[发明专利]一种基于弹性电阻应变片的便携式呼吸监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及呼吸监测设备技术领域，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。

背景技术

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的实用新型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的发明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。

发明内容

本发明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，本发明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。