觸力傳感器檢測裝置及檢測電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種觸力傳感器檢測裝置，在固定支架兩端設(shè)置的靜態(tài)壓發(fā)生裝置和動(dòng)態(tài)壓發(fā)生裝置，靜態(tài)壓發(fā)生裝置由直線型步進(jìn)電機(jī)和直線型步進(jìn)電機(jī)絲桿組成，動(dòng)態(tài)壓發(fā)生裝置由電磁推桿、凹形推桿、彈簧和T形連桿組成，電磁推桿與凹形推桿固定連接，T形連桿一端嵌設(shè)在凹形推桿內(nèi)，彈簧套設(shè)在T形連桿上且設(shè)置于凹形推桿和T形連桿之間，靜態(tài)發(fā)生裝置和動(dòng)態(tài)發(fā)生裝置之間夾設(shè)被測觸力傳感器和觸力反饋傳感器。本實(shí)用新型既能產(chǎn)生高精度的動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的機(jī)械力，又能模擬中醫(yī)15種脈圖波形輸出的可用于橈動(dòng)脈觸力傳感器和脈象儀動(dòng)態(tài)性能檢測的試驗(yàn)裝置，從而填補(bǔ)了脈象儀和脈搏傳感器無動(dòng)態(tài)性能檢測手段的缺失。
【專利說明】觸力傳感器檢測裝置及檢測電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種傳感器檢測裝置，具體涉及一種橈動(dòng)脈觸力傳感器檢測裝置，本實(shí)用新型還涉及一種橈動(dòng)脈觸力傳感器檢測電路。

【背景技術(shù)】
[0002]橈動(dòng)脈脈搏波觸力傳感器起步于20世紀(jì)50年代，最早用于橈動(dòng)脈采集的傳感器是英國人Marey制作的杠桿式傳感器。1979年上海市醫(yī)療器械檢測所的學(xué)者研制出了——單懸臂梁的橈動(dòng)脈觸力傳感器，之后得到了廣泛應(yīng)用。隨著科技的不斷進(jìn)步和中醫(yī)現(xiàn)代化研究的快速發(fā)展，帶有橈動(dòng)脈觸力傳感器的診斷儀器已經(jīng)從科研走向了臨床，由實(shí)驗(yàn)室手工制作走向了自動(dòng)化生產(chǎn)。除脈象儀之外的其它不是以中醫(yī)傳統(tǒng)醫(yī)理為基礎(chǔ)的橈動(dòng)脈采集設(shè)備如:中心動(dòng)脈壓檢測儀、無創(chuàng)血壓監(jiān)測儀、脈搏波傳導(dǎo)時(shí)間檢測儀等等也發(fā)展迅速，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)這類以橈動(dòng)脈脈搏波觸力傳感器為核心的采集設(shè)備，年球銷售近百萬臺(tái)。
[0003]在基于傳統(tǒng)中醫(yī)理論的橈動(dòng)脈脈搏采集，所用的橈動(dòng)脈信號(hào)采集傳感器種類繁多，性能各異，根據(jù)其工作原理可分為四種:一種是通過感受脈動(dòng)處力的變化而進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的觸力傳感器；另一種則是通過感受脈管容積的變化來描述脈象的光電傳感器；第三種即傳聲器，是利用聲學(xué)原理，拾取由脈搏引起的振動(dòng)，即所謂聽信號(hào)；第四種是超聲多普勒檢測技術(shù)。其中觸力式傳感器使用最為廣泛基礎(chǔ)最好，在已取得醫(yī)療器械注冊(cè)許可的脈象儀中，使用的均為觸力傳感器?；诜侵嗅t(yī)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)發(fā)展起來的血管內(nèi)壓力和波形測量，這類傳感器共有三種:有創(chuàng)血管內(nèi)留置的有創(chuàng)傳感器、無創(chuàng)壓力傳感器和光電類傳感器。在橈動(dòng)脈處進(jìn)行的無創(chuàng)體表血壓傳感技術(shù)所用的傳感器，與脈象儀橈動(dòng)脈脈搏波采集所用的傳感器是實(shí)質(zhì)性等同的，也是觸力傳感器。然而，針對(duì)脈搏波觸力傳感器的檢測方法國內(nèi)外制造商各不相同，檢測的科學(xué)性和可重復(fù)性不強(qiáng)，專業(yè)的、精準(zhǔn)的、可動(dòng)態(tài)模擬的、可直接檢測脈搏波觸力傳感器頻響的檢測設(shè)備，檢測設(shè)備依然缺失。一方面，當(dāng)脈象儀缺失了動(dòng)態(tài)性能的考核時(shí)，在產(chǎn)品注冊(cè)檢驗(yàn)中只能考核其靜態(tài)性能指標(biāo)，造成了脈象儀實(shí)際性能與臨床客觀的需求之間可能存有較大差異，診斷儀的有效性受到了挑戰(zhàn)。另一方面，隨著脈搏波采樣診斷儀器產(chǎn)業(yè)化的不斷擴(kuò)大，作為關(guān)鍵部件橈動(dòng)脈脈搏波觸力傳感器的疲勞性能也越來越收到臨床關(guān)注，所用的脈象儀等診斷設(shè)備在使用了若干年后其診斷精度還能保持嗎？若需要調(diào)換脈搏波觸力傳感器，產(chǎn)品整機(jī)還得重新校準(zhǔn)。如果有了橈動(dòng)脈脈搏波傳感器的動(dòng)態(tài)性能檢測設(shè)備，同時(shí)又能建立一個(gè)脈搏波傳感器的標(biāo)準(zhǔn)，這樣就能對(duì)傳感器統(tǒng)一質(zhì)量，可在不重新調(diào)整整機(jī)的情況直接完成傳感器的更換。同類產(chǎn)品中有創(chuàng)血管內(nèi)血壓傳感器，就有美國標(biāo)準(zhǔn)ANSI/AAMI BP22《血壓傳感器Blood pressure transducers》，中國也制定了該傳感器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YY0781。
[0004]綜上所述，我們向國際標(biāo)準(zhǔn)化組織IS0/TC249提出了脈搏波觸力傳感器國際標(biāo)準(zhǔn)提案，該提案包括主要技術(shù)在性能要求和試驗(yàn)方法，并成功獲得國際標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)(IS019614)。同時(shí)我們也為此研發(fā)了一種既能檢測橈動(dòng)脈脈搏波觸力傳感器的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能，又能檢測橈動(dòng)脈脈搏波觸力傳感器疲勞性和重復(fù)性的檢測裝置，該裝置可用于脈搏傳感器(或含有脈搏傳感器的脈象儀等輔助診斷儀器)的檢測。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種觸力傳感器檢測裝置，它可以可用于脈搏傳感器(或含有脈搏傳感器的脈象儀等輔助診斷儀器)的檢測。
[0006]為了解決以上技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種觸力傳感器檢測裝置，在固定支架兩端設(shè)置的靜態(tài)壓發(fā)生裝置和動(dòng)態(tài)壓發(fā)生裝置，所述靜態(tài)壓發(fā)生裝置由直線型步進(jìn)電機(jī)和直線型步進(jìn)電機(jī)絲桿組成，所述動(dòng)態(tài)壓發(fā)生裝置由電磁推桿、凹形推桿、彈簧和T形連桿組成，所述電磁推桿與所述凹形推桿固定連接，所述T形連桿一端嵌設(shè)在所述凹形推桿內(nèi)，所述彈簧套設(shè)在所述T形連桿上且設(shè)置于所述凹形推桿和所述T形連桿之間，所述靜態(tài)發(fā)生裝置和所述動(dòng)態(tài)發(fā)生裝置之間夾設(shè)被測觸力傳感器和觸力反饋傳感器。
[0007]優(yōu)選地，本實(shí)用新型的觸力傳感器檢測裝置，所述觸力反饋傳感器和所述被測觸力傳感器之間具有軟墊。
[0008]優(yōu)選地，本實(shí)用新型的觸力傳感器檢測裝置，所述直線型步進(jìn)電機(jī)絲桿的端部具有靜壓推片。
[0009]優(yōu)選地，本實(shí)用新型的觸力傳感器檢測裝置，所述凹形推桿側(cè)壁具有多個(gè)空氣通道。
[0010]本實(shí)用新型還公開了一種基于權(quán)利要求1所述裝置的觸力傳感器檢測電路，包括主控制器，及分別與所述主控制器連接的磁控制驅(qū)動(dòng)電路和靜態(tài)壓步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路，所述磁控制驅(qū)動(dòng)電路與電磁推桿連接，所述磁控制驅(qū)動(dòng)電路和所述靜態(tài)壓步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路分別與觸力反饋放大器連接，所述觸力反饋放大器與所述觸力反饋傳感器連接。
[0011]優(yōu)選地，本實(shí)用新型的觸力傳感器檢測電路，所述控制器通過USB通訊模塊與PC主機(jī)連接。
[0012]優(yōu)選地，本實(shí)用新型的觸力傳感器檢測電路，所述控制器與一個(gè)多波形存儲(chǔ)器連接。
[0013]本實(shí)用新型的觸力傳感器檢測裝置和檢測電路既能產(chǎn)生高精度的動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的機(jī)械力，又能模擬中醫(yī)15種脈圖波形輸出的可用于橈動(dòng)脈觸力傳感器和脈象儀動(dòng)態(tài)性能檢測的試驗(yàn)裝置，從而填補(bǔ)了脈象儀和橈動(dòng)脈傳感器無動(dòng)態(tài)性能檢測手段的缺失。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0015]圖1是檢測設(shè)備輸出不同的靜態(tài)機(jī)械力，同時(shí)在不同的靜態(tài)機(jī)械力上疊加動(dòng)態(tài)機(jī)械力，輸出的機(jī)械觸力信號(hào)的示意圖；
[0016]圖2是脈圖的基本形態(tài)示意圖；
[0017]圖3是兩個(gè)不同時(shí)間常數(shù)下采集的同一橈動(dòng)脈脈象信號(hào)對(duì)照示意圖；
[0018]圖4是本實(shí)用新型觸力傳感器檢測裝置的結(jié)構(gòu)組成示意圖；
[0019]圖5是本實(shí)用新型的控制電路工作原理示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]1.臨床要求
[0021]1.1靜態(tài)壓和動(dòng)態(tài)壓的范圍
[0022]我們將脈象儀采集人體脈搏信號(hào)時(shí)施加于被采集者的的外部壓力稱為靜態(tài)壓，將采集到的被采集者的脈搏跳動(dòng)信號(hào)稱為動(dòng)態(tài)壓。
[0023]檢測設(shè)備需輸出不同的靜態(tài)機(jī)械力，同時(shí)在不同的靜態(tài)機(jī)械力上疊加動(dòng)態(tài)機(jī)械力，輸出的機(jī)械觸力信號(hào)如圖1所示。為了符合臨床中醫(yī)的習(xí)慣，本裝置中力的單位采用牛頓(N)的同時(shí)也用了克(g)。脈象傳感器在采集橈動(dòng)脈的脈搏信號(hào)時(shí)，必須遵循中醫(yī)切脈時(shí)的舉、按、尋手法。中醫(yī)把脈是需要向下按壓的，既在不同的“按壓力”下感知出不同的橈動(dòng)脈(寸口脈)的跳動(dòng)幅度。用工程技術(shù)的語言來描述即為，在外部分別施加不同的靜壓力條件下，采集橈動(dòng)脈的動(dòng)態(tài)波形。
[0024]若觸力傳感器有效觸力面能覆蓋單部橈動(dòng)脈跳動(dòng)，那么動(dòng)態(tài)觸力與靜態(tài)觸力的范圍如下表一:
[0025]表一
[0026]
^5設(shè)備力的輸出范圍參數(shù)設(shè)定的依據(jù)

統(tǒng)計(jì)了國內(nèi)注冊(cè)脈象儀企業(yè)的最大靜態(tài)加壓值為500g，正在靜態(tài)起草的脈象儀國際標(biāo)準(zhǔn)

(IS0/WD/18615)中暫定的最大加壓值換算成力是400g。

統(tǒng)計(jì)了國內(nèi)注冊(cè)的脈象儀企業(yè)的脈搏動(dòng)態(tài)值的企標(biāo)規(guī)定最大
0-120g值為80g，正在起草的脈象儀
2心連續(xù)可調(diào)國際標(biāo)準(zhǔn)(IS0/WD/18615)中

暫定的最大脈搏動(dòng)態(tài)值換算成力是60g。
[0027]1.2橈動(dòng)脈的脈象波(脈圖或稱為脈搏波)
[0028]在長期的脈象客觀化研究中，已積累了大量的有共性的脈搏數(shù)據(jù)樣本數(shù)據(jù)，其中具有初步共性的代表典型性的脈圖波形共15種，作為中醫(yī)診斷脈象的基本依據(jù)。帶輔助診斷功能的脈象儀，其可輔助分析診斷的橈動(dòng)脈脈象信號(hào)也都包含這15種:浮脈、沉脈、遲脈、數(shù)脈、緩脈、疾脈、結(jié)脈、代脈、促脈、虛脈、弦脈、緊脈、滑脈、澀脈、平脈。脈圖的基本形態(tài)如圖2所示。將這些在中醫(yī)臨床上已基本達(dá)成共識(shí)的橈動(dòng)脈脈搏波，制作成一個(gè)臨床脈象模擬信號(hào)機(jī)械力發(fā)生裝置，這個(gè)裝置就能對(duì)脈象儀輔助分析軟件脈名判斷的準(zhǔn)確性作出一個(gè)客觀的評(píng)價(jià)。這個(gè)模擬脈象信號(hào)發(fā)生裝置，就猶如模擬病癥心電的發(fā)生裝置。
[0029]如圖2所示，其中，各附圖標(biāo)記的含義為:hl主波幅度，h2主波峽幅度，h3重波前波幅度，h4降中峽幅度，h5重搏波幅度，tl對(duì)應(yīng)于左心室的快速射血期，t4對(duì)應(yīng)于左心室的收縮期，t5對(duì)應(yīng)于左心室的舒張期，t為一個(gè)完整的脈動(dòng)周期。
[0030]2系統(tǒng)設(shè)計(jì)
[0031]該檢測系統(tǒng)是由可控的機(jī)械觸力源、反饋用觸力傳感器、控制電路、幅度調(diào)節(jié)器和軟件控制等組成了一個(gè)閉環(huán)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)。其輸入的是由標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器輸入鋸齒波信號(hào)、正弦波信號(hào)、方波，以及與PC接口通訊的模擬人體脈搏跳動(dòng)的模擬脈搏波電信號(hào)，輸出的是觸力信號(hào)。
[0032]檢測系統(tǒng)產(chǎn)生的各種觸力信號(hào)如下表二所示:
[0033]表二
[0034]
名稱頻率的輸出范圍參數(shù)設(shè)定的依據(jù)檢測項(xiàng)目鋸齒0.5-5Hz0.5Hz相當(dāng)?shù)男穆蕿?0次/分鐘波連續(xù)可調(diào)5Hz相當(dāng)?shù)男穆蕿?00次/分鐘〉'

選用IHz,相當(dāng)于60次/分鐘的心

率，此頻率下的動(dòng)態(tài)靈敏度檢測鋸齒具有一定的代表意義。且當(dāng)脈象麻
I Hz動(dòng)態(tài)靈敏度波儀或傳感器的頻響符合要求時(shí)，％

頻率變化是不會(huì)影響靈敏度變

化的，所以頻率可用定值。
正弦0.02-80Hz有研究表明，脈搏波的頻響范圍


頻響波連續(xù)可調(diào)在0.05-40Hz之間

有研宄表明脈象儀的時(shí)間常數(shù)方波0.05 Hz應(yīng)大于2秒，0.05 Hz的方波半個(gè)時(shí)間常數(shù)

周期的時(shí)間是10秒。
模擬不同的脈象有各自的頻率如:將有共識(shí)的脈圖參數(shù)作為模擬脈象儀輔助人體結(jié)脈:脈搏慢且有不規(guī)則的間脈象產(chǎn)生的依據(jù)。 診斷功能一脈搏歇。~~ 致性與否的波代脈:心率失常，二聯(lián)律或三客觀檢測手聯(lián)律等。__ 段。
[0036]鋸齒波觸力信號(hào)，用于檢測脈率的準(zhǔn)確性，以及傳感器或者脈象儀的動(dòng)態(tài)靈敏度的準(zhǔn)確性。這是最近召開的脈象儀國際標(biāo)準(zhǔn)討論的初步?jīng)Q定，采用上升時(shí)間和下降時(shí)間比為1: 5的鋸齒波，能較好的近似脈象信號(hào)，同時(shí)也是標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器能產(chǎn)生的常用信號(hào)。
[0037]正弦波觸力信號(hào)，用于檢測觸力傳感器和脈象儀的頻響特性，之所以選擇正弦波測試傳感器的頻響是依據(jù)了 ANSI/AAMI BP22《血壓傳感器Blood pressure transducers)),該標(biāo)準(zhǔn)中的傳感器頻響規(guī)定為:正弦變化的壓力輸入時(shí)，輸出幅度比值的變化。但該標(biāo)準(zhǔn)沒有給出直接檢測頻響的方法，而是采用了近似諧振計(jì)算法，對(duì)于諧振計(jì)算法本文之后章節(jié)將詳細(xì)討論。
[0038]方波觸力信號(hào):方波用于檢測傳感器的時(shí)間常數(shù)，時(shí)間常數(shù)值是脈象阻容耦合放大器中的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，時(shí)間常數(shù)將會(huì)影響脈象信號(hào)中低頻分量的衰減程度和相移，圖3是兩個(gè)不同時(shí)間常數(shù)下采集的同一橈動(dòng)脈脈象信號(hào)的對(duì)照。
[0039]2.1硬件結(jié)構(gòu)部分
[0040]鑒于以上分析，本實(shí)用新型提供了一種觸力傳感器檢測裝置，如圖4所示，是本實(shí)用新型橈動(dòng)脈觸力傳感器檢測裝置的結(jié)構(gòu)組成示意圖，在固定支架7兩端設(shè)置的靜態(tài)壓發(fā)生裝置和動(dòng)態(tài)壓發(fā)生裝置，所述靜態(tài)壓發(fā)生裝置由直線型步進(jìn)電機(jī)13和直線型步進(jìn)電機(jī)絲桿12組成，所述動(dòng)態(tài)壓發(fā)生裝置由電磁推桿1、凹形推桿3、彈簧6和T形連桿5組成，所述電磁推桿I與所述凹形推桿3固定連接(圖中固定裝置2采用螺釘固定)，所述T形連桿5 —端嵌設(shè)在所述凹形推桿3內(nèi)，所述彈簧6套設(shè)在所述T形連桿5上且設(shè)置于所述凹形推桿3和所述T形連桿5之間，所述靜態(tài)發(fā)生裝置和所述動(dòng)態(tài)發(fā)生裝置之間夾設(shè)被測觸力傳感器10和觸力反饋傳感器8。優(yōu)選地，本實(shí)用新型的觸力傳感器檢測裝置，所述觸力反饋傳感器8和所述被測觸力傳感器10之間具有軟墊9，所述直線型步進(jìn)電機(jī)絲桿12的端部具有靜壓推片11，所述凹形推桿3側(cè)壁具有多個(gè)空氣通道4。
[0041]本實(shí)用新型還公開了一種觸力傳感器檢測電路，如圖5所示，是本實(shí)用新型的控制電路工作原理示意圖，包括主控制器，及分別與所述主控制器連接的磁控制驅(qū)動(dòng)電路和靜態(tài)壓步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路，所述磁控制驅(qū)動(dòng)電路與電磁推桿連接，所述磁控制驅(qū)動(dòng)電路和所述靜態(tài)壓步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路分別與觸力反饋放大器連接，所述觸力反饋放大器與所述觸力反饋傳感器連接。優(yōu)選地，本實(shí)用新型的觸力傳感器檢測電路，所述控制器通過USB通訊模塊與PC主機(jī)連接，所述控制器與一個(gè)多波形存儲(chǔ)器連接，可以將常見的15種中醫(yī)脈形波形預(yù)設(shè)在存儲(chǔ)器中。
[0042]本裝置是一個(gè)用于脈象觸力傳感器的試驗(yàn)裝置，此裝置彌補(bǔ)了該領(lǐng)域動(dòng)態(tài)檢測手段欠缺的空白，尤其是脈象觸力傳感器和脈象儀頻響檢測的空白，為各生產(chǎn)廠商和檢測單位，提供了一種可行的檢測手段。
【權(quán)利要求】
1.一種觸力傳感器檢測裝置，其特征在于，在固定支架兩端設(shè)置的靜態(tài)壓發(fā)生裝置和動(dòng)態(tài)壓發(fā)生裝置，所述靜態(tài)壓發(fā)生裝置由直線型步進(jìn)電機(jī)和直線型步進(jìn)電機(jī)絲桿組成，所述動(dòng)態(tài)壓發(fā)生裝置由電磁推桿、凹形推桿、彈簧和T形連桿組成，所述電磁推桿與所述凹形推桿固定連接，所述T形連桿一端嵌設(shè)在所述凹形推桿內(nèi)，所述彈簧套設(shè)在所述T形連桿上且設(shè)置于所述凹形推桿和所述T形連桿之間，所述靜態(tài)發(fā)生裝置和所述動(dòng)態(tài)發(fā)生裝置之間夾設(shè)被測觸力傳感器和觸力反饋傳感器。
2.如權(quán)利要求1所述的觸力傳感器檢測裝置，其特征在于，所述觸力反饋傳感器和所述被測觸力傳感器之間具有軟墊。
3.如權(quán)利要求1所述的觸力傳感器檢測裝置，其特征在于，所述直線型步進(jìn)電機(jī)絲桿的端部具有靜壓推片。
4.如權(quán)利要求1所述的觸力傳感器檢測裝置，其特征在于，所述凹形推桿側(cè)壁具有多個(gè)空氣通道。
5.一種基于權(quán)利要求1所述裝置的觸力傳感器檢測電路，其特征在于，包括主控制器，及分別與所述主控制器連接的磁控制驅(qū)動(dòng)電路和靜態(tài)壓步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路，所述磁控制驅(qū)動(dòng)電路與電磁推桿連接，所述磁控制驅(qū)動(dòng)電路和所述靜態(tài)壓步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路分別與觸力反饋放大器連接，所述觸力反饋放大器與所述觸力反饋傳感器連接。
6.如權(quán)利要求5所述的觸力傳感器檢測電路，其特征在于，所述控制器通過USB通訊模塊與PC主機(jī)連接。
7.如權(quán)利要求5所述的觸力傳感器檢測電路，其特征在于，所述控制器與一個(gè)多波形存儲(chǔ)器連接。
【文檔編號(hào)】A61B5/02GK203914887SQ201420271833
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】黃嘉華, 周會(huì)林 申請(qǐng)人:上海道生醫(yī)療科技有限公司