感应呼吸传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及感应传感器，具体地用于感测对象的呼吸参数(例如频率和体积)。
【背景技术】
[0002]美国专利5，913，830公开了一种用于测量胸部或腹部的周长和横截面积的变化的感应体积描记法呼吸传感器。传感器包括导体回路，其具有当人穿上它呼吸时导体平行于传感器扩展和收缩的方向运行的(“不活跃”)段，以及导体包括在横向方向上的突转弯管的(“活跃”)段。当传感器被拉伸时，弯管改变形状，导致导体回路的电感的变化。
[0003]然而，美国专利5，913，830没有公开关于感测电路的任何细节，两种类型的电路被常规地用于测量电感变化。第一类型的电路是LC振荡器，其将感测线圈用作储能元件。振荡器频率指示电感。该电路具有LC振荡器可以将其频率锁定到具有接近于储能频率的频率的外部磁场的缺点。例如，当穿上相同测量设备的两个人靠近彼此时，或当存在由例如在接近于LC振荡器的共振的频率处操作的无线电发射器生成的电磁场时，这能够发生。第二类型的电路使用由高频周期信号(例如在1MHz)驱动的分压器。分压器包括参考阻抗和感应元件。分压器输出电压的幅度指示电感。当对象呼吸时，感应传感器通常具有大约ΙμΗ的电感以及高达ΙΟΟηΗ的变化。在1MHz的频率处，ΙΟΟηΗ的电感对应于0.628Ω的阻抗。这意味着，为了提取可测量信号，大电流必须被用于生成可使用分压器输出电压，与低功率要求冲突，或者非常小的输出电压必须被放大，与低功率和低成本要求冲突，或者必须采用更高的操作频率，其与低功率要求冲突。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种改进的感应呼吸传感器。该目的通过根据权利要求1所述的传感器实现。
[0005]根据本发明，感应呼吸传感器包括感应换能器和感测电路，所述感应换能器被配置为当经受(由呼吸引起的)机械变形时，产生可变电感。感测电路包括互阻抗放大器，所述互阻抗放大器具有参考输入部、感测输入部和输出部。感测输入部被可操作地连接到感应换能器，并且互阻抗放大器被配置为将来自输出部的电流驱动到感测输入部，使得感测输入部上的电压遵循被应用到参考输入部的电压，并且引起指示电流的输出部上的电压。具体地，互阻抗放大器包括第一晶体管和第二晶体管。第一晶体管包括第一连接(收集器或漏极)、第二连接(发射器或源极)和第三连接(基极或栅极)，所述第一晶体管的第一连接和第二连接被操作地连接在互阻抗放大器的感测输入部与输出部之间。第二晶体管也包括第一连接(收集器或漏极)、第二连接(发射器或源极)和第三连接(基极或栅极)，所述第二晶体管的第二连接被连接到参考输入部，第二晶体管的第一连接被连接到第一晶体管的第三连接，并且第二晶体管的第三连接被连接到感测输入部。在下文中，根据所考虑的晶体管是双极结型晶体管还是场效应晶体管，术语“第一连接”指定收集器或漏极，术语“第二连接”指定发射器或源极，以及术语“第三连接”指定基极或栅极。
[0006]本领域技术人员将认识到，第一晶体管和第二晶体管共同形成负反馈控制回路，其中第一晶体管是致动器，并且第二晶体管充当控制器。在双极结型晶体管的情况下，第二晶体管的基极-发射器电压差控制跨第二晶体管的收集器-发射器电流。在收集器处，这转化为电压，其被应用到第一晶体管的基极，并且控制第一晶体管，使得感测输入部上的电压倾向于(drawn toward)参考输入部的电压。在场效晶体管的情况下，除了基极、发射器和收集器端被栅极、源极和漏极端取代，功能是类似的。
[0007]与具有被应用在其基极的参考电压的一个晶体管的解决方案相比，具有第一晶体管和第二晶体管的反馈回路的优点在于大大地减少了(近似等于第二晶体管的当前增益的因子)输入阻抗。与上述分压器方法相比较，互阻抗放大器的输出部上得到的电压不需要高增益放大，其导致更低的功率要求和潜在地更低的生产成本。
[0008]优选地，感应换能器通过耦合电容器被AC耦合到感测输入部，以便防止直流电流流过感应换能器。耦合电容器也能够被布置为与感应换能器串联。
[0009]根据本发明的优选实施例，感应呼吸传感器包括信号生成器，其被操作地连接到参考输入部，信号生成器被配置为向参考输入部应用交流电压(例如具有包括在从10kHz至100MHz，优选从10kHz至1MHz的范围内的频率)。例如，信号生成器能够包括低通滤波器，所述低通滤波器被连接到产生方波的微控制器的数字信号输出部。在这种情况下，滤波器的截止频率优选被选择，使得滤波器抑制基频的谐波，在其输出部产生正弦波。
[0010]优选地，感应呼吸传感器包括同步整流器，所述同步整流器被操作地连接到互阻抗放大器的输出部，用于将交流电压转化成指示阻抗或电感的直流电压。
[0011]信号生成器优选包括与第二晶体管匹配的晶体管，匹配晶体管的发射器或源极与第二晶体管的第二连接连接。通过使用匹配的双极结型晶体管，补偿第二晶体管的前向基极-发射器结型电压。当采用匹配的M0SFET代替时，相同的补偿技术能够被用于补偿栅极-源极电压。
[0012]根据本发明的优选实施例，互阻抗放大器(在下文中被称为第一互阻抗放大器)被操作地连接到在其第一端的感应换能器，并且感应呼吸传感器包括具有参考输入部、感测输入部和输出部的第二互阻抗放大器，第二互阻抗放大器的感测输入部被操作地连接到在其第二端的感应换能器。第二互阻抗放大器被配置为将来自第二互阻抗放大器的输出部的电流驱动到第二互阻抗放大器的感测输入部，使得第二互阻抗放大器的感测输入部上的电压遵循被应用到第二互阻抗放大器的参考输入部的电压，并且引起指示电流的第二互阻抗放大器的输出部上的电压。具体地，第二互阻抗放大器包括第三晶体管和第四晶体管。第三晶体管包括第一连接、第二连接和第三连接，第三晶体管的第一连接和第二连接被操作地连接在第二互阻抗放大器的感测输入部与第二互阻抗放大器的输出部之间。第四晶体管也包括第一连接、第二连接和第三连接，第四晶体管的第二连接被连接到第二互阻抗放大器的参考输入部，第四晶体管的第一连接被连接到第三晶体管的第三连接，并且第四晶体管的第三连接被连接到第二互阻抗放大器的感测输入部。
[0013]在该实施例中，可以以差分模式操作感应换能器。优选地，这使用被操作地连接到第一互阻抗放大器的参考输入部并且具有与第二互阻抗放大器的参考输入部的相反极性的信号生成器来实现，由此所述信号生成器被配置为生成第一互阻抗放大器的参考输入部与第二互阻抗放大器的参考输入部之间的交流电压差。
[0014]信号生成器可以包括低通滤波器，所述低通滤波器被连接到微控制器的数字信号输出部。
[0015]感应呼吸传感器可以包括同步整流器，例如其经由多路转换器或开关被操作地连接到第一互阻抗放大器的输出部以及第二互阻抗放大器的输出部。
[0016]优选地，提供与第二晶体管匹配的第五晶体管以及与第四晶体管匹配的第六晶体管，第五晶体管的发射器或源极与第二晶体管的第二连接进行连接，并且第六晶体管的发射器或源极与第四晶体管的第二连接进行连接，以便补偿第二晶体管和第四晶体管的前向基极-发射器结型电压或栅极-源极电压。
【附图说明】
[0017]参考附图根据若干非限定性实施例的以下详细描述，本发明的其他详情和优点将是显而易见的。
[0018]图1是根据本发明的第一优选实施例的感应呼吸传感器的方框示意图；
[0019]图2是图1的感应呼吸传感器的优选实施方案的方框示意图；
[0020]图3是根据本发明的第二优选实施例的感应呼吸传感器的方框示意图；
[0021]图4是根据本发明的第三优选实施例的感应呼吸传感器的方框示意图。
[0022]图例:
[0023]10感应呼吸传感器
[0024]12感应换能器
[0025]14、14’互阻抗放大器