一种基于光学方法的抗运动干扰反射式脉率信号检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光学方法的抗运动干扰反射式脉率信号检测装置，涉及检测仪器领域。本发明专利技术的脉率信号检测装置，通过布设两个LED发光管，与窄带全反膜的反射特性配合后，能够在光电接收管中获得两个信号，其中一个信号是从LED发光管发射后，经过空气层后直接被窄带全反膜完全反射的光信号，为纯噪音干扰；另一个信号是LED发光管发射后经过空气层后，经过空气层、窄带全反膜、柔性基底后，再从皮肤进入人体组织内部，最后反射回光电接收管，该信号中包含带噪音干扰的脉搏信息。这两个信号获得后，即可用于后续的数据处理，计算出待测者的脉搏信息。本发明专利技术装置基于光电容积脉搏波监测的方法而设计，具有非侵入式的特点，能快速、准确获得脉搏信息。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光学方法的抗运动干扰反射式脉率信号检测装置
本专利技术属于检测仪器领域，具体涉及一种基于光学方法的抗运动干扰反射式脉率信号检测装置。
技术介绍
脉率检测装置是用来测量一个人脉搏心率跳动次数的电子仪器，也是心电图的主要组成部分，因此在现代医学上具有重要的作用，很大程度上能反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征，因此对脉搏波采集和处理在医疗诊断、运动训练、养老保健等领域有重要作用。目前市面上检测脉率的仪器种类繁多，但是能实现精确测量的脉搏测量装置不多，且人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频弱信号，脉搏波信号更是低频微弱的非电生理信号，脉搏波信号与噪声信号的频带混杂难以分辨，普通的检测装置无法将运动噪声抵消。脉搏波信号检测过程中，运动干扰的一个最为重要的来源即受测部位与传感器端的相对位移，即空气引入的干扰。保证脉率信号检测装置准确性的关键在于提供一个用于去除噪声的基准噪声信号，从而通过滤波等手段对信号进行去噪。但当前的脉率检测装置无法单独提取噪声信号，从而导致无法从脉搏波与噪声的混合信号中提取出有效的脉搏波信号。现有技术中的部分装置试图仅仅通过自适应滤波方法抵消噪声，却因无法获得较好的噪声参考信号而无法获得期望的效果。因此为了解决上述问题，设计一种能够单独提取运动噪声的抗运动干扰反射式脉率信号检测装置还是很有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的信号检测装置无法单独提取运动噪声的技术问题，并提供一种基于光学方法的抗运动干扰反射式脉率信号检测装置，使其能够单独提取运动噪声信号，从而具有较强的抗运动干扰能力。本专利技术所采用的具体技术方案如下：基于光学方法的抗运动干扰反射式脉率信号检测装置，其包括反射式脉率检测模组以及紧贴布置于反射式脉率检测模组下方的运动干扰检测模组；所述的运动干扰检测模组包括窄带全反膜和柔性基底，所述的窄带全反膜无间隙贴合于柔性基底上；所述的反射式脉率检测模组中包括第一LED发光管、第二LED发光管和光电接收管，所述的第一LED发光管和第二LED发光管对称分布于光电接收管两侧，用于分别向下方的运动干扰检测模组发射光束，光束的反射光进入光电接收管中；所述的第一LED发光管采用发射波长在所述窄带全反膜的全反射波长范围内的LED发光管，所述的第二LED发光管采用发射波长在所述窄带全反膜的零反射波长范围内的LED发光管。本专利技术中，窄带全反膜是指在某一波段内能够将该波段的光进行全反射的薄膜，即高反膜。本专利技术中的窄带全反膜应当具有全反射波长范围和零反射波长范围。全反射波长范围就是指这类膜能够实现100％完全反射的波段；而零反射波长范围是指这类膜不能反射的波段，这些波段的光能够完全透射穿过膜层。当然，事实上受到工艺限制，全反膜一般无法达到100％的完全反射和完全透射的理想状态，但此处应当理解为尽量接近该理想状态。脉搏波信号检测过程中，运动干扰的一个最为重要的来源即受测部位与传感器端的相对位移，即空气引入的干扰，而用于检测的光在经过与皮肤之间存在的空隙时，会引入噪音干扰。本专利技术中，虽然在装置中应当保持运动干扰检测模组紧贴布置于反射式脉率检测模组下方，但是实际的使用过程中，依然会不可避免地由于装置的挤压变形使检测光路中出现上述空气干扰。因此，本专利技术的脉率信号检测装置，通过布设两个不同波长的LED发光管，与窄带全反膜的反射特性配合后，能够在光电接收管中获得两个信号，其中一个信号是从LED发光管发射后，经过空气层后直接被窄带全反膜完全反射的光信号，为纯噪音干扰；另一个信号是LED发光管发射后经过空气层后，经过空气层、窄带全反膜、柔性基底后，再从皮肤进入人体组织内部，最后反射回光电接收管，该信号中包含了空气层带来的噪音干扰，也包含了脉搏信息。这两个信号获得后，即可用于后续的数据处理，计算出待测者的脉搏信息。作为优选，所述的窄带全反膜采用红光全反射膜，即能够完全反射红光波段的全反射膜，该膜对于绿光波段无法反射。进一步的，所述的第一LED发光管为红光LED。进一步的，第二LED发光管为绿光LED。红绿光是一种较为优选的光学检测波段组合，当然，实际也可以根据需要，对第一LED发光管和第二LED发光管以及窄带全反膜的组合方式进行调整。作为优选，所述的柔性基底采用柔性亲肤材料制成。进一步的，柔性亲肤材料优选为聚二甲基硅氧烷PDMS(polydimethylsiloxane)。所述的反射式脉率检测模组应包含能够支持发光管、接收管实现光电检测功能的必要组件。作为优选，所述的反射式脉率检测模组采用TI-AFE44xx集成模拟前端，即德州仪器(TI)的AFE44xx系列全面集成型模拟前端。第一LED发光管、第二LED发光管和光电接收管可搭载与该模拟前端上，实现光电信号的发射、接收和检测。作为优选，所述的第一LED发光管、第二LED发光管均采用聚光型LED，以减少光散失。作为优选，所述的窄带全反膜镀制于柔性基底上，以可靠地实现两者的无缝贴合。本专利技术的另一目的在于提供一种基于光学方法的抗运动干扰反射式脉率检测装置，该装置中集成有上述任一方案所述的信号检测装置，以及处理器模块；所述的信号检测装置与处理器模块相连，进行数据传输；所述处理器模块中内置有滤波器；第一LED发光管发射的光束被所述窄带全反膜全反射后被光电接收管接收，获得纯噪声信号；第二LED发光管发射的光束完全透射穿过所述窄带全反膜和柔性基底后，进入待测对象的组织内部，再经过反射后被光电接收管接收，获得混有噪声的脉搏波混合信号；将两种信号输入滤波器，利用纯噪声信号对混有噪声的脉搏波混合信号进行去噪处理，获得真实的脉搏波信号。滤波器可采用现有技术中的任意方案，只要能够实现噪声滤波功能即可。作为优选，所述的处理器模块连接有显示模块，用于实时显示检测信息。作为优选，所述的处理器模块连接有无线收发模块，无线收发模块与远程终端通信连接。由此，可以将检测信息通过无线进行远程发送。作为优选，所述检测装置佩戴于手指或者手腕上，且检测装置佩戴好后，所述的柔性基底保持与人体皮肤紧密接触，以避免引入新的噪声。本专利技术相对于现有技术而言，具有以下有益效果：(1)本专利技术设计了反射式脉率检测模组与柔性运动干扰检测模组的分离式结构，使用光学方法单独提取运动噪声，不同于其他装置只能提取噪声与脉搏波的混杂信号，为噪声滤波提供了较好的参考信号，从而增强了该装置的抗运动干扰能力。(2)本专利技术装置基于光电容积脉搏波监测的方法而设计，具有非侵入式的特点。基于该信号检测装置的脉搏检测装置佩戴舒适无负担，应用前景广阔。附图说明图1为基于光学方法的抗运动干扰反射式脉率信号检测装置的结构示意图；图2为自适应滤波器示意图；图3为真实脉搏波信号波形示意图；图4为噪声信号(noise)和混合信号(mixed)的波形示意图；图5为基于光学方法的抗运动干扰反射式脉率检测装置的结构示意图。图中附图标记：反射式脉率检测模组1、运动干扰检测模组2、处理器模块3、显示模块4、无线收发模块5、远程终端6；第一LED发光管1.1、第二LED发光管1.2、光电接收管1.3、窄带全反膜2.1、柔性基底2.2。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步阐述和说明。本专利技术中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光学方法的抗运动干扰反射式脉率信号检测装置，其特征在于，包括反射式脉率检测模组(1)以及紧贴布置于反射式脉率检测模组(1)下方的运动干扰检测模组(2)；所述的运动干扰检测模组(2)包括窄带全反膜(2.1)和柔性基底(2.2)，所述的窄带全反膜(2.1)无间隙贴合于柔性基底(2.2)上；所述的反射式脉率检测模组(1)中包括第一LED发光管(1.1)、第二LED发光管(1.2)和光电接收管(1.3)，所述的第一LED发光管(1.1)和第二LED发光管(1.2)对称分布于光电接收管(1.3)两侧，用于分别向下方的运动干扰检测模组(2)发射光束，光束的反射光进入光电接收管(1.3)中；所述的第一LED发光管(1.1)采用发射波长在所述窄带全反膜(2.1)的全反射波长范围内的LED发光管，所述的第二LED发光管(1.2)采用发射波长在所述窄带全反膜(2.1)的零反射波长范围内的LED发光管。

【技术特征摘要】
1.一种基于光学方法的抗运动干扰反射式脉率信号检测装置，其特征在于，包括反射式脉率检测模组(1)以及紧贴布置于反射式脉率检测模组(1)下方的运动干扰检测模组(2)；所述的运动干扰检测模组(2)包括窄带全反膜(2.1)和柔性基底(2.2)，所述的窄带全反膜(2.1)无间隙贴合于柔性基底(2.2)上；所述的反射式脉率检测模组(1)中包括第一LED发光管(1.1)、第二LED发光管(1.2)和光电接收管(1.3)，所述的第一LED发光管(1.1)和第二LED发光管(1.2)对称分布于光电接收管(1.3)两侧，用于分别向下方的运动干扰检测模组(2)发射光束，光束的反射光进入光电接收管(1.3)中；所述的第一LED发光管(1.1)采用发射波长在所述窄带全反膜(2.1)的全反射波长范围内的LED发光管，所述的第二LED发光管(1.2)采用发射波长在所述窄带全反膜(2.1)的零反射波长范围内的LED发光管。2.如权利要求1所述的基于光学方法的抗运动干扰反射式脉率信号检测装置，其特征在于，所述的窄带全反膜(2.1)采用红光全反射膜，所述的第一LED发光管(1.1)为红光LED，第二LED发光管(1.2)为绿光LED。3.如权利要求1所述的基于光学方法的抗运动干扰反射式脉率信号检测装置，其特征在于，所述的柔性基底(2.2)采用柔性亲肤材料制成，优选为聚二甲基硅氧烷。4.如权利要求1所述的基于光学方法的抗运动干扰反射式脉率信号检测装置，其特征在于，所述的反射式脉率检测模组(1)采用TI-AFE44xx集成模拟前端。5.如权利要求1所述的基于光学方法的抗运动干扰反...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶学松，周聪聪，王静宜，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33