一种基于PT对称的注射式皮下压力测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于PT对称的注射式皮下压力测量系统及测量方法，属于无线无源传感器技术领域。其中测量系统包括阅读器模块和注射式无线传感器模块；阅读器模块的阅读器线圈和注射式无线传感器模块的传感器线圈在工作时通过电磁谐振耦合无线连接；此时，测量系统处于PT对称状态，通过阅读器模块接收到的S11信号的极小值峰值所对应的频率获得注射式压力传感器模块所处位置的压力，测量精度高，传感距离远。测量时采用将注射式无线传感器模块通过注射器注入皮下的方式，操作更加便捷，无需手术开刀，减少术中感染风险。减少术中感染风险。减少术中感染风险。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PT对称的注射式皮下压力测量系统及测量方法


[0001]本专利技术属于无线无源传感器
，特别涉及一种基于PT对称的注射式皮下压力测量系统及测量方法。

技术介绍

[0002]生命健康监测目前在医疗领域起着至关重要的作用，不管是在日常监测还是术后监测，通过对人体相关参数的实时监测从而实现对疾病和不良反应的预防与治疗。在植入式监测领域，目前存在有源传感器、无源传感器两种方式进行测量。有源传感器由于信号是通过有线连接，需要伤口保持开放，存在感染的风险。无源传感器大多由LC构成，通过手术将传感器植入到体内，再封闭伤口，减少了感染的风险，这类传感器的优势在于将传感器直接植入到待测部位，不影响患者的日常生活。但是存在传输距离近，测量精度低，信号较差等缺陷。
[0003]PT对称原理可以弥补无线无源LC传感的不足。当系统达到PT对称时，PT对称系统在强耦合区域显示出两个极窄的谐振峰，谐振峰的S11值低，传输距离远。体现出了PT系统高分辨率、高灵敏度的优势。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于PT对称的注射式皮下压力测量系统及测量方法，以提高皮下压力测量的精度。
[0005]本专利技术的第一目的可通过下列技术方案来实现：一种基于PT对称的注射式皮下压力测量系统，包括阅读器模块和注射式无线传感器模块；所述阅读器模块包括阅读器线圈、可调电容模块、第一可调电阻、矢量网络分析仪模块和可调负阻模块，所述阅读器线圈的一端连接到可调电容模块的第一接线端，另一端接地；所述可调电容模块的第二接线端连接到所述第一可调电阻的第一接线端；所述第一可调电阻的第二接线端连接到所述矢量网络分析仪的第一输入接线端；所述矢量网络分析仪的第二输入接线端连接到所述可调负阻模块的输出端；所述可调负阻模块的另一端接地。
[0006]优选的，所述注射式无线传感器模块包括传感器线圈、磁芯和电容式压力传感器，传感器线圈螺旋绕于磁芯上，线圈与电容式压力传感器串联成闭合回路。
[0007]优选的，所述磁芯的直径为1.5
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2.0mm，所述绕线线圈直径为0.1
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0.2mm，所述注射式无线传感器模块整体尺寸直径为2.0
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2.5mm。可以通过注射器注射的方式将无线传感模块注入体内，操作便捷，无需手术开刀处理，减少感染风险，此外磁芯亦能增大传感距离。
[0008]优选的，磁芯的直径为1.8mm，绕线线圈直径为0.15mm，所述注射式无线传感器模块整体尺寸直径为2.1mm
[0009]优选的，所述电容式压力传感器为四层式结构，包括位于中间的离子膜电介质层，位于离子膜电介质层上方的Mxene薄膜，以及位于两侧的金电极。
[0010]优选的，所述电容式压力传感器通过以下步骤制备：
[0011]步骤A、制备离子膜电介质层；
[0012]步骤B、制备Mxene薄膜；
[0013]步骤C、最下层为金电极，将离子膜电介质层贴于金电极上，光滑一面朝下，微结构一面朝上，将MXene薄膜裁剪成合适的形状，轻轻放置于离子膜上，最后将最上层的金电极贴于MXene薄膜上方。
[0014]优选的，所述离子膜电介质层采用以下方法制备：将PVA与去离子水按照10％的质量比混合后，在90℃水浴条件下磁力搅拌2
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3小时；取出溶液冷却至常温，加入磷酸后搅拌2
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3小时；再将混合物倒在7000目的砂纸上，以150r/s
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250r/s的速度匀搅拌分钟，令其分布均匀，再放置室温下固化风干，成膜后将膜揭下，得到约10um厚离子膜电介质层。
[0015]优选的，所述Mxene薄膜通过以下方法制备：将2g LiF加入40mL 9M HCl溶液中并搅拌0.5h，然后缓慢加入2g Ti3AlC2粉末，在持续搅拌下将混合物在35
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40℃加热24小时以形成均匀悬浮液，随后，通过加入去离子水后7000rpm离心洗涤悬浮液10
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15分钟，直到上清液的PH达到6，将沉淀分散于去离子水中，冰浴超声30
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40min后，3500rpm离心1
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1.5h，上清液通过抽滤获得Mxene薄膜。
[0016]优选的，所述可调负阻模块包括第二可调电阻、第一电阻、第二电阻和运算放大器，所述第二可调电阻的第一端、运算放大器的正输入端均和矢量网络分析仪的第二输入接线端连接，所述运算放大器的正输入端，运算放大器的负输入端连接到第一电阻的第一接线端和第二电阻的第一接线端；第一电阻的第二接线端接地；第二电阻的第二接线端连接到运算放大器的输出端和第二可调电阻的第二接线端。
[0017]优选的，所述阅读器线圈和传感器线圈的电感值相同；可调电容模块的电容值调节为和电容式压力传感器的电容值的相同；第一可调电阻的电阻值、第二可调电阻调节为与所述注射式无线传感器模块的电阻值之和为R0，矢量网络分析仪模块的阻抗为
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R0。通过这样调节，使整个注射式压力传感系统处于PT对称状态。
[0018]本专利技术的第二目的是提供一种基于PT对称的注射式皮下压力测量方法，所述测量方法采用上述的基于PT对称的注射式皮下压力测量系统实现，所述测量方法包括以下步骤：
[0019]步骤一、将注射式无线传感模块放置于针管中；其中电容式压力传感器贴合在磁芯的一侧，位于针管的头部，将针管插入皮肤，推入无线传感模块；
[0020]步骤二、将阅读器线圈；靠近注射式无线传感模块所在区域；此时阅读器模块与植入式无线传感器模块通过电磁谐振耦合无线连接；
[0021]步骤三、调节可调电容模块和第一可调电阻和可调负阻模块中的第二可调电阻，使整个系统达到PT对称状态；
[0022]步骤四、矢量网络分析仪模块不断地发射扫频激励信号，通过阅读器线圈传递给传感器线圈，电容式压力传感器受到压力的变化，电容值发生改变，注射式无线传感模块对接收到的信号进行调制，并通过传感器线圈传递回阅读器线圈，矢量网络分析仪模块接收到回波信号后，得到该状态下的S11信号的波形图以及谐振频率点；
[0023]步骤五、压力和频率的关系一一对应，将得到的频率带入关系模型中，即可得到当前状态下的皮下压力大小，所述关系模型通过实验标定获得。具体标定过程如下：在实验状态下通过矢量网络分析仪模块不断地发射扫频激励信号，通过阅读器线圈传递给传感器线
圈，然后在电容式压力传感器上施加多组特定压力值，使其电容值发生改变，对接收到的信号进行调制，并通过传感器线圈传递回阅读器线圈，矢量网络分析仪模块接收到回波信号后，得到该状态下的S11信号的波形图以及谐振频率点，然后将该状态下的S11信号的波形图以及谐振频率点和施加的压力一一对应进行标定即可。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0025]1、本专利技术构建以离子型压力传感器作为传感信号来源，利用可调电容和可调电阻形成PT对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于PT对称的注射式皮下压力测量系统，其特征在于，包括阅读器模块(1)和注射式无线传感器模块；所述阅读器模块(1)包括阅读器线圈(11)、可调电容模块(12)、第一可调电阻(13)、矢量网络分析仪模块(14)和可调负阻模块，所述阅读器线圈(11)的一端连接到可调电容模块(12)的第一接线端，另一端接地；所述可调电容模块(12)的第二接线端连接到所述第一可调电阻(13)的第一接线端；所述第一可调电阻(13)的第二接线端连接到所述矢量网络分析仪的第一输入接线端；所述矢量网络分析仪的第二输入接线端连接到所述可调负阻模块的输出端；所述可调负阻模块的另一端接地，所述注射式无线传感器模块包括传感器线圈(21)、磁芯(23)和电容式压力传感器(22)，传感器线圈(21)螺旋绕于磁芯(23)上，线圈与电容式压力传感器(22)串联成闭合回路。2.根据权利要求1所述的基于PT对称的注射式皮下压力测量系统，其特征在于，所述磁芯(23)的直径为1.5
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2.0mm，所述绕线线圈直径为0.1
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0.2mm，所述注射式无线传感器模块整体尺寸直径为2.0
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2.5mm。3.根据权利要求2所述的基于PT对称的注射式皮下压力测量系统，其特征在于，磁芯(23)的直径为1.8mm，绕线线圈直径为0.15mm，所述注射式无线传感器模块整体尺寸直径为2.1mm。4.根据权利要求1或2或3所述的基于PT对称的注射式皮下压力测量系统，其特征在于，所述电容式压力传感器(22)为四层式结构，包括位于中间的离子膜电介质层(221)，位于离子膜电介质层(221)上方的Mxene薄膜(222)，以及位于两侧的金电极(223)。5.根据权利要求4所述的基于PT对称的注射式皮下压力测量系统，其特征在于，所述电容式压力传感器(22)通过以下步骤制备：步骤1、制备离子膜电介质层(221)；步骤2、制备Mxene薄膜(222)；步骤3、最下层为金电极(223)，将离子膜电介质层(221)贴于金电极(223)上，光滑一面朝下，微结构一面朝上，将Mxene薄膜(222)裁剪成合适的形状，轻轻放置于离子膜上，最后将最上层的金电极(223)贴于Mxene薄膜(222)上方。6.根据权利要求5所述的基于PT对称的注射式皮下压力测量系统，其特征在于，所述离子膜电介质层(221)采用以下方法制备：将PVA与去离子水按照10％的质量比混合后，在90℃水浴条件下磁力搅拌2
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3小时；取出溶液冷却至常温，加入磷酸后搅拌2
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3小时；再将混合物倒在7000目的砂纸上，以150r/s
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250r/s的速度匀搅拌分钟，令其分布均匀，再放置室温下固化风干，成膜后将膜揭下，得到约10um厚离子膜电介质层(221)。7.根据权利要求5所述的基于PT对称的注射式皮下压力测量系统，其特征在于，所述Mxene薄膜(222)通过以下方法制备：将2g LiF加入40mL 9M HCl溶液中并搅拌0.5h，然后缓慢加入2gTi3AlC2粉末，在持续搅拌下将混合物在35
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40℃加热24小时以形成均匀悬浮液，随后，通过加入去离子水后700...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆季奎，李杰，张自超，吴建辉，张弛，刘雨露，邝昊泽，
申请(专利权)人：海宁市产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：