂。
b)心電電極直接用一次性電極粘貼在相應(yīng)部位即可。
c)肌電電極●采用一次性電極時(shí)，可以直接粘貼在相應(yīng)部位(通常在前臂，后背)。
●采用可重復(fù)使用電極時(shí)，可以采用彈性繃帶固定的方式。這種固定方式僅適合用于手臂或腿部時(shí)，如果測(cè)試部位在其他身體部位，最好采用膠帶固定方式。
d)皮膚傳導(dǎo)率電極皮膚傳導(dǎo)率電極分別由兩個(gè)彈性繃帶固定在兩個(gè)手指上，導(dǎo)線直接從電極聯(lián)接輸出至電極放大器。
e)光電容積脈搏傳感器●手指型光電容積脈搏傳感器通過彈性繃帶固定在手指末端。
●耳垂型光電容積脈搏傳感器采用鉗類方式固定在耳垂部位。
f)呼吸傳感器呼吸傳感器可以通過彈性繃帶固定在胸壁和腹壁。彈性繃帶長度可以通過調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)。呼吸傳感器直接有導(dǎo)線輸出至電極放大器。
g)溫度傳感器溫度傳感器固定部位和固定方式與皮膚傳導(dǎo)率電極完全一致。有時(shí)可以將兩個(gè)傳感器固定在一個(gè)手指。
h)血壓傳感器血壓傳感器可以通過袖套帶固定在手指或手腕部位。
上述各種固定電極式換能器的彈性繃帶可以自制。根據(jù)不同用途，選擇不同長度的彈性繃帶。彈性繃帶末端有尼龍搭扣可以固定。彈性繃帶可以是任何化纖織物，最好選擇與皮膚相容性好，柔軟舒適，手感好，有一定彈性的織物。電極固定在彈性繃帶可以采用任何形式固定方式，包括粘貼，粘，固定等多種方式。
3)電極放大器模塊及其輸出導(dǎo)線，端子電極放大器是對(duì)采集的生理信號(hào)進(jìn)行前置放大，以適合A/D轉(zhuǎn)換的形式輸入A/D轉(zhuǎn)換器，電極放大器與電極式傳感器直接用導(dǎo)線想連接，電極放大器的輸出信號(hào)從輸出端經(jīng)導(dǎo)線和接線插子聯(lián)接到數(shù)據(jù)采集板，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
電極放大器可以采用通用型放大電路(見圖2)，心電電極放大器也可以采用心電專用放大電路(見圖3)。電極放大器外形(見圖1)，由一個(gè)扁平狀塑料盒，內(nèi)裝放大電路板，并有前后端導(dǎo)線輸入、輸出。
電極放大器塑料外殼可以模具，注塑成形。該外殼也可以用作光電容積換能器外殼(在前板打兩個(gè)孔)，或用作呼吸傳感器盒。
電極放大器輸出信號(hào)為電壓，輸出范圍為0-5V。
4)USB接口模塊(僅適用于智能集成傳感器)智能型集成傳感器是直接將信號(hào)傳送至個(gè)人電腦USB接口，因此，內(nèi)含A/D轉(zhuǎn)換，編碼及USB接口專用芯片。這個(gè)模塊僅適合用于智能型傳感器(七)集成化生理信號(hào)傳感器1)集成化心電信號(hào)傳感器由心電電極，電極聯(lián)線，心電信號(hào)專用放大器，心電信號(hào)輸出導(dǎo)線及接口端子組成。可以完成單路心電信號(hào)采集，前置放大的功能?？蓮V泛應(yīng)用于多種心電信號(hào)采集裝置，監(jiān)護(hù)裝置，家庭健康裝置，遠(yuǎn)程醫(yī)療裝置，心電Holter，多路心電分析裝置，心電監(jiān)護(hù)裝置中，尤其在普及型，家用經(jīng)濟(jì)型健康裝置應(yīng)用中具有極大的市場(chǎng)潛力。
2)集成化腦電信號(hào)傳感器由腦電電極，電極聯(lián)線，腦電信號(hào)專用放大器組成?？梢酝瓿蓡温纺X電信號(hào)采集，前置放大的功能。可廣泛應(yīng)用于腦電監(jiān)護(hù)，生物反饋，癲癇診斷，生理監(jiān)護(hù)，麻醉監(jiān)護(hù)，生理分析，電腦游戲等多種設(shè)備。
3)集成化肌電信號(hào)傳感器由肌電電極，電極聯(lián)線，肌電信號(hào)專用放大器組成?？梢酝瓿蓡温芳‰娦盘?hào)采集，前置放大的功能?？蓮V泛應(yīng)用于生物反饋，運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)，電腦游戲，健身設(shè)備，物理治療，康復(fù)治療等多種設(shè)備。
4)集成化皮膚傳導(dǎo)率傳感器由皮膚傳導(dǎo)率電極，電極聯(lián)線，電極直流電壓輸出及放大器組成。可以廣泛應(yīng)用于生物反饋，壓力管理，生物監(jiān)護(hù)，超能量測(cè)試，人體能量測(cè)試等多個(gè)領(lǐng)域。
5)集成化光電容積式脈搏傳感器由光電換能器(發(fā)光二級(jí)管，或紅外線發(fā)光二級(jí)管和光敏管組成)，放大器及導(dǎo)線組成?？梢苑胖迷谥讣?，耳垂，前額測(cè)試脈搏波信號(hào)。可以廣泛應(yīng)用于生物反饋，電腦游戲，壓力管理，放松訓(xùn)練，生理監(jiān)護(hù)，運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)等多種設(shè)備。
6)集成化溫度傳感器由溫度傳感器，放大電路及導(dǎo)線組成?？梢圆杉?，放大單路人體體表溫度信號(hào)?？梢詮V泛應(yīng)用于生理監(jiān)護(hù)，生物反饋，電腦游戲等設(shè)備。
7)集成式呼吸傳感器a)壓力型由壓力傳感器，放大器，及導(dǎo)線組成。可以采集，放大呼吸和呼吸的頻率，幅度周期。
b)溫度傳感器+放大器可以廣泛應(yīng)用于生物反饋，生物監(jiān)護(hù)，電腦游戲等設(shè)備。
(八)智能型生理信號(hào)傳感器1)腦電，心電，肌電集成化生理信號(hào)傳感器(圖6)a)電極電極可以采用銀/氯化銀或狀電極(腦電最常采用)或一次性電極(心電最常采用)，帶帽狀接口，或三點(diǎn)式電極(肌電最常采用)，帶帽狀接口?？梢愿鶕?jù)不同應(yīng)用分別確定。
b)電極帽狀接口聯(lián)接導(dǎo)線。電極帽狀接口用于連接導(dǎo)線將信號(hào)輸出。
c)電極放大器盒。電極放大器盒由外殼輸入導(dǎo)線，放大器電路板，輸出導(dǎo)線組成。電極放大器外殼由普通工程塑料或塑料材料制備，扁平狀，長方形，密封狀，僅在前板有三根導(dǎo)線輸入(三根電極聯(lián)接導(dǎo)線)，在后板有一根輸出導(dǎo)線輸出，輸出導(dǎo)線末端帶有接口端子，可以直接聯(lián)接在DAQ扳上。電極放大器的電路設(shè)計(jì)可以采用通用型高性能生物放大電路，也可以采用專用放大電路，如心電信號(hào)可以采用心電信號(hào)專用放大電路。
d)輸出導(dǎo)線及接口端子。輸出導(dǎo)線聯(lián)接放大器的信號(hào)輸出端，通過輸出導(dǎo)線出口端子，直接聯(lián)接至DAQ扳的A/D轉(zhuǎn)換器輸入口，也可以直接聯(lián)接其他生理信號(hào)采集裝置加轉(zhuǎn)換器輸入端(例如，移動(dòng)型生理信號(hào)采集裝置或手持型生物反饋訓(xùn)練裝置)，輸出導(dǎo)線長度及輸出端子的型號(hào)取決于輸入設(shè)備輸入端口的尺寸及型號(hào)。
2)智能型皮膚傳導(dǎo)率傳感器智能型皮膚傳導(dǎo)率傳感器采用的電極為銀/氯化銀電極+盤狀電極。用彈性繃帶固定在兩個(gè)手指末端，其輸入導(dǎo)線，電極放大器，輸出導(dǎo)線及端子與腦電，心電，肌電集成型皮膚傳導(dǎo)率傳感器完全一致。
最重要的區(qū)別在于，集成型皮膚傳導(dǎo)率傳感器必須有持續(xù)的直線電壓輸出至兩個(gè)電極，輸出電壓為0.5伏，輸出電流＜10mA。因此在設(shè)計(jì)高性能生物放大器時(shí)應(yīng)該在輸入電線接口端增加直線電壓輸出，其余相同，生物放大電路可以采用通用型高性能生物放大電路。
兩個(gè)銀/氯化銀傳感器為盤狀電極，固定在彈性繃帶中央。每個(gè)盤狀電極約8mm，在兩個(gè)電極上持續(xù)提供微弱電壓，電壓為0.5V(最大不能超過3V)，輸出電流＜10mA，測(cè)量單位為傳導(dǎo)率(Micromhos)輸出范圍0.5-50micromhos。
3)智能型光電脈搏傳感器集成型光電脈搏傳感器采用的發(fā)光二級(jí)管(680wm波長)或遠(yuǎn)紅外線發(fā)光二級(jí)管，作為發(fā)射光源，利用光敏感型晶體管作為光探測(cè)器，感應(yīng)反射的光線，根據(jù)血容量的搏動(dòng)，而形成的脈搏波形，經(jīng)專門設(shè)計(jì)的放大器放大后，輸入A/D轉(zhuǎn)換器。
組成包括，發(fā)光二級(jí)管，光探測(cè)三級(jí)管，連接光探測(cè)晶體管的前置放大電路，光電探測(cè)器盒，固定光電探測(cè)器的彈性繃帶，輸出導(dǎo)線及端子。固定在手指的光電探測(cè)器，為手指型光電探測(cè)器，耳垂型光電探測(cè)器固定在人的耳垂，光電探測(cè)器為鉗類型，固定在耳垂。
光電探測(cè)器放大器電路原理圖見圖10，采用美國德州儀器公司(TI)的新型OPA380放大芯片，進(jìn)行前置放大，放大的信號(hào)進(jìn)入電極放大器進(jìn)一步處理后，輸入至A/D轉(zhuǎn)換器(DAQ扳)。
4)智能型呼吸傳感器集成型呼吸傳感器是將壓力傳感器固定在彈性繃帶上，測(cè)試呼吸時(shí)固定在胸壁和腹壁，隨著呼吸時(shí)胸壁和腹壁的擴(kuò)張和收縮，記錄呼吸時(shí)的波形、頻率和幅度。由壓力傳感器，彈性繃帶，傳感器放大器及其聯(lián)接導(dǎo)線組成。
5)集成型體溫傳感器集成型體溫傳感器由體溫接頭，體溫傳感器，傳感器放大器，聯(lián)接導(dǎo)線等組成，放置在手指，用于測(cè)量人體末梢體溫。經(jīng)常與皮膚傳導(dǎo)率傳感器置放在同一手指。
在測(cè)試中，體溫傳感器將人體體溫轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，傳輸至傳感器放大器放大后，至A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換。
6)智能型傳感器系統(tǒng)多種集成型傳感器共同配置后，可以很方便的組成不同系統(tǒng)，以適合不同臨床及研究工作的需要。多種集成型傳感器可以共同配置一個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊。在數(shù)據(jù)采集模塊中，各種生理信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并將信號(hào)編碼后經(jīng)過專用接口電路(USB，或RS232c，或PCI卡)直接輸入電腦。
集成型傳感器系統(tǒng)也可以將采集信號(hào)直接輸入其他外置設(shè)備，例如，以單片機(jī)為核心處理模塊的移動(dòng)型裝置等。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及應(yīng)用于生理信號(hào)采集和調(diào)理的生理信號(hào)傳感器和調(diào)理裝置，尤其涉及一種集生理信號(hào)采集和信號(hào)放大調(diào)理一體化的集成化、智能型生理信號(hào)傳感器。這種集成化、智能型生理信號(hào)傳感器可以作為一個(gè)整合的模塊化結(jié)構(gòu)直接與DAQ板連接而廣泛應(yīng)用于多種醫(yī)療儀器設(shè)備，健康產(chǎn)品中。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)集成化生理信號(hào)傳感器，集生理信號(hào)的采集和放大調(diào)理為一體，經(jīng)電極或換能器采集生物電信號(hào)，或經(jīng)換能器將人體非電信號(hào)(溫度，壓力)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后，采用高共模抑制比，高性能生物電放大器放大調(diào)理信號(hào)后輸出，輸出的信號(hào)可以直接進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)入模/數(shù)轉(zhuǎn)換。信號(hào)輸出是電壓信號(hào)，輸出范圍在0-5V，符合多數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器輸入的要求。集成化生理信號(hào)傳感器是由電極或換能器，結(jié)合高性能生物放大器構(gòu)成，電極或換能器采集電信號(hào)或轉(zhuǎn)換非電信號(hào)為電信號(hào)后通過導(dǎo)線輸入高性能生物電放大器，經(jīng)放大器放大后的信號(hào)，通過導(dǎo)線輸出。
3.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，根據(jù)不同的生理信號(hào)類型，可以設(shè)計(jì)不同的，專用型或通用型生理信號(hào)集成化傳感器，這些集成化傳感器包括但不限于集成化肌電信號(hào)傳感器，集成化心電信號(hào)傳感器，集成化腦電信號(hào)傳感器，集成化皮膚傳導(dǎo)率傳感器，集成化光電容積式脈搏傳感器，集成化溫度傳感器，集成化呼吸傳感器。
4.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，設(shè)計(jì)智能型生理信號(hào)傳感器也能滿足本發(fā)明的目的，方法是將上述各種集成化生理信號(hào)傳感器單獨(dú)或根據(jù)需要數(shù)種組合，同時(shí)應(yīng)用集成型微處理單片機(jī)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，信號(hào)調(diào)理，編碼后以USB接口的形式直接與個(gè)人電腦連接，直接將信號(hào)傳輸入個(gè)人電腦，進(jìn)行進(jìn)一步處理。通過這種智能型生理信號(hào)傳感器再加上信號(hào)采集，傳輸，顯示，分析專用電腦軟件，可以使任何一臺(tái)個(gè)人電腦成為集生理信號(hào)采集，監(jiān)護(hù)，分析為一體的強(qiáng)大工具。智能型生理信號(hào)傳感器包括但不限于，腦電、心電、肌電智能型生理信號(hào)傳感器，智能型皮膚傳導(dǎo)率傳感器，智能型光電脈搏傳感器，智能型呼吸傳感器，智能型體溫傳感器，智能型傳感器系統(tǒng)等。
5.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，在集成化生理信號(hào)傳感器中，根據(jù)用途不同，生物電信號(hào)放大器可以采用通用型電極放大器和專用型生理信號(hào)前置放大器進(jìn)行生理信號(hào)的放大和調(diào)理。
6.按照權(quán)利要求1所述的裝置中，通用型電極放大器特征是●電極與傳感器直接連接，提供生理信號(hào)的前置放大?！駟瓮ǖ婪糯箅娐?，每個(gè)電極放大器僅放大一路信號(hào)?！耠姌O放大器輸出的是電壓信號(hào)，輸出范圍0-5V。●電極放大器輸出的信號(hào)直接輸入數(shù)據(jù)采集板的輸入端口?！耠姌O放大器的電源供應(yīng)為5V，來源于數(shù)據(jù)采集板。
7.按照權(quán)利要求1所述的裝置中，專用型生理信號(hào)前置放大器特征是，專用型生理信號(hào)前置放大器結(jié)構(gòu)主要用于多道心電信號(hào)采集，心電監(jiān)護(hù)，特別適合于心電信號(hào)的放大和調(diào)理，但也可以用于其他生理信號(hào)。該放大器主要用于放大0.05Hz到100Hz的心電信號(hào)。電路設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是加大共模抑制比，濾除50Hz的共頻干擾，濾除由于人體與電極間移動(dòng)產(chǎn)生得300mv的直流電。該電路采用5V的電源供應(yīng)，同樣采用4節(jié)AA充電電池供電。電路圖中A1運(yùn)算放大器可以刪除，取決于電阻的大小。電路圖中輸出端連接ADS8321后連接TMS320DSP。在本路應(yīng)用時(shí)，輸出端直接連接到輸出端口，通過端子和導(dǎo)線將放大后的信號(hào)直接送至DAQ扳，輸出電壓0-5V范圍。放大器除了可以應(yīng)用于心電信號(hào)放大外，也可以用于其他生理信號(hào)放大。
全文摘要
本發(fā)明涉及應(yīng)用于生理信號(hào)采集和調(diào)理的生理信號(hào)傳感器和調(diào)理裝置，尤其涉及一種集生理信號(hào)采集和信號(hào)放大調(diào)理一體化的集成化、智能型生理信號(hào)傳感器。這種集成化、智能型生理信號(hào)傳感器可以作為一個(gè)整合的模塊化結(jié)構(gòu)直接與DAQ板連接而廣泛應(yīng)用于多種醫(yī)療儀器設(shè)備，健康產(chǎn)品中。
文檔編號(hào)G06Q50/00GK1768701SQ20051002799
公開日2006年5月10日 申請(qǐng)日期2005年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月21日
發(fā)明者高春平 申請(qǐng)人:高春平