一种基于弹性电阻应变片的便携式呼吸监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于弹性电阻应变片的便携式呼吸监测系统，能够方便、舒适地佩戴，且有效地避免了不同部位之间呼吸幅度不同的相互干扰，减少了测量误差，从而准确地获取监测对象的呼吸曲线数据。该系统包括：依次连接的弹性电阻应变片、测量电路、放大器、模数转换电路、微处理器、通信接口，以及用于供电的直流电源；弹性电阻应变片设置为直接与人体皮肤紧密粘贴的弹性结构体，并随着膈肌收缩而拉伸，随着膈肌松弛而回弹，弹性电阻应变片的电阻值随之变化；微处理器根据固定阻值电阻和阻值可调电阻的阻值以及直流电源的电压值，并根据测量数据中弹性电阻应变片的电阻值的峰值及变化频率生成体现呼吸深度和频率的呼吸曲线数据。

A portable respiratory monitoring system based on elastic resistance strain gauge

The invention discloses a portable respiratory monitoring system based on elastic resistance strain gauges, which can be conveniently and comfortably worn, and effectively avoids the mutual interference between different parts of the respiration, reduces the measurement error, and accurately obtains the data of the monitoring object's exhalation curve. The system consists of an elastic resistance strain gauge, a measuring circuit, an amplifier, an analog to digital conversion circuit, a microprocessor, a communication interface, and a DC power supply for power supply. The elastic resistance strain gauge is set as an elastic structure closely attached to the skin of the human body and stretches with the diaphragm with the diaphragm, along with the diaphragm. The resistance value of the elastic resistance strain gauge changes when the muscle relaxes and springback; the microprocessor based on the resistance value of the fixed resistance and the resistance and the voltage of the DC power supply, and generates the respiratory curve reflecting the depth and frequency of the respiration according to the peak and change frequency of the resistance value of the elastic resistance strain gauge in the measured data. Data.

【技术实现步骤摘要】
一种基于弹性电阻应变片的便携式呼吸监测系统
本专利技术涉及呼吸监测设备
，尤其涉及一种基于弹性电阻应变片的便携式呼吸监测系统。
技术介绍
呼吸是人体重要的生理过程，对人体呼吸的监护检测也是现代运动医学、临床医学的重要研究领域，作为判断生理机能的重要指标。但随着人们生活水平的不断提高，日常的健康及生理指数的监测逐渐成为人们生活所需，而较多的监测设备体积庞大，价格昂贵并不适用于日常消费领域，因此急需便携式的呼吸监测系统满足人们日常所需。现有的便携式呼吸监测设备一般通过可穿戴形式佩戴于人体心肺、口鼻等监测位置，利用传感器感知人体呼吸的变化。授权公告号为CN202665515U的技术专利公开了一种便携式睡眠呼吸监测系统，该方案需采集呼吸、血氧、脉率、胸部运动、腹部运动等多个位置参数，这样不仅造成了运算分析电路过于复杂，也影响人体佩戴的舒适感。申请公布号为CN106580325A的专利技术专利申请公开了一种睡眠呼吸监测设备，该设备环绕于用户的腹部或胸部，由于带体的材料和装配件的材料均为弹性织物会随用户的睡眠呼吸而发生形变，通过带体上的织物应变传感器监测人体的呼吸状态。然而，该带体环绕于用户的腹部或胸部，在整个环绕的较大范围中各个不同位置的形变量具有显著差异，例如位于胸肺部附近的型变量较大而背部形变量较小，较大的形变范围差异不仅会产生难以克服的误差，并会产生较大的相互干扰，进一步降低测量的准确性，从而无法获得准确的呼吸数据。
技术实现思路
本专利技术的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种基于弹性电阻应变片的便携式呼吸监测系统，能够方便、舒适地佩戴，且有效地避免了不同部位之间呼吸幅度不同的相互干扰，减少了测量误差，从而准确地获取监测对象的呼吸曲线数据。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案包括以下各方面。一种基于弹性电阻应变片的便携式呼吸监测系统，其包括：依次连接的弹性电阻应变片、测量电路、放大器、模数转换电路、微处理器、通信接口，以及用于供电的直流电源；其中，所述弹性电阻应变片设置为直接与人体皮肤紧密粘贴的弹性结构体，并随着膈肌收缩而拉伸，随着膈肌松弛而回弹，弹性电阻应变片的电阻值随之变化；测量电路具有与弹性电阻应变片的引线并联的固定阻值电阻，以及与固定阻值电阻串联的阻值可调电阻，用于根据弹性电阻应变片的电阻值输出相应的电压信号；放大器，用于将测量电路输出的电压信号的幅值放大至模数转换电路的输入范围；模数转换电路，用于将放大器的输出信号转化转换为数字信号；微处理器，用于根据固定阻值电阻和阻值可调电阻的阻值以及直流电源的电压值，计算弹性电阻应变片的等效电阻的阻值，根据等效电阻的阻值变化生成与弹性电阻应变片形变量相应的测量数据，并根据测量数据中弹性电阻应变片的电阻值的峰值及变化频率生成体现呼吸深度和频率的呼吸曲线数据。优选的，所述弹性电阻应变片包括不导电高分子层和导电高分子层，所述导电高分子层位于不导电高分子层的表面；其中，不导电高分子层由第一弹性高分子复合物材料制成；导电高分子层由第二弹性高分子复合物材料制成；第二弹性高分子复合物材料由第一弹性高分子复合物材料和导电填料制成；第一弹性高分子复合物材料、第二弹性高分子复合物材料均为固化后能形成稳定表面且拉伸比为100％～500％的高分子复合物材料；所述导电高分子层固化于不导电高分子层的表面。优选的，所述导电高分子层的厚度可为1um～100um，不导电高分子层的厚度可为0.3mm～2mm。优选的，所述弹性电阻应变片的导电高分子层设置为多个U形相连接的结构，以在相同的接触面积下提高导电高分子层的形变量。优选的，所述测量电路中，电阻应变片一端的引线连接至直流电源，另一端与第一固定阻值电阻串联后接地；阻值可调电阻的一端连接至直流电源，另一端与第二固定阻值电阻串联后接地；第三固定阻值电阻与电阻应变片的引线并联；将第一固定阻值电阻和第二固定阻值电阻与地之间的电压差作为电压信号输出至放大器。优选的，所述放大器电路采用ADI公司的低噪声放大器AD8236，相应的旁路电容为0.1μF，参考电压为5V，增益设置电阻为2.15～210KΩ，增益系数为6.0～200.3。优选的，所述测量电路、放大器、模数转换电路、微处理器、通信接口设置在同一集成电路中，且该集成电路设置在弹性电阻应变片的不导电高分子层中，并在不导电高分子层上开口或者表面设置显示屏，以直接显示呼吸曲线数据。优选的，所述系统进一步包括通过网络与通信接口连接的数据分析服务器、数据库以及警报设备；其中，数据分析服务器通过将生成的呼吸曲线数据与数据库中存储的各年龄段呼吸频率数据进行对比，当呼吸曲线数据中的呼吸频率超出与监测对象的年龄相应的呼吸频率范围时，数据分析服务器生成呼吸过于缓慢或者呼吸过于急促的告警信息，并发生给相应的警报设备。优选的，所述数据库还用于存储各年龄段呼吸幅度数据；当呼吸曲线数据中的呼吸幅度超出与监测对象的年龄相应的呼吸幅度范围时，数据分析服务器生成呼吸过于微弱或者呼吸幅度过大的告警信息，并发生给相应的警报设备。优选的，所述警报设备包括用于进行语音告警提示的扬声器、LED告警提示灯、以及人机交互界面中的提示界面。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术至少具有以下有益效果：通过将弹性电阻应变片设置为直接粘贴在皮肤表面，随着呼吸而改变电阻值，通过测量电路、放大器、模数转换电路、以及微处理器的处理，可以获取弹性电阻应变片的电阻值变化数据，并转换为体现呼吸深度和频率的呼吸曲线数据，从而直观、准确地显示被监测对象的呼吸状态，而且还可以通过上位机对测量数据进行进一步的分析，在呼吸曲线数据中的频率或者深度超出预设的阈值范围时触发相应的报警，以提醒用户注意。附图说明图1是根据本专利技术实施例的基于弹性电阻应变片的便携式呼吸监测系统的结构示意图。图2是根据本专利技术实施例的吸气时便携式呼吸监测系统中弹性电阻应变片的粘贴示意图。图3是根据本专利技术实施例的呼气时便携式呼吸监测系统中弹性电阻应变片的粘贴示意图。图4是根据本专利技术实施例的弹性电阻应变片的剖面图。图5是根据本专利技术实施例的弹性电阻应变片的结构示意图。图6是根据本专利技术实施例的测量电路示意图。图7是根据本专利技术实施例的放大器的参考连接电路示意图。图8是根据本专利技术另一实施例的基于弹性电阻应变片的便携式呼吸监测系统的结构示意图。具体实施方式下面结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明，以使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1示出了根据本专利技术实施例的基于弹性电阻应变片的便携式呼吸监测系统。该实施例的便携式呼吸监测系统包括：依次连接的弹性电阻应变片、测量电路、放大器、幅度调制电路、模数转换电路、微处理器、通信接口，以及用于供电的直流电源。其中，弹性电阻应变片直接粘贴在皮肤表面，随着呼吸而改变电阻值，通过测量电路、放大器、幅度调制电路、模数转换电路、以及微处理器的处理，可以获取弹性电阻应变片的电阻值变化数据，并转换为体现呼吸深度和频率的呼吸曲线数据，从而直观、准确地显示被监测对象的呼吸状态，而且还可以通过上位机对测量数据进行进一步的分析，在呼吸曲线数据中的频率或者深度超出预设的阈值范围时触本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于弹性电阻应变片的便携式呼吸监测系统，其特征在于，所述系统包括：依次连接的弹性电阻应变片、测量电路、放大器、模数转换电路、微处理器、通信接口，以及用于供电的直流电源；其中，所述弹性电阻应变片设置为直接与人体皮肤紧密粘贴的弹性结构体，并随着膈肌收缩而拉伸，随着膈肌松弛而回弹，弹性电阻应变片的电阻值随之变化；测量电路具有与弹性电阻应变片的引线并联的固定阻值电阻，以及与固定阻值电阻串联的阻值可调电阻，用于根据弹性电阻应变片的电阻值输出相应的电压信号；放大器，用于将测量电路输出的电压信号的幅值放大至模数转换电路的输入范围；模数转换电路，用于将放大器的输出信号转化转换为数字信号；微处理器，用于根据固定阻值电阻和阻值可调电阻的阻值以及直流电源的电压值，计算弹性电阻应变片的等效电阻的阻值，根据等效电阻的阻值变化生成与弹性电阻应变片形变量相应的测量数据，并根据测量数据中弹性电阻应变片的电阻值的峰值及变化频率生成体现呼吸深度和频率的呼吸曲线数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于弹性电阻应变片的便携式呼吸监测系统，其特征在于，所述系统包括：依次连接的弹性电阻应变片、测量电路、放大器、模数转换电路、微处理器、通信接口，以及用于供电的直流电源；其中，所述弹性电阻应变片设置为直接与人体皮肤紧密粘贴的弹性结构体，并随着膈肌收缩而拉伸，随着膈肌松弛而回弹，弹性电阻应变片的电阻值随之变化；测量电路具有与弹性电阻应变片的引线并联的固定阻值电阻，以及与固定阻值电阻串联的阻值可调电阻，用于根据弹性电阻应变片的电阻值输出相应的电压信号；放大器，用于将测量电路输出的电压信号的幅值放大至模数转换电路的输入范围；模数转换电路，用于将放大器的输出信号转化转换为数字信号；微处理器，用于根据固定阻值电阻和阻值可调电阻的阻值以及直流电源的电压值，计算弹性电阻应变片的等效电阻的阻值，根据等效电阻的阻值变化生成与弹性电阻应变片形变量相应的测量数据，并根据测量数据中弹性电阻应变片的电阻值的峰值及变化频率生成体现呼吸深度和频率的呼吸曲线数据。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述弹性电阻应变片包括不导电高分子层和导电高分子层，所述导电高分子层位于不导电高分子层的表面；其中，不导电高分子层由第一弹性高分子复合物材料制成；导电高分子层由第二弹性高分子复合物材料制成；第二弹性高分子复合物材料由第一弹性高分子复合物材料和导电填料制成；第一弹性高分子复合物材料、第二弹性高分子复合物材料均为固化后能形成稳定表面且拉伸比为100％～500％的高分子复合物材料；所述导电高分子层固化于不导电高分子层的表面。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述导电高分子层的厚度为1um～100um，不导电高分子层的厚度为0.3mm～2mm。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述弹性电阻应变片的导电高分子层设置为多个U形相连接的结构，以在相同的接触面...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨泽宇，郭仪，廖方骐，杨柏超，高莉，
申请(专利权)人：成都柔电云科科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51