专利名称：基于示波法的血压仪校准装置的制作方法
技术领域：
本实用新型与具有振荡波发生器的血压仪的校准装置有关。
技术背景血压仪校准装置是保证血压仪的输出参数的准确性的重要装置。振荡波发生器是 示波法血压仪校准装置的核心部件。目前国外已有基于示波法的血压仪校准装置，但是它们的振荡波发生器往往采用 直线电机加活塞的方式，由于活塞与缸体壁的摩擦力很大，严重影响了血压校准装置的准 确度，同时影响整个装置的使用寿命
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种结构简单，使用寿命长，校准精度高的基于示波法 的血压仪校准装置。本实用新型是这样实现的本实用新型基于示波法的血压仪校准装置，汽缸12内腔有气囊13经汽孔14与袖 带气路15连通，汽缸与支柱4连接，支柱4与直线步进电机1连接，电机螺杆轴3上有遮光 条6与位置传感器5配合，电机螺杆轴3与活塞8的螺纹孔连接，活塞8位于气囊13上，电 路板7固定于汽缸外壁，其上有位置传感器5，活塞8的侧壁与汽缸12的内腔壁之间有间 隙，位置传感器5与单片机连接，单片机与可编程逻辑门阵列连接，袖带气路15上有压力传 感器Sl经模一数转换器Ul与单片机和可编程逻辑门阵列连接，可编程逻辑门阵列经电机 驱动器与直线步进电机1连接，经驱动电路与袖带气路15上的电磁阀连接。压力传感器Sl经集成放大电路与模数转换器Ul连接，集成放大电路由放大器Al、 A2组成第一级差分电路，第一级差分电路的输出经放大器A3组成的第二级差分电路再经 放大器A4组成的二级低通滤波器滤波后输入模-数转换器Ul。位置传感器5由比较器U2和槽型光耦U3组成，槽型光耦的光接收端与发光端之 间的光可由遮光条6遮断，光接收端的输出接比较器U2反相端，比较器U2正相端接固定电 压，比较器U2输出接单片机。本实用新型的工作原理如下无创血压测量仪的袖带通过气路与活塞相连，启动血压测量功能后，血压仪校准 装置根据设置的校准曲线，控制直线步进电机驱动活塞，对密闭的袖带气体进行往返压缩， 从而在袖带中产生一个压力振荡波。振荡波的振幅由活塞运动的幅度决定，其频率由活塞 往返运动的频率决定。校准时，首先将被校准的电子血压计的袖带气路与校准装置连接，在血压校准装 置上设置一组血压值(收缩压/平均压/舒张压)，校准装置根据设定的血压值将调用相应 的校准曲线(即不同包络线的振荡波和相应的袖带压力的关系曲线)。电子血压计对袖带 先充气后放气并同时进行血压测量，在袖带充气和放气的过程中，血压校准装置的压力传感器实时检测袖带中的气压，依据校准曲线，将袖带中的气压换算为直线步进电机运动的 距离，然后控制电机驱动活塞做运动，这样电机往返运动压缩密闭空气的体积，从而在袖带 中产生压力振荡波。随着电子血压计充气和放气振荡波的振荡幅度由小到大，再由大到小 变化，直至脉动为0，最终产生出振荡波的包络和袖带压力的校准关系。当被校准的电子血 压计检测出收缩压和舒张压后，快速泄气至大气压。血压仪校准装置的压力传感器感知到 这一压力变化后电机停止工作。其中，电磁阀用于过压保护，当密闭袖带中的压力大于一定 气压时，为了保护传感器，电磁阀将气路中的气体快速释放。基于示波法的血压仪校准装置设计了新型的振荡波发生器，采用气囊填充汽缸的 腔体，用直线步进电机来压缩气囊，活塞与缸体内腔壁有间障，这样避免了活塞与缸体的摩 擦，延长了血压校准装置的寿命，同时采用了新型的电路结构保证无创血压测量仪的准确度。
图1为本实用新型的电路框图。图2为本实用新型的机械结构图。图3为本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
本实用新型由振荡波发生器、压力传感器、位置传感器、电磁阀、袖带气路、单片机 MCU和可编程逻辑门阵列FPGA组成的核心控制电路组成。振荡波发生器由活塞、直线步进电机以及位置传感器组成。传统振荡波发生器的 活塞与汽缸壁摩擦严重，长时间使用不仅影响了活塞的气密性，而且减少了电机的寿命和 步进的精度。为此，我们设计了一套无滑动摩擦的活塞，如图2所示。首先用袖带气路15的一端套一个橡胶气囊13从汽缸12的侧面的孔14中传出， 气囊13放在缸体里面，袖带气路15放在外面，同时在汽缸侧面的孔处夹紧袖带；将四根六角隔离柱4分别安装于汽缸上表面的四个螺孔处9，四个螺孔的相对位 置与电机的安装螺孔相对位置一样；然后用安装螺丝2将电机1连同活塞8固定在四个隔离柱4上；最后，将连同含有位置传感器5的电路板7安装在汽缸的侧面这样电机1和汽缸12的相对位置是不变的，当气囊13充气时，连在螺杆3上的活 塞8便压缩气囊产生振荡波。在压缩气球的过程中，由于活塞8的大小刚刚小于汽缸12的 腔体，所以不存在与缸体四壁的摩擦。活塞位置检测电路由于系统每次上电的过程中，要保证活塞处于固定的位置，以确保校准过程的一 致性，所以设计了活塞位置检测电路。该电路通过一个安装在固定位置的槽型光耦光电传 感器来实现。活塞的位置检测电路由U2比较器LM311和U3槽型光耦组成。当安装在活塞上的 遮光条6 (见图2)低于槽型光耦U3时，U3光接收端ce导通，P2点为低电平，当遮光条6 (见 图2)遮住槽型光耦的发光端时，光接收端ce断开，P2点为高电平。由于槽型光耦U3不是完全的开关管，遮光程度的不同会导致槽型光耦U3光接收端ce导通程度的不同，故P2点 输出的电压经过U2比较器LM311与一个固定电压(由R5和R6经过分压产生)比较，从而 产生低电平送至单片机的输入口 P3. 0管脚来检测活塞的位置。袖带压力检测由于采用的是电桥型的空气压力传感器Sl (型号为SCX15DN)，故采用高输入阻 抗、低输出阻抗的仪用集成放大电路，Al放大器0P27、A2放大器0P27组成第一级差分式电 路，A3放大器0P27组成第二级差分电路。由于A1、A2采用都是0P27，所以它们的共模输出 电压和漂移电压也都相等，再通过A3放大器0P27组成的差分式电路，可以相互抵消，故它 有很强的共模抑制比能力和较小的输出漂移电压。然后通过由A4放大器0P27组成的二级 低通巴特沃斯滤波器进行滤波，去掉高频干扰信号，最后将放大的信号送至Ul模-数转换 器AD574进行模/数转换。以M⑶和FPGA为核心控制电路由于使用的华邦单片机具有很强的外部总线扩展能力，所以单片机W78E052与 FPGA(EPFIOK10)接口采用总线方式，单片机的P0、P2、WR、RD和ALE与FPGA的I/O 口相连。 单片机通过数据总线读模_数转换器AD574转换袖带压力的结果，然后单片机W78E052给 FPGA(EPFIOKIO)发控制电机的命令，同时在IXD上绘制压力变化曲线，FPGA利用其高速并 行的特点，通过电机驱动器DCM4010控制电机驱动活塞运动，从而减轻了 MCU的工作负担， 也保证了系统的精度。若单片机检测到压力过大时，为保护压力传感器，FPGA(EPF10K10)控 制电磁阀(电磁阀型号为UNMP30)进行放气。由于电磁阀UNMP30的工作电流比较大，故采 用耐压高、大电流达林顿阵列的ULN2003，它能够在5V的工作电压下与TTL电平直接相连。应用结果经过试验验证，得出该校准装置标准血压模拟、心率模拟性能良好、稳定。
权利要求基于示波法的血压仪校准装置，其特征在于汽缸(12)内腔有气囊(13)经汽孔(14)与袖带气路(15)连通，汽缸与支柱(4)连接，支柱(4)与直线步进电机(1)连接，电机螺杆轴(3)上有遮光条(6)与位置传感器(5)配合，电机螺杆轴(3)与活塞(8)的螺纹孔连接，活塞(8)位于气囊(13)上，电路板(7)固定于汽缸外壁，其上有位置传感器(5)，活塞(8)的侧壁与汽缸(12)的内腔壁之间有间隙，位置传感器(5)与单片机连接，单片机与可编程逻辑门阵列连接，袖带气路(15)上有压力传感器S1经模一数转换器U1与单片机和可编程逻辑门阵列连接，可编程逻辑门阵列经电机驱动器与直线步进电机(1)连接，经驱动电路与袖带气路(15)上的电磁阀连接。
2.根据权利要求1所述的装置，特征在于压力传感器Sl经集成放大电路与模数转换 器Ul连接，集成放大电路由放大器Al、A2组成第一级差分电路，第一级差分电路的输出经 放大器A3组成的第二级差分电路再经放大器A4组成的二级低通滤波器滤波后输入模-数 转换器Ul。
3.根据权利要求1所述的装置，特征在于位置传感器(5)由比较器U2和槽型光耦U3 组成，槽型光耦的光接收端与发光端之间的光可由遮光条(6)遮断，光接收端的输出接比 较器U2反相端，比较器U2正相端接固定电压，比较器U2输出接单片机。
专利摘要本实用新型为基于示波法的血压仪校准装置，解决已有校准装置使用寿命短，准确度低的问题。汽缸(12)内腔有气囊(13)经汽孔(14)与袖带气路(15)连通，汽缸与支柱(4)连接，支柱4与直线步进电机(1)连接，电机螺杆轴(3)上有遮光条(6)与位置传感器(5)配合，电机螺杆轴(3)与活塞(8)的螺纹孔连接，活塞(8)位于气囊(13)上，电路板(7)固定于汽缸外壁，其上有位置传感器(5)，活塞(8)的侧壁与汽缸(12)的内腔壁之间有间隙，位置传感器(5)与单片机连接，单片机与可编程逻辑门阵列连接，袖带气路(15)上有压力传感器S1经模一数转换器U1与单片机和可编程逻辑门阵列连接，可编程逻辑门阵列经电机驱动器与直线步进电机(1)连接，经驱动电路与袖带气路(15)上的电磁阀连接。
文档编号A61B5/0225GK201675933SQ20102017011
公开日2010年12月22日 申请日期2010年4月26日 优先权日2010年4月26日
发明者余晓曦, 张学波, 李建明, 李龙, 王巍, 王晓辉, 肖文, 肖鹏 申请人:中国测试技术研究院电子研究所