專利名稱：多路呼吸感應(yīng)體積描記器傳感線圈的激勵方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬一種呼吸狀況檢測方法及裝置，具體涉及一種用于測量記錄人體呼吸運動的多路呼吸感應(yīng)體積描記器傳感線圈的激勵方法及裝置。
背景技術(shù)：
呼吸感應(yīng)體積描記(RIP)技術(shù)是一種能夠無創(chuàng)測量通氣量并能夠進(jìn)行定量分析的方法，其測量裝置的主要結(jié)構(gòu)是將兩條絕緣傳感線圈通過彈性縛帶分別纏繞在被測對象的胸部和腹部或其它部位，呼吸運動可導(dǎo)致胸部和腹部的收縮，從而帶來胸、腹相應(yīng)部位截面積的變化，在彈性縛帶的帶動下，絕緣傳感線圈所圍繞的截面積也跟著發(fā)生變化，從而帶來線圈電感量的變化，呼吸感應(yīng)體積描記器通過檢測傳感線圈自感的變化來檢測胸、腹相應(yīng)部位截面積的變化，描記胸部和腹部的呼吸運動。實現(xiàn)自感量變化檢測的方法有多種如將線圈作為一個電容三點式諧振電路的一個電感元件，呼吸運動帶來電感量的變化，從而導(dǎo)致諧振電路諧振點的變化，通過檢測諧振點的頻移或者振蕩波形幅度的改變可以實現(xiàn)自感變化的檢測；也可以將絕緣傳感線圈作為一個純粹的感性負(fù)載，在高頻信號激勵源的作用下，自感的變化必然導(dǎo)致傳感線圈兩端電壓值的改變，通過檢測電壓值的改變可以實現(xiàn)線圈自感變化的檢測。
無論哪一種檢測方法都需要有一個激勵電流流過傳感線圈，從而在被測部位截面積發(fā)生改變時能夠檢測出相應(yīng)量(電壓或者頻率)的變化，現(xiàn)有多路呼吸感應(yīng)體積描記器的傳感線圈激勵裝置存在兩大問題1、激勵功率與耗電量之間存在矛盾由于作為傳感器的RIP線圈自身的電感量很小(2uH左右)，胸部或者腹部截面積的變化帶來電感的變化量更小，為了檢測出電感量的變化，獲得高質(zhì)量的信號，獲得高的信噪比，希望激勵電流大，而大的激勵電流必然帶來系統(tǒng)耗電量增加，因而存在激勵功率與耗電量之間的矛盾。
2、各路(如胸部和腹部或更多路)RIP傳感線圈之間存在易相互干擾的問題。
呼吸感應(yīng)體積描記器是通過檢測傳感線圈自感的變化來描記胸、腹呼吸運動的，在胸、腹兩條傳感線圈都通過激勵電流的情況下，一路傳感線圈的電磁場會對另一路傳感線圈產(chǎn)生干擾，即兩路傳感信號互相串?dāng)_，從而導(dǎo)致一路線圈中電感的變化既會有自感的成分也會有互感的成分，影響了各路傳感信號的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種既能保證較高的激勵功率，又能有較低的耗電量，且能減少各路傳感信號之間干擾的多路呼吸感應(yīng)體積描記器傳感線圈的激勵方法及裝置。
解決上述問題的方法是(參見圖1)設(shè)置高頻信號激勵源，分別對各路傳感線圈周期性地施加脈沖激勵，所述脈沖激勵是指在一定脈沖寬度(td)時間內(nèi)施加高頻激勵信號，并對各路傳感線圈(L1、L2…Ln)采用分時激勵的方法。
上述分時激勵是指對各路傳感線圈的激勵脈沖分布在不同的時間段內(nèi)，故在任一時刻內(nèi)，最多只有一路傳感線圈被激勵。
上述方法的優(yōu)選方案是所述對傳感線圈施加激勵脈沖的脈沖寬度(td)與激勵源信號周期(Ts)的比值(td/Ts)不小于30；再一優(yōu)選方案是所述激勵脈沖寬度(td)與在時序上兩相鄰傳感線圈被相繼激勵的脈沖間隔(TI)的比值(td/TI)應(yīng)不大于0.5。
采用本發(fā)明方法的裝置為(參見圖2)設(shè)有高頻信號激勵源、不少于兩路的傳感線圈，其特征在于所述的激勵源輸出端通過由時序信號控制的多路脈沖開關(guān)電路與各路傳感線圈連接，多路開關(guān)電路按時序循環(huán)地逐次接通各路傳感線圈，使傳感線圈在脈沖寬度接通時間內(nèi)被激勵源的高頻信號激勵，各路傳感線圈輸出端與信號調(diào)理電路連接，所述信號調(diào)理電路輸出端與由時序信號控制的多路開關(guān)電路連接，多路開關(guān)電路按時序分別輸出各路傳感信號。
本發(fā)明方法對各路傳感線圈采用分時脈沖式激勵的方法，參見圖1所示n路傳感線圈被分時周期性脈沖激勵的時序圖從該圖可看出，各傳感線圈被分時地脈沖激勵(傳感線圈僅在各脈沖寬度時間內(nèi)被高頻激勵信號激勵)圖中td為傳感線圈被周期性脈沖激勵的脈沖寬度，TD為各路傳感線圈被脈沖激勵的周期，TI為在時序上兩相鄰傳感線圈被相繼激勵的激勵脈沖間隔(也是各傳感線圈被脈沖激勵的最小的脈沖間隔)；令η＝td/TD為各傳感線圈被激勵的脈沖占空比，η應(yīng)＜＜1，越小，耗電量越小。
令α＝td/TI為激勵脈沖寬度td與在時序上兩相鄰傳感線圈被相繼激勵的激勵脈沖間隔TI的比值，其比值一般滿足α≤0.5時，便能較好的消除各RIP傳感器之間的互相干擾。
從該圖還可看出本發(fā)明所提出的分時脈沖式激勵方案可驅(qū)動的RIP傳感線圈數(shù)量在1~[TD/TI]之間，最多可驅(qū)動[TD/TI]個RIP傳感器。
本發(fā)明裝置的工作原理是激勵源產(chǎn)生高頻激勵信號，通過由時序信號控制的多路開關(guān)電路接各路傳感線圈，多路開關(guān)電路按時間順序循環(huán)地依次分時接通各路傳感線圈，使各傳感線圈僅在被周期性的脈沖開關(guān)信號接通時被激勵源的高頻信號激勵，而且各路傳感線圈是依次在不同的時間段內(nèi)被接通，因此同一時間里，最多只有一路線圈被激勵，各路傳感線圈分別在不同時間段內(nèi)輸出的傳感信號輸入到同一信號調(diào)理電路調(diào)理后串行輸出，再通過由時序信號控制的多路脈沖開關(guān)電路按時序分別輸出與各路傳感線圈對應(yīng)的傳感信號。
本發(fā)明方法對各路RIP傳感線圈采用分時脈沖式激勵的方案，由于各RIP傳感線圈僅在周期性的脈沖寬度時間內(nèi)被激勵，所以即使為提高信噪比而加大激勵信號的功率，其平均功率是較低的，只要賦予一定的脈沖占空比，即可保持較低的平均耗電量，解決了激勵功率與耗電量之間存在的矛盾；又由于對各傳感線圈進(jìn)行分時脈沖式激勵，每一時刻最多只有一路傳感線圈被激勵，從而可解決各路傳感線圈之間存在的互相干擾問題。本發(fā)明裝置不僅具有上述優(yōu)點，而且僅采用一個激勵源，即實現(xiàn)了對各路傳感線圈的分時脈沖激勵。


圖1、本發(fā)明方法多路傳感線圈L1、L2…Ln被分時周期性脈沖激勵的時序2、本發(fā)明裝置的方框原理3、本發(fā)明裝置實施例的激勵源和時序信號產(chǎn)生電路4、本發(fā)明裝置實施例的由多路開關(guān)電路控制的各路傳感線圈電路5、本發(fā)明裝置實施例的信號調(diào)理及多路開關(guān)輸出電路6、本發(fā)明裝置實施例的多路輸出傳感信號的信號調(diào)理電路圖具體實施方案下面結(jié)合采用本發(fā)明方法的裝置實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
本例設(shè)有胸、腹兩路傳感線圈L1.RIP1和L2.RIP2。
見圖3激勵源和時序信號產(chǎn)生電路，本例設(shè)有3.2768M有源晶振電路，該晶振電路的3.2768M振蕩方波輸出端接74HC393分頻器U1A分頻，分頻器輸出端5腳輸出系統(tǒng)需要的409K振蕩信號激勵源；分頻器U1A輸出端6腳輸出3.2768M振蕩方波，進(jìn)一步經(jīng)過74HC393分頻器U1B、U2A、U2B分頻，產(chǎn)生時序信號，該時序信號經(jīng)過3-8譯碼器74HC138譯碼，產(chǎn)生控制多路開關(guān)所需要的時序信號A、B、C、D，控制信號A、B經(jīng)過反相器74HC00產(chǎn)生控制信號E。
見圖4由多路開關(guān)電路控制的各路傳感線圈電路，多路脈沖開關(guān)電路由模似開關(guān)電路MAX312及外圍電路組成，時序信號A、B分別接該模似開關(guān)電路控制端1、8腳，激勵源輸出的409K激勵信號經(jīng)過一級由Q11組成的跟隨器后接模擬開關(guān)電路MAX312的3、6腳，模似開關(guān)電路輸出端2、7腳分別接傳感線圈RIP1和RIP2，時序控制信號A和B控制MAX312模似開關(guān)電路的關(guān)斷，使模似開關(guān)電路分時對兩路傳感線圈分別施加周期性的脈沖開通信號，兩傳感線圈分別在周期性的脈沖開通寬度時間內(nèi)被409K激勵信號分時激勵，傳感線圈RIP1和RIP2輸出端與由運算放大器AD8032組成的放大電路連接，進(jìn)行信號調(diào)理放大，輸出signal串行傳感信號。
經(jīng)實驗，所述模似開關(guān)電路最大導(dǎo)通電阻值以小于10Ω為佳。
見圖5信號調(diào)理及多路開關(guān)輸出電路，運算放大器AD8032組成第二級調(diào)理放大電路，其輸出端接由MAX312模似開關(guān)電路組成的多路開關(guān)電路，時序信號C、D、E分別接多路開關(guān)電路的控制端9、16、8腳，多路開關(guān)電路的14、11腳分別為RIP1和RIP2兩路傳感信號輸出端，在該電路里，傳感信號經(jīng)第二級調(diào)理放大后，串行的傳感信號通過由時序信號控制的多路開關(guān)電路被復(fù)原成兩路傳感信號RIP1和RIP2輸出。
見圖6多路輸出傳感信號的信號調(diào)理電路，由A3B、A3C兩集成電路MAX4164組成兩級信號放大調(diào)理電路，由A3A、A3D兩集成電路MAX4164組成另一兩級信號放大調(diào)理電路，兩路傳感信號RIP1和RIP2分別與這兩個放大調(diào)理電路輸入端連接，兩放大調(diào)理電路輸出端分別輸出胸、腹兩路呼吸傳感信號RC和AB。
激勵脈沖寬度td與激勵源的信號周期為Ts兩參數(shù)的選擇原則是激勵脈沖寬度td應(yīng)在滿足采樣頻率和盡量降低占空比η的前提下適當(dāng)顧及脈沖寬度td與激勵源驅(qū)動信號周期Ts之間的比值，為盡量減少RIP網(wǎng)絡(luò)瞬態(tài)特性對測量結(jié)果的影響，td/Ts一般應(yīng)以不小于30為好，在本例中，激勵信號為409kHZ，Ts≈2.5us，選擇td＝320us，td/Ts約為128。
本例對RIP傳感線圈測量的采樣頻率為50HZ，因此TD＝20ms，η＝td/TD＝0.32ms/20ms＝0.016，遠(yuǎn)小于1，對一路RIP傳感線圈而言，當(dāng)脈沖瞬間激勵電流達(dá)到40ma時，其平均激勵電流才僅為0.64ma。
本發(fā)明裝置激勵源可以采用有源晶振產(chǎn)生的振蕩信號，也可以是振蕩電路產(chǎn)生，也可以是電容三點式振蕩電路本身，RIP傳感線圈作為振蕩電路的電感元件。
權(quán)利要求
1.多路呼吸感應(yīng)體積描記器傳感線圈的激勵方法，設(shè)置高頻信號激勵源，其特征在于分別對各路傳感線圈周期性地施加脈沖激勵，所述脈沖激勵是指在一定脈沖寬度(td)時間內(nèi)施加高頻激勵信號，并對各路傳感線圈采用分時激勵的方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路呼吸感應(yīng)體積描記器傳感線圈的激勵方法，其特征在于所述對傳感線圈施加激勵脈沖的脈沖寬度(td)與激勵源信號周期(Ts)的比值(td/Ts)不小于30。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多路呼吸感應(yīng)體積描記器傳感線圈的激勵方法，其特征在于所述激勵脈沖寬度(td)與各路傳感線圈被激勵的最小脈沖間隔(TI)的比值應(yīng)不大于0.5。
4.多路呼吸感應(yīng)體積描記器傳感線圈的激勵裝置，設(shè)有高頻信號激勵源、不少于兩路的傳感線圈，其特征在于所述的激勵源輸出端通過由時序信號控制的多路脈沖開關(guān)電路與各路傳感線圈連接，多路開關(guān)電路按時序循環(huán)地依次接通各路傳感線圈，使傳感線圈在脈沖寬度接通時間內(nèi)被激勵源的高頻信號激勵，各路傳感線圈輸出端與信號調(diào)理電路連接，所述信號調(diào)理電路輸出端與由時序信號控制的多路開關(guān)電路連接，多路開關(guān)電路按時序分別輸出各路傳感信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多路呼吸感應(yīng)體積描記器傳感線圈的激勵裝置，其特征在于所述的激勵源和時序信號產(chǎn)生電路結(jié)構(gòu)為設(shè)有振蕩電路，振蕩電路與分頻電路連接，分頻電路輸出高頻激勵信號，所述分頻電路輸出端經(jīng)進(jìn)一步分頻后通過譯碼電路輸出時序控制信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的多路呼吸感應(yīng)體積描記器傳感線圈的激勵裝置，其特征在于所述的多路開關(guān)電路由模似開關(guān)電路組成。
全文摘要
多路呼吸感應(yīng)體積描記器傳感線圈的激勵方法及裝置，本發(fā)明方法設(shè)置高頻信號激勵源，其特征在于分別對各路傳感線圈周期性地施加脈沖激勵，所述脈沖激勵是指在一定脈沖寬度(td)時間內(nèi)施加高頻激勵信號，并對各路傳感線圈采用分時激勵的方法，本發(fā)明裝置激勵源輸出端通過由時序信號控制的多路脈沖開關(guān)電路與各路傳感線圈連接，各路傳感線圈輸出端與信號調(diào)理電路連接，所述信號調(diào)理電路輸出端與由時序信號控制的多路開關(guān)電路連接，多路開關(guān)電路按時序分別輸出各路傳感信號。本發(fā)明可解決加大激勵功率與耗電量之間存在的矛盾以及各傳感器之間易存在互相干擾的問題。
文檔編號A61B5/091GK1745708SQ200510090088
公開日2006年3月15日 申請日期2005年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月12日
發(fā)明者俞夢孫, 張政波, 楊福生, 陶祖萊, 謝敏 申請人:中國人民解放軍空軍航空醫(yī)學(xué)研究所, 中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所, 北京新興陽升科技有限公司