压力传感器、无创连续监测血压装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种压力传感器、无创连续监测血压装置及系统，依次具有第一电极层、第一摩擦层、第二摩擦层和保护层；第一摩擦层和第二摩擦层分别采用具有不同摩擦电性质的材料制成，使第一摩擦层在与所述第二摩擦层相接触过程中，其中一个失去电子，另外一个获得电子；第二摩擦层由多条编织条编织而成；第二摩擦层与第一摩擦层间具有间隙，当第二摩擦层受到朝向第一摩擦层的外界压力振动时，第二摩擦层能产生形变与所述第一摩擦层相接触；并在外界压力振动变小或撤离时，第二摩擦层与第一摩擦层间的间隙能随外界压力自动调整。本发明专利技术能够同时对微弱的、不同频率的脉搏振动信号进行探测，并实现了自供电传感器脉搏监测以及无创无袖带压的血压监测。

Pressure sensor, non-invasive continuous blood pressure monitoring device and system

The invention discloses a pressure sensor, a non-invasive continuous blood pressure monitoring device and a system, which in turn has a first electrode layer, a first friction layer, a second friction layer and a protective layer; the first friction layer and a second friction layer are made of materials with different triboelectric properties, respectively, so that one of the first friction layer loses electrons in the process of contacting the second friction layer, and the other one loses electrons in the process of contacting the first friction layer with the second friction layer. The outer one obtains electrons; the second friction layer is woven by several braided strips; there is a gap between the second friction layer and the first friction layer; when the second friction layer is vibrated by the external pressure towards the first friction layer, the second friction layer can produce deformation and contact with the first friction layer; and when the external pressure vibration becomes smaller or evacuates, the second friction layer and the first friction layer contact each other. The gap energy can be adjusted automatically with external pressure. The invention can detect weak and different frequency pulse vibration signals at the same time, and realize self-powered sensor pulse monitoring and non-invasive sleeveless pressure blood pressure monitoring.

【技术实现步骤摘要】
压力传感器、无创连续监测血压装置及系统
本专利技术属于血压监测
，具体涉及一种压力传感器、无创连续监测血压装置及系统。
技术介绍
高血压、冠心病、动脉硬化等心血管疾病已成为困扰人们健康的常见病和多发病。作为诸多生理信号的一种，脉搏信号蕴含着丰富的信息，脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中许多的生理病理特征。血压是人体中一个重要的生理指标，它随着心脏跳动周期性地做收缩和舒张运动，血管中的血液对血管壁所施加的侧压力也在不断地发生变化。目前，测量血压的方法大致分为两种：有创法和无创法。有创法是将与压力传感器连接的导管插入血管中检测血压信号，该方法的优点是测量准确，但会在使用者身上留下创伤，容易发生感染。而且会令使用者产生紧张不适感，影响测量结果。无创法大多数采用动脉张力法和容积补偿法，这两种方法都是通过气囊的膨胀来检测血管壁的跳动、血管容积的变化等参数间接得到血压。此外，还有一种方法是脉搏波结合心电(ECG)电位信号的测量方法，这种方法需要患者两只手互相配合，通过两手之间心电电位差来获取ECG信息。无创法的优点是不会对患者造成创伤和心理伤害；但缺点是产品体积较大，不方便携带；只能测某一时刻的血压，无法连续测量，操作程序复杂。因此，有必要开发一种压力传感器、无创连续监测血压装置及系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种压力传感器，能同时对微弱的、不同频率的脉搏振动信号进行探测，并实现自供电传感器脉搏监测以及无创无袖带压的血压监测。本专利技术的另一目的是提供一种无创连续监测血压装置及系统。本专利技术所述的压力传感器，依次具有第一电极层、第一摩擦层、第二摩擦层和保护层；所述第一摩擦层和第二摩擦层分别采用具有不同摩擦电性质的材料制成，使所述第一摩擦层在与所述第二摩擦层相接触过程中，其中一个失去电子，另外一个获得电子；所述第二摩擦层由多条编织条编织而成；所述第二摩擦层与第一摩擦层间具有间隙，当所述第二摩擦层受到朝向第一摩擦层的外界压力振动时，所述第二摩擦层能产生形变与所述第一摩擦层相接触；并在外界压力振动变小或撤离时，所述第二摩擦层与所述第一摩擦层间的间隙能随外界压力自动调整，以实现外界压力振动到电能的转换。所述第二摩擦层上镀有第二电极层，设置第一电极层和第二电极层，相对于只设置第一电极层而言，输出的电压或电流值大。进一步，所述第二摩擦层采用聚酰亚胺、或聚氯乙烯，或聚苯乙烯，或聚四氟乙烯，或聚二甲基硅氧烷，或聚丙烯制成。进一步，所述第二摩擦层的厚度为10μm～300μm。进一步，所述第一摩擦层采用尼龙，或聚丙烯醇，或金属氧化物制成；所述第一电极层与所述第一摩擦层通过金属沉积方法使两者结合在一起；所述第一电极层的厚度为10nm-200nm；所述第一摩擦层的厚度为10nm-200nm。进一步，所述第一摩擦层靠近第二摩擦层侧的表面和/或第二摩擦层靠近第一摩擦层侧的表面上设有微米或次微米量级的微结构；以增加第一摩擦层与第二摩擦层之间的接触面积和摩擦效果，从而增大接触电荷量。进一步，所述保护层采用聚四氟乙烯，或聚二甲基硅氧烷制成,所述保护层的厚度为40μm～300μm。本专利技术所述的一种无创连续监测血压装置，包括低通滤波单元、信号放大单元、A/D转换单元、微控制单元、无线传输单元以及如本专利技术所述的压力传感器；所述压力传感器与低通滤波单元电连接，低通滤波单元与信号放大单元电连接，信号放大单元与A/D转换单元电连接，A/D转换单元与微控制单元电连接，微控制单元与无线传输单元电连接。本专利技术所述的一种无创连续监测血压系统，所述系统包括：用于采集人体的动脉脉搏信号的两个如本专利技术所述的无创连续监测血压装置，以及用于接收所述动脉脉搏信号的终端设备；所述终端设备被配置有舒张压模型和收缩压模型；所述终端设备还用于将所采集的人体的动脉脉搏信号进行处理，提取特征点，并输入到舒张压模型和收缩压模型中计算出舒张压和收缩压。进一步，建立舒张压模型和收缩压模型的步骤包括：采集多组自供电电压输出信号和电流输出信号对应的动脉脉搏信号，从所述动脉脉搏信号中选取平稳清晰的脉搏波；从平稳清晰的脉搏波中提取特征点，所述特征点包括电压输出信号对应的脉搏波收缩压Ps、电压输出信号对应的脉搏波舒张压Pd、电压输出信号对应的脉搏波平均动脉压Pm、电流输出信号对应的脉搏波峰值Ia、电流输出信号对应的脉搏波谷值Ib和电流输出信号对应的脉搏波反射值Ic；并基于所提取的特征点计算出心血管健康参数，所述心血管健康参数包括脉搏波传导时间PTT，心率HR，脉搏波压力特征系数K，和/或外周阻力TPR，和/或动脉顺应性AC；基于特征点和心血管健康参数建立收缩压模型和舒张压模型；对所建立的舒张压模型和收缩压模型利用遗传算法进行优化，得到最终的舒张压模型和收缩压模型；即当所述心血管健康参数包括脉搏波传导时间PTT、心率HR和脉搏波压力特征系数K时，所述收缩压模型SBP＝f(Ps，Pd，Pm，Ia，Ib，Ic，PTT,HR，K)，所述舒张压模型DBP＝f(Ps，Pd，Pm，Ia，Ib，Ic，PTT,HR，K)；当所述心血管健康参数包括脉搏波传导时间PTT、心率HR、脉搏波压力特征系数K和动脉顺应性AC时，所述收缩压模型SBP＝f(Ps，Pd，Pm，Ia，Ib，Ic，PTT,HR，K，AC)；所述舒张压模型DBP＝f(Ps，Pd，Pm，Ia，Ib，Ic，PTT,HR，K，AC)；当所述心血管健康参数包括脉搏波传导时间PTT、心率HR、脉搏波压力特征系数K、动脉顺应性AC和外周阻力TPR时，所述收缩压模型为SBP＝f(Ps，Pd，Pm，Ia，Ib，Ic，PTT,HR，K，AC，TPR)；所述舒张压模型DBP＝f(Ps，Pd，Pm，Ia，Ib，Ic，PTT,HR，K，AC，TPR)。本专利技术的有益效果：(1)结合间隙随外界压力能够自动调节结构以及摩擦纳米材料的压力传感器，通过多个编织条组成的编织结构将第一摩擦层与第二摩擦层之间保持着一定间隙，使压力传感器能够响应微弱的外界压力振动，具有较高的灵敏度以及宽的频率响应范围；能够将人体不同部位以及不同健康状况人群的脉搏引起的不同频率振动信号转换为电能，并通过提取脉搏波中的多个特征点以及不同部位之间的脉搏波传播速度，从而同时实现自供电的脉搏传感以及无创无袖带压的血压监测，构建便携式、可穿戴式的脉搏波及心血管健康监测系统；(2)利用两个完全相同的压力传感器，同时采集人体不同动脉脉搏信号；再结合两个动脉测量点分别至心脏的距离以及脉搏波传导时间，计算出脉搏波传导速度；另外，从所述压力传感器自供电输出的电压和电流信号上提取幅度、频率、面积以及节律等特征，将以上这些特征和心血管健康参数建立血压模型；并利用搜索算法对其进行优化，使最终的血压计算模型具有高度的自适应性和准确性；此外，通过对大量不同健康状况人群的长时间连续监测，验证了血压模型的可行性和准确性。附图说明图1为本专利技术中实施一中的压力传感器的结构示意图；图2为图1的断面图；图3为本专利技术中编织条的结构示意图(一维线形)；图4为本专利技术中编织条的结构示意图(二维平面几何形)；图5为本专利技术中编织条的结构示意图(三维柱形)；图6为本专利技术中实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压力传感器，其特征在于：依次具有第一电极层(1)、第一摩擦层(2)、第二摩擦层(3)和保护层(4)；所述第一摩擦层(2)和第二摩擦层(3)分别采用具有不同摩擦电性质的材料制成，使所述第一摩擦层(2)在与所述第二摩擦层(3)相接触过程中，其中一个失去电子，另外一个获得电子；所述第二摩擦层(3)由多条编织条编织而成；所述第二摩擦层(3)与第一摩擦层(2)间具有间隙，当所述第二摩擦层(3)受到朝向第一摩擦层(2)的外界压力振动时，所述第二摩擦层(3)能产生形变与所述第一摩擦层(2)相接触；并在外界压力振动变小或撤离时，所述第二摩擦层(3)与所述第一摩擦层(2)间的间隙能随外界压力自动调整，以实现外界压力振动到电能的转换。

【技术特征摘要】
1.一种压力传感器，其特征在于：依次具有第一电极层(1)、第一摩擦层(2)、第二摩擦层(3)和保护层(4)；所述第一摩擦层(2)和第二摩擦层(3)分别采用具有不同摩擦电性质的材料制成，使所述第一摩擦层(2)在与所述第二摩擦层(3)相接触过程中，其中一个失去电子，另外一个获得电子；所述第二摩擦层(3)由多条编织条编织而成；所述第二摩擦层(3)与第一摩擦层(2)间具有间隙，当所述第二摩擦层(3)受到朝向第一摩擦层(2)的外界压力振动时，所述第二摩擦层(3)能产生形变与所述第一摩擦层(2)相接触；并在外界压力振动变小或撤离时，所述第二摩擦层(3)与所述第一摩擦层(2)间的间隙能随外界压力自动调整，以实现外界压力振动到电能的转换。2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于：所述第二摩擦层(3)上镀有第二电极层(5)。3.根据权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于：所述第二摩擦层(3)采用聚酰亚胺、或聚氯乙烯，或聚苯乙烯，或聚四氟乙烯，或聚二甲基硅氧烷，或聚丙烯制成。4.根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于：所述第二摩擦层(3)的厚度为10μm～300μm。5.根据权利要求1或2或4所述的压力传感器，其特征在于：所述第一摩擦层(2)采用尼龙，或聚丙烯醇，或金属氧化物制成；所述第一电极层(1)与所述第一摩擦层(2)通过金属沉积方法使两者结合在一起；所述第一电极层(1)的厚度为10nm-200nm；所述第一摩擦层(2)的厚度为10nm-200nm。6.根据权利要求5所述的压力传感器，其特征在于：所述第一摩擦层(2)靠近第二摩擦层侧的表面和/或第二摩擦层(3)靠近第一摩擦层侧的表面上设有微米或次微米量级的微结构。7.根据权利要求1或2或4或6所述的压力传感器，其特征在于：所述保护层(4)采用聚四氟乙烯，或聚二甲基硅氧烷制成,所述保护层(4)的厚度为40μm～300μm。8.一种无创连续监测血压装置，其特征在于：包括低通滤波单元、信号放大单元、A/D转换单元、微控制单元、无线传输单元以及如权利要求1至7任一所述的压力传感器；所述压力传感器与低通滤波单元电连接，低通滤波单元与信号放大单元电连接，信号放大单元与A/D转换单元电连接，A/D转换单元与微控制单元电连接，微控制单元与无线传输单元电连接。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，毋玉芬，
申请(专利权)人：王琦，毋玉芬，
类型：发明
国别省市：美国,US