专利名称：阻抗呼吸检测的直流漂移自动平衡系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种呼吸检测装置，具体涉及ー种阻抗呼吸检测的直流漂移自动平衡系统。
背景技术：
病人的基本生理參数检测主要包括心电，血压，血氧和呼吸。目前检测呼吸率主要是通过阻抗或者鼻管，鼻管呼吸检测呼吸率要增加额外的管子连接病人鼻子，増加ー些检查设备，成本升高，而且病人身体上本来就有许多检测传感器和连接线，这样就很不方便。如图I所示，阻抗检测呼吸率是利用測量心电(ECG)的两个电极(即图中的ニ个ECG电极)及导连线(和心电混用)，把人体呼吸时肌肉运动引起阻抗变化，这微弱信号通过调制载波、导连线切换开关、解调和滤波(指高频滤波)、60-70dB信号放大和低通滤波、再经微处理器的A/D模拟转换成数字信号、软件数字滤波、エ频陷波、呼吸波形模式识别，最后用最近的几个波形取平均算呼吸率。如图2所示，在60_70dB信号放大和低通滤波部分，包括放大电路6、低通电路7、滤波电路8、放大滤波电路9、电位调整电路10，现有技术是电位调整电路10用一个电位器(即ー个參考电压VMf依次通过电阻R21、滑动变阻器R23、电阻R22后接至另ー个參考电压 Vref上，滑动变阻器R23的滑动端接至低通电路7中运算放大器的同相输入端)来调整信号放大參考电压，此种方式弊端有I、硬件成本高，占用PCB空间；2、生产加工费时费力，调整不方便；3、因为有用信号实在是太微弱，只有0. 05-lmV,而信号放大了一千多倍,受兀件使用老化的影响，当产品使用一段时间后，调整好的參考电压可能就不再适合了，已经偏离基点，即直流漂移了 ；4、受人体体位活动变化或采集传感器(ECG电极)极化电压影响，參考电压不能跟随小范围调整，致使放大通路饱和信号超出范围，也就是直流漂移了。
实用新型内容针对现有技术的不足，本实用新型提供了ー种降低设备的复杂度、減少生产エ序、提高效率、降低成本的阻抗呼吸检测的直流漂移自动平衡系统。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案阻抗呼吸检测的直流漂移自动平衡系统，其包括一解调和滤波単元、信号放大和低通滤波单元、微处理器，所述信号放大和低通滤波单元的输入端与解调和滤波単元的输出端电性连接，信号放大和低通滤波单元的输出端通过ー A/D转换器电性连接至微处理器，信号放大和低通滤波单元包括一低通电路，该低通电路包括一运算放大器U2，所述运算放大器U2的同相输入端通过ー D/A转换器与微处理器电性连接。优选地，所述信号放大和低通滤波单元还包括ー放大电路、滤波电路、放大滤波电路，所述放大电路、低通电路、滤波电路、放大滤波电路依次电性连接，放大电路的输入端与解调和滤波単元的输出端电性连接，放大滤波电路的输出端与A/D转换器电性连接。优选地，所述放大电路包括电容Cl、电阻Rl、电阻R2、电阻R3、运算放大器Ul，解调和滤波単元的输出端通过电容Cl连接至运算放大器Ul的同相输入端，电阻Rl的一端连接至运算放大器Ul的同相输入端，另一端连接至一第一參考电压，运算放大器Ul的反相输入端通过电阻R3连接至运算放大器Ul的输出端，运算放大器Ul的反相输入端并通过电阻R2连接至一第二參考电压。优选地，低通电路还包括电阻R4、电阻R5、电容C2，运算放大器Ul的输出端通过电阻R4连接至运算放大器U2的反相输入端，电阻R5和电容C2并联后跨接于运算放大器U2的反相输入端和运算放大器U2的输出端之间。优选地，所述滤波电路包括电阻R6、电阻R7、电容C3、电容C4，运算放大器U2的输出端依次经过电阻R6和电容C3后接地，运算放大器U2的输出端依次经过电阻R6、电阻R7、电容C4后接地。优选地，所述放大滤波电路包括运算放大器U3、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容 C5，运算放大器U3的同相输入端连接于电阻R7和电容C4之间，运算放大器U3的反相输入端通过电阻R8连接至一第三參考电压，电阻R9跨接于运算放大器U3的反相输入端和运算放大器U3的输出端之间，运算放大器U3的输出端依次通过电阻R10、电容C5后接地，A/D转换器连接于电阻RlO和电容C5之间。优选地，所述A/D转换器设置于微处理器中。优选地，所述D/A转换器设置于微处理器中。本实用新型所阐述的阻抗呼吸检测的直流漂移自动平衡系统，与现有技术相比，其有益效果在于本实用新型用微控制器通过ー D/A转换器将数字信号转换成模拟信号，输出ー个直流电压做參考电压，井根据采样到的阻抗呼吸信号波形的直流电平来调整，使输出的直流电平为需要值，防止直流漂移，本实用新型降低了呼吸检测设备的复杂度，从而減少生产エ序、提高效率、降低成本的阻抗呼吸检测的直流漂移自动平衡系统。
附图I为阻抗检测呼吸率设备的工作流程图；附图2为现有技术阻抗呼吸检测的直流漂移平衡系统的电路原理图；附图3为本实用新型阻抗呼吸检测的直流漂移自动平衡系统的电路原理图；附图4为图3中微处理器的软件处理流程图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式
，对本实用新型的阻抗呼吸检测的直流漂移自动平衡系统做进一步描述，以便于更清楚的理解本实用新型所要求保护的技术思想。如图3 4所示，阻抗呼吸检测的直流漂移自动平衡系统，其包括一解调和滤波单元、信号放大和低通滤波单元、微处理器U4，信号放大和低通滤波单元的输入端与解调和滤波単元的输出端电性连接，信号放大和低通滤波单元的输出端通过ー A/D转换器电性连接至微处理器U4，信号放大和低通滤波单元包括一低通电路2，该低通电路2包括ー运算放大器U2，运算放大器U2的同相输入端通过ー D/A转换器与微处理器U4电性连接。其中，作为本实用新型较佳的实施例，A/D转换器和D/A转换器可设置于微处理器U4中，从而更加节约成本。本实用新型采用微控制器U4自身带的D/A转换器将数字信号转换成模拟信号，输出ー个直流电压做參考电压，井根据采样到的阻抗呼吸信号波形的直流电平来调整，使输出的直流电平为需要值，防止直流漂移；减少生产エ序提高效率，降低成本。具体地，信号放大和低通滤波单元还包括一放大电路I、滤波电路3、放大滤波电路4、电位调整电路5，其中，电位调整电路5为微处理器U4，微处理器U4设有A/D转换器和D/A转换器，放大电路I、低通电路2、滤波电路3、放大滤波电路4依次电性连接，放大电路I的输入端与解调和滤波单元的输出端电性连接，放大滤波电路4的输出端与A/D转换器电性连接。放大电路I包括电容Cl、电阻R1、电阻R2、电阻R3、运算放大器U1，解调和滤波单元的输出端通过电容Cl连接至运算放大器Ul的同相输入端，电阻Rl的一端连接至运算放大器Ul的同相输入端，另一端连接至一第一參考电压Vref，运算放大器Ul的反相输入端通过电阻R3连接至运算放大器Ul的输出端，运算放大器Ul的反相输入端并通过电阻R2连接至一第二參考电压Vref。低通电路2还包括电阻R4、电阻R5、电容C2，运算放大器Ul的输出端通过电阻R4连接至运算放大器U2的反相输入端，电阻R5和电容C2并联后跨接于运算放大器U2的反相输入端和运算放大器U2的输出端之间。滤波电路3包括电阻R6、电阻R7、电容C3、电容C4，运算放大器U2的输出端依次经过电阻R6和电容C3后接地，运算放大器U2的输出端依次经过电阻R6、电阻R7、电容C4后接地。放大滤波电路4包括运算放大器U3、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C5，运算放大器U3的同相输入端连接于电阻R7和电容C4之间，运算放大器U3的反相输入端通过电阻R8连接至一第三參考电压Vref，电阻R9跨接于运算放大器U3的反相输入端和运算放大器U3的输出端之间，运算放大器U3的输出端依次通过电阻R10、电容C5后接地，A/D转换器连接于电阻RlO和电容C5之间。本实用新型的详细工作原理及过程I、在图3中，电位调整电路5中微控制器U4首先利用自带D/A转换器输出ー个參考电压到低通电路2中运算放大器U2的同相输入端，一般这个电压是微控制器U4的D/A转换器电压的一半，因为这样不管阻抗呼吸信号是正还是负信号都能够检测，不容易出现运算放大器U2饱和。2、在电位调整电路5中微控制器U4用其自带的A/D转换器以50HZ的采样速率连续采样，用毎秒50次是因为エ频是50HZ，便于后面滤波；再就是人体呼吸率一般是每分钟20次左右，最高不超过120次(2HZ)，根据奈奎斯特(Nyquist)定理，只要采样频率大于呼吸信号最高谐波2倍即可(Ws ^ 2ffm)。3、经步骤S401 (A/D转换)后，在图4的步骤S402 (数字滤波エ频陷波)中，采样后的数据有各种噪音，必须进行数字滤波。本发明在软件处理中用了 2个滤波算法A、为了保证实时性，用MATLAB软件设计了ー个简单的ニ阶巴特沃斯低通滤波器，带宽是人类呼吸最高频率2HZ ；B、另外针对50HZエ频又用一个简单的滑动平均滤波，滑动平均滤波对周期性的噪音有比较好的滤除效果，因为经过前面2HZ和硬件RC阻容滤波(滤波电路3)，已经把エ频滤除了大部分，此处就不需要那么严格了。[0032]4、在图4的步骤S403(取出直流电平)中，任何ー个呼吸信号波形都是由直流和交流组成的f (t) = fD+fA(t);全都可以用傅立叶分解为直流和各种频率的正弦加余弦
权利要求1.阻抗呼吸检测的直流漂移自动平衡系统，其包括一解调和滤波単元、信号放大和低通滤波单元、微处理器，所述信号放大和低通滤波单元的输入端与解调和滤波単元的输出端电性连接，信号放大和低通滤波单元的输出端通过ー A/D转换器电性连接至微处理器，其特征在于，信号放大和低通滤波单元包括一低通电路，该低通电路包括一运算放大器U2，所述运算放大器U2的同相输入端通过ー D/A转换器与微处理器电性连接。
2.根据权利要求I所述的阻抗呼吸检测的直流漂移自动平衡系统，其特征在于，所述信号放大和低通滤波单元还包括一放大电路、滤波电路、放大滤波电路，所述放大电路、低通电路、滤波电路、放大滤波电路依次电性连接，放大电路的输入端与解调和滤波单元的输出端电性连接，放大滤波电路的输出端与A/D转换器电性连接。
3.根据权利要求2所述的阻抗呼吸检测的直流漂移自动平衡系统，其特征在于，所述放大电路包括电容Cl、电阻R1、电阻R2、电阻R3、运算放大器U1，解调和滤波単元的输出端通过电容Cl连接至运算放大器Ul的同相输入端，电阻Rl的一端连接至运算放大器Ul的同相输入端，另一端连接至一第一參考电压，运算放大器Ul的反相输入端通过电阻R3连接至运算放大器Ul的输出端，运算放大器Ul的反相输入端并通过电阻R2连接至一第二參考电压。
4.根据权利要求3所述的阻抗呼吸检测的直流漂移自动平衡系统，其特征在于，低通电路还包括电阻R4、电阻R5、电容C2，运算放大器Ul的输出端通过电阻R4连接至运算放大器U2的反相输入端，电阻R5和电容C2并联后跨接于运算放大器U2的反相输入端和运算放大器U2的输出端之间。
5.根据权利要求4所述的阻抗呼吸检测的直流漂移自动平衡系统，其特征在于，所述滤波电路包括电阻R6、电阻R7、电容C3、电容C4，运算放大器U2的输出端依次经过电阻R6和电容C3后接地，运算放大器U2的输出端依次经过电阻R6、电阻R7、电容C4后接地。
6.根据权利要求5所述的阻抗呼吸检测的直流漂移自动平衡系统，其特征在于，所述放大滤波电路包括运算放大器U3、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C5，运算放大器U3的同相输入端连接于电阻R7和电容C4之间，运算放大器U3的反相输入端通过电阻R8连接至一第三參考电压，电阻R9跨接于运算放大器U3的反相输入端和运算放大器U3的输出端之间，运算放大器U3的输出端依次通过电阻R10、电容C5后接地，A/D转换器连接于电阻RlO和电容C5之间。
7.根据权利要求I所述的阻抗呼吸检测的直流漂移自动平衡系统，其特征在于，所述A/D转换器设置于微处理器中。
8.根据权利要求I或7所述的阻抗呼吸检测的直流漂移自动平衡系统，其特征在于，所述D/A转换器设置于微处理器中。
专利摘要本实用新型涉及阻抗呼吸检测的直流漂移自动平衡系统，其包括一解调和滤波单元、信号放大和低通滤波单元、微处理器，所述信号放大和低通滤波单元的输入端与解调和滤波单元的输出端电性连接，信号放大和低通滤波单元的输出端通过一A/D转换器电性连接至微处理器，信号放大和低通滤波单元包括一低通电路，该低通电路包括一运算放大器U2，所述运算放大器U2的同相输入端通过一D/A转换器与微处理器电性连接。本实用新型降低了呼吸检测设备的复杂度，从而减少生产工序、提高效率、降低成本的阻抗呼吸检测的直流漂移自动平衡系统。
文档编号A61B5/085GK202515663SQ201220053360
公开日2012年11月7日 申请日期2012年2月17日 优先权日2012年2月17日
发明者甘健斌 申请人:深圳市杰纳瑞医疗仪器有限公司