血压监测装置、血压监测手环以及穿戴式血压监测服

1.本发明涉及血压检测技术领域，尤其涉及一种血压监测装置、血压监测手环以及穿戴式血压监测服。


背景技术：

2.人体血压是一项能够体现健康程度的重要生理指标，通过测量这一生理指标可以预防高血压所引起的相关疾病。现有技术中，一般采用上臂袖口绷带辅以听诊器的方法实现对血压的测量，其基本原理是通过测量绑定在上臂上的绷带的体积变化来确定人体的收缩压和舒张压。
3.由于人体血压是不稳定的，容易受多种因素的影响，例如，环境因素的改变会引起人体血压的改变，因此需要长时间地对患者的血压进行测量。然而，由于现有的血压测量设备比较笨重且穿戴起来不舒适，因此不适合长时间以及持续性的血压测量场景。
4.因此，如何实现长时间以及持续性的血压测量，是相关领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种血压监测装置、血压监测手环以及穿戴式血压监测服，用以解决现有技术中如何实现长时间以及持续性的血压测量的技术问题。
6.本发明提供一种血压监测装置，包括：监测探头以及信号处理电路，其中，所述监测探头包括磁电传感器以及至少一个永磁体；
7.所述永磁体与所述磁电传感器相对设置，用于对所述磁电传感器施加直流偏置磁场，以使所述磁电传感器工作在目标工作点；
8.所述永磁体还用于对患者的血液进行磁化，以使磁化后的血液产生时变磁场并作用于所述磁电传感器；
9.所述磁电传感器用于在所述时变磁场的作用下产生机械形变量，并将所述机械形变量转换为模拟电信号输出；
10.所述信号处理电路与所述磁电传感器连接，用于获取所述模拟电信号，并基于所述模拟电信号输出所述患者的血压监测信号。
11.根据本发明提供的一种血压监测装置，所述磁电传感器由磁致伸缩材料、压电材料以及粘合材料构成，其中：
12.所述磁致伸缩材料和所述压电材料通过所述粘合材料粘接；
13.所述磁致伸缩材料用于在所述时变磁场的作用下产生机械形变量，并将所述机械形变量传递至所述压电材料；
14.所述压电材料用于将所述机械形变量转换为所述模拟电信号输出。
15.根据本发明提供的一种血压监测装置，所述磁致伸缩材料包括第一层磁致伸缩材料和第二层磁致伸缩材料，其中：
16.所述第一层磁致伸缩材料设置在所述压电材料的一侧，所述第二层磁致伸缩材料设置在所述压电材料的另一侧。
17.根据本发明提供的一种血压监测装置，所述磁致伸缩材料为铁基非晶合金，所述铁基非晶合金包括铁元素和类金属元素，其中：
18.所述铁基非晶合金中的铁元素的含量大于70％，所述铁基非晶合金中的类金属元素的含量大于20％。
19.根据本发明提供的一种血压监测装置，所述压电材料为压电陶瓷或者压电单晶，所述粘合材料为环氧树脂。
20.根据本发明提供的一种血压监测装置，所述监测探头的长度小于或者等于40mm，所述监测探头的宽度小于或者等于10mm，所述监测探头的厚度小于或者等于0.5mm。
21.根据本发明提供的一种血压监测装置，所述信号处理电路包括相互连接的信号放大电路和模数转换电路，其中：
22.所述信号放大电路与所述磁电传感器连接，用于对获取到的模拟电信号进行信号放大处理，并将信号放大处理后的模拟电信号传输至所述模数转换电路；
23.所述模数转换电路用于将信号放大处理后的模拟电信号转换为数字电信号，并将所述数字电信号作为所述患者的血压监测信号输出。
24.根据本发明提供的一种血压监测装置，所述信号放大电路包括相互连接的初级信号放大电路和次级信号放大电路，其中：
25.所述初级信号放大电路与所述磁电传感器连接，用于对获取到的模拟电信号进行降噪处理以及初级信号放大处理，并将初级信号放大处理后的模拟电信号传输至所述次级信号放大电路；
26.所述次级信号放大电路与所述模数转换电路连接，用于对初级信号放大处理后的模拟电信号进行滤波处理以及次级信号放大处理，并将次级信号放大处理后的模拟电信号传输至所述模数转换电路。
27.本发明还提供一种血压监测手环，包括手环本体以及如上述任一种所述的血压监测装置，其中，所述血压监测装置设置在所述手环本体上。
28.本发明还提供一种穿戴式血压监测服，包括：服装本体以及如上述任一种所述的血压监测装置，其中：
29.所述血压监测装置集成在所述服装本体中袖管位置的织物中；所述血压监测装置中的信号处理电路为柔性电路。
30.本发明提供的血压监测装置、血压监测手环以及穿戴式血压监测服，通过永磁体对患者的血液进行磁化，以使磁化后的血液产生时变磁场并作用于磁电传感器，并通过永磁体对磁电传感器施加直流偏置磁场，以使磁电传感器工作在最优工作点，从而保证了磁电传感器能够最大程度地将探测到的时变磁场的磁场变化转换为模拟电信号输出，进而提高了磁电传感器的探测结果的可靠性，并且，由于永磁体可以长时间以及持续性地对患者的血液进行磁化，以使磁化后的血液产生时变磁场并作用于磁电传感器，因此磁电传感器可以长时间以及持续性地将探测到的时变磁场的磁场变化转换为模拟电信号输出，进而基于连续性输出的模拟电信号输出患者的血压监测信号，以实现长时间以及持续性的血压测量，解决了现有技术中如何实现长时间以及持续性的血压测量的技术问题。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1是本发明实施例提供的血压监测装置的结构示意图之一；
33.图2是本发明实施例中磁电传感器的输出电场的电场强度与直流偏置磁场的磁场强度之间的关系曲线示意图；
34.图3是本发明实施例提供的血压监测装置的结构示意图之二；
35.图4是本发明实施例中磁致伸缩材料的磁机耦合系数与退火温度之间的关系曲线示意图；
36.图5是本发明实施例提供的血压监测手环的结构示意图；
37.图6是本发明实施例提供的穿戴式血压监测服的结构示意图。
具体实施方式
38.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.下面结合图1和图3描述本发明提供的血压监测装置100。如图1所示，本发明提供一种血压监测装置100，包括：监测探头10以及信号处理电路20，其中，监测探头10包括磁电传感器11以及至少一个永磁体12。
40.永磁体12与磁电传感器11相对设置，用于对磁电传感器11施加直流偏置磁场，以使磁电传感器11工作在目标工作点。
41.其中，目标工作点表示磁电传感器11的机械形变量达到最大值时所对应的工作点，也可以称为磁电传感器11的最优工作点。永磁体12还用于对患者的血液进行磁化，以使磁化后的血液产生时变磁场并作用于磁电传感器11。
42.磁电传感器11用于在时变磁场的作用下产生机械形变量，并将机械形变量转换为模拟电信号输出。信号处理电路20与磁电传感器11连接，用于获取模拟电信号，并基于模拟电信号输出患者的血压监测信号。
43.图2为磁电传感器11的输出电场的电场强度与直流偏置磁场的磁场强度之间的关系曲线示意图，其中，横坐标为直流偏置磁场的磁场强度，横坐标的单位为oe(奥斯特)。纵坐标为磁电传感器11输出电场的电场强度与时变磁场的磁场强度的比值，纵坐标的单位为((v/cm)/oe)，即((伏特/厘米)/奥斯特)。
44.如图2所示，永磁体12通过对施加磁电传感器11直流偏置磁场，以使磁电传感器11工作在坐标原点右侧的最优工作点a或者坐标原点左侧的最优工作点b处，其中，最优工作点a和最优工作点b表示图2所示的关系曲线的导数达到最大值的位置，即磁电传感器11的输出电压与时变磁场的磁场强度的比值的变化率达到最大值的位置，也就是磁电传感器11的机械形变量达到最大值的位置，因此在永磁体12施加的直流偏置磁场的作用下，磁电传
感器11的机械形变量达到最大值，从而可以避免外界噪声影响磁电传感器11的探测性能，进而可以最大程度地将探测到的时变磁场的磁场变化转换为模拟电信号输出，从而提高了磁电传感器11的探测效果。
45.本发明提供的血压监测装置100，通过永磁体12对患者的血液进行磁化，以使磁化后的血液产生时变磁场并作用于磁电传感器11，并通过永磁体12对磁电传感器11施加直流偏置磁场，以使磁电传感器11工作在最优工作点，从而保证了磁电传感器11能够最大程度地将探测到的时变磁场的磁场变化转换为模拟电信号输出，进而提高了磁电传感器11的探测结果的可靠性，并且，由于永磁体12可以长时间以及持续性地对患者的血液进行磁化，以使磁化后的血液产生时变磁场并作用于磁电传感器11，因此磁电传感器11可以长时间以及持续性地将探测到的时变磁场的磁场变化转换为模拟电信号输出，进而基于连续性输出的模拟电信号输出患者的血压监测信号，以实现长时间以及持续性的血压测量，解决了现有技术中如何实现长时间以及持续性的血压测量的技术问题。
46.在一个实施例中，磁电传感器11由磁致伸缩材料、压电材料以及粘合材料构成，其中：磁致伸缩材料和压电材料通过粘合材料粘接。磁致伸缩材料用于在时变磁场的作用下产生机械形变量，并将机械形变量传递至压电材料。压电材料用于将机械形变量转换为模拟电信号输出。
47.其中，磁致伸缩是指铁磁物质，由于其磁化状态的改变，所引起的线度和体积的变化。磁致伸缩是铁磁物质的一种属性。利用这种属性可以把磁能转换成机械能。压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。
48.在本实施例中，磁致伸缩材料用于将时变磁场的磁场变化转换成机械形变量，并将这一机械形变量传递至与其粘接的压电材料。由于压电材料在受到该机械形变量的压力作用时会在其两端面间产生电压，因此压电材料在外接电源的作用下可以将该机械形变量转换为模拟电信号输出。
49.上述实施例，通过利用磁电传感器11中磁致伸缩材料的磁致伸缩特性可以将时变磁场的磁场变化转换成机械形变量，并将该机械形变量传递至与其粘接的压电材料，并利用磁电传感器11中压电材料的压电特性将该机械形变量转换为模拟电信号输出，以实现通过磁电传感器11将时变磁场的磁场变化转换成模拟电信号输出，从而便于后续基于模拟电信号输出患者的血压监测信号。
50.在一个实施例中，如图3所示，磁致伸缩材料包括第一层磁致伸缩材料111和第二层磁致伸缩材料113，其中：第一层磁致伸缩材料111设置在压电材料112的一侧，第二层磁致伸缩材料113设置在压电材料112的另一侧。
51.另外，图3中的30表示患者的皮肤，图3中的40表示患者的血管，图3中的50表示患者的血液。永磁体12用于对患者的血液50进行磁化，以使磁化后的血液50产生时变磁场并作用于磁电传感器11中的磁致伸缩材料。磁致伸缩材料中的第一层磁致伸缩材料111和第二层磁致伸缩材料113用于在时变磁场的作用下产生机械形变量，并将机械形变量传递至压电材料112。压电材料112用于将机械形变量转换为模拟电信号输出。
52.上述本实施例，通过在压电材料112的两侧分别设置第一层磁致伸缩材料111和第二层磁致伸缩材料113，以使磁电传感器11形成对称式的磁电转换结构，由于这种对称式的磁电转换结构的磁电转换能力比较高，使得磁电传感器11能够最大程度地将时变磁场的磁
场变化转换为模拟电信号输出，进一步提高了磁电传感器11的探测性能和探测效果。
53.在一个实施例中，磁致伸缩材料为铁基非晶合金，铁基非晶合金包括铁元素和类金属元素，其中：铁基非晶合金中的铁元素的含量大于70％，铁基非晶合金中的类金属元素的含量大于20％，以提高磁电传感器11中磁致伸缩材料的磁机耦合系数以及磁导率。
54.其中，铁基非晶合金可以是fesib合金。磁机耦合系数用于表征将磁场能转变为机械能，或者将机械能转变为磁场能的能量转换程度。磁导率为磁介质中磁感应强度的微分与磁场强度的微分之比。另外，类金属元素也可以称为玻璃化元素，包括硅元素和硼元素等。
55.上述实施例，通过将铁基非晶合金中的铁元素的含量控制在70％以上，以及将铁基非晶合金中的类金属元素的含量控制20％以上，以提高磁电传感器11中磁致伸缩材料的磁机耦合系数以及磁导率，从而使得磁电传感器11能够最大程度地将时变磁场的磁场变化转换为模拟电信号输出，进一步提高了磁电传感器11的探测性能和探测效果。
56.在一个实施例中，在磁致伸缩材料为铁基非晶合金，且铁基非晶合金中的铁元素的含量为70％-80％的情况下，对磁致伸缩材料进行特定温度的退火工艺处理之后，磁致伸缩材料的磁机耦合系数能够达到最大值。例如，磁致伸缩材料为fe
80
si9b
11
。
57.其中，磁致伸缩材料的退火温度基于磁致伸缩材料的层数确定，图4是磁致伸缩材料的磁机耦合系数与退火温度之间的关系曲线示意图，对于单层的磁致伸缩材料，经过在温度为430
±
10摄氏度、时间为20分钟的退火处理之后，磁致伸缩材料的磁机耦合系数达到最大值。对于6层粘合的磁致伸缩材料，单层材料经过在温度为460-480摄氏度、时间为20分钟的退火处理之后，6层粘合的磁致伸缩材料的磁机耦合系数达到最大值。
58.在一个实施例中，压电材料112为压电陶瓷或者压电单晶，粘合材料为环氧树脂。可选地，压电单晶为pmn-pt单晶。
59.具体地，压电材料112可以是压电晶体，压电晶体包括压电单晶和压电多晶，由于压电单晶的压电性能远高于压电多晶。压电材料112的压电性能主要体现在机电耦合系数上，机电耦合系数用于表征将机械能转变为电能，或者将电能转变为机械能的能量转换程度。由于压电单晶的机电耦合系数能够达到90％以上，因此选择压电单晶作为磁电传感器11中的压电材料112，可以提高磁电传感器11的磁电能量转换效率。
60.另外，本实施例中选用环氧树脂作为磁电传感器11中磁致伸缩材料与压电材料的粘合材料，可以磁电传感器11中的磁致伸缩材料与压电材料对粘合剂的柔顺系数的要求，从而可以提高磁电传感器11的性能。
61.在一个实施例中，监测探头10的长度小于或者等于40mm，监测探头10的宽度小于或者等于10mm，监测探头10的厚度小于或者等于0.5mm，以在满足血压监测装置100的探测性能的基础上，尽可能地减小监测探头10的体积，以避免血压监测装置100过于笨重以及穿戴不舒适的缺陷，实现长时间以及持续性的血压测量，并且以便于将血压监测装置100集成在血压监测手环或者穿戴式血压监测服中。
62.在一个实施例中，血压监测装置100的尺寸小于或者等于手腕尺寸，以便于将血压监测装置100集成在血压监测手环或者穿戴式血压监测服中。
63.在一个实施例中，本发明中的永磁体12的形状可以是条形、环形或者其他形状，但是永磁体12的选型应该保证永磁体12能够最大程度地对患者的血液进行磁化，并且能够对
磁电传感器11施加有效的直流偏置磁场。
64.在一个实施例中，信号处理电路20包括相互连接的信号放大电路和模数转换电路，其中：
65.信号放大电路与磁电传感器11连接，用于对获取到的模拟电信号进行信号放大处理，并将信号放大处理后的模拟电信号传输至模数转换电路。
66.模数转换电路用于将信号放大处理后的模拟电信号转换为数字电信号，并将数字电信号作为患者的血压监测信号输出。
67.在一个实施例中，信号放大电路包括相互连接的初级信号放大电路和次级信号放大电路，其中：
68.初级信号放大电路与磁电传感器11连接，用于对获取到的模拟电信号进行降噪处理以及初级信号放大处理，并将初级信号放大处理后的模拟电信号传输至次级信号放大电路。
69.次级信号放大电路与模数转换电路连接，用于对初级信号放大处理后的模拟电信号进行滤波处理以及次级信号放大处理，并将次级信号放大处理后的模拟电信号传输至模数转换电路。
70.下面提供一个具体实施例，以对本发明提供的血压监测装置100作进一步说明。
71.本具体实施例提供的血压监测装置100包括：监测探头10以及信号处理电路20，其中，监测探头10包括磁电传感器11以及至少一个永磁体12。永磁体12与磁电传感器11相对设置，用于对磁电传感器11施加直流偏置磁场，以使磁电传感器11工作在目标工作点。永磁体12还用于对患者的血液进行磁化，以使磁化后的血液产生时变磁场并作用于磁电传感器11。磁电传感器11由磁致伸缩材料、压电材料以及粘合材料构成，其中：磁致伸缩材料和压电材料通过粘合材料粘接。磁致伸缩材料包括第一层磁致伸缩材料111和第二层磁致伸缩材料113，其中：第一层磁致伸缩材料111设置在压电材料112的一侧，第二层磁致伸缩材料113设置在压电材料112的另一侧。第一层磁致伸缩材料111和第二层磁致伸缩材料113用于在时变磁场的作用下产生机械形变量，并将机械形变量传递至压电材料112。压电材料112用于将机械形变量转换为模拟电信号输出。信号处理电路20与磁电传感器11连接，用于获取模拟电信号，并基于模拟电信号输出患者的血压监测信号。
72.如图5所示，本发明提供一种血压监测手环，血压监测手环包括：包括手环本体200以及如上述任意一个实施例提供的血压监测装置100(图5中未示出血压监测装置的标号)，其中，血压监测装置100设置在手环本体200上。
73.在一个实施例中，血压监测手环中的血压监测装置100包括：监测探头10以及信号处理电路20，其中，监测探头10包括磁电传感器11以及至少一个永磁体12。
74.永磁体12与磁电传感器11相对设置，用于对磁电传感器11施加直流偏置磁场，以使磁电传感器11工作在目标工作点。永磁体12还用于对患者的血液进行磁化，以使磁化后的血液产生时变磁场并作用于磁电传感器11。磁电传感器11用于在时变磁场的作用下产生机械形变量，并将机械形变量转换为模拟电信号输出。信号处理电路20与磁电传感器11连接，用于获取模拟电信号，并基于模拟电信号输出患者的血压监测信号。
75.在一个实施例中，磁电传感器11由磁致伸缩材料、压电材料以及粘合材料构成，其中：磁致伸缩材料和压电材料通过粘合材料粘接。磁致伸缩材料用于在时变磁场的作用下
产生机械形变量，并将机械形变量传递至压电材料。压电材料用于将机械形变量转换为模拟电信号输出。
76.在一个实施例中，磁致伸缩材料包括第一层磁致伸缩材料111和第二层磁致伸缩材料113，其中：第一层磁致伸缩材料111设置在压电材料112的一侧，第二层磁致伸缩材料113设置在压电材料112的另一侧。
77.在一个实施例中，磁致伸缩材料为铁基非晶合金，铁基非晶合金包括铁元素和类金属元素，其中：铁基非晶合金中的铁元素的含量大于70％，铁基非晶合金中的类金属元素的含量大于20％。
78.在一个实施例中，压电材料112为压电陶瓷或者压电单晶，粘合材料为环氧树脂。
79.在一个实施例中，监测探头10的长度小于或者等于40mm，监测探头10的宽度小于或者等于10mm，监测探头10的厚度小于或者等于0.5mm。
80.在一个实施例中，血压监测装置100的尺寸小于或者等于手腕尺寸。
81.在一个实施例中，信号处理电路20包括相互连接的信号放大电路和模数转换电路，其中：信号放大电路与磁电传感器11连接，用于对获取到的模拟电信号进行信号放大处理，并将信号放大处理后的模拟电信号传输至模数转换电路。模数转换电路用于将信号放大处理后的模拟电信号转换为数字电信号，并将数字电信号作为患者的血压监测信号输出。
82.在一个实施例中，信号放大电路包括相互连接的初级信号放大电路和次级信号放大电路，其中：
83.初级信号放大电路与磁电传感器11连接，用于对获取到的模拟电信号进行降噪处理以及初级信号放大处理，并将初级信号放大处理后的模拟电信号传输至次级信号放大电路。
84.次级信号放大电路与模数转换电路连接，用于对初级信号放大处理后的模拟电信号进行滤波处理以及次级信号放大处理，并将次级信号放大处理后的模拟电信号传输至模数转换电路。
85.如图6所示，本发明提供一种穿戴式血压监测服，穿戴式血压监测服包括：服装本体300以及如上述任意一个实施例提供的血压监测装置100，其中：血压监测装置100集成在服装本体300中袖管位置的织物中；血压监测装置100中的信号处理电路20(图6中未示出信号处理电路的标号)为柔性电路。
86.在一个实施例中，穿戴式血压监测服中的血压监测装置100包括：监测探头10以及信号处理电路20，其中，监测探头10包括磁电传感器11以及至少一个永磁体12。
87.永磁体12与磁电传感器11相对设置，用于对磁电传感器11施加直流偏置磁场，以使磁电传感器11工作在目标工作点。永磁体12还用于对患者的血液进行磁化，以使磁化后的血液产生时变磁场并作用于磁电传感器11。磁电传感器11用于在时变磁场的作用下产生机械形变量，并将机械形变量转换为模拟电信号输出。信号处理电路20与磁电传感器11连接，用于获取模拟电信号，并基于模拟电信号输出患者的血压监测信号。
88.在一个实施例中，磁电传感器11由磁致伸缩材料、压电材料112以及粘合材料构成，其中：磁致伸缩材料和压电材料通过粘合材料粘接。磁致伸缩材料用于在时变磁场的作用下产生机械形变量，并将机械形变量传递至压电材料。压电材料用于将机械形变量转换
为模拟电信号输出。
89.在一个实施例中，磁致伸缩材料包括第一层磁致伸缩材料111和第二层磁致伸缩材料113，其中：第一层磁致伸缩材料111设置在压电材料112的一侧，第二层磁致伸缩材料113设置在压电材料112的另一侧。
90.在一个实施例中，磁致伸缩材料为铁基非晶合金，铁基非晶合金包括铁元素和类金属元素，其中：铁基非晶合金中的铁元素的含量大于70％，铁基非晶合金中的类金属元素的含量大于20％。
91.在一个实施例中，压电材料112为压电陶瓷或者压电单晶，粘合材料为环氧树脂。
92.在一个实施例中，监测探头10的长度小于或者等于40mm，监测探头10的宽度小于或者等于10mm，监测探头10的厚度小于或者等于0.5mm。
93.在一个实施例中，血压监测装置100的尺寸小于或者等于手腕尺寸。
94.在一个实施例中，信号处理电路20包括相互连接的信号放大电路和模数转换电路，其中：信号放大电路与磁电传感器11连接，用于对获取到的模拟电信号进行信号放大处理，并将信号放大处理后的模拟电信号传输至模数转换电路。模数转换电路用于将信号放大处理后的模拟电信号转换为数字电信号，并将数字电信号作为患者的血压监测信号输出。
95.在一个实施例中，信号放大电路包括相互连接的初级信号放大电路和次级信号放大电路，其中：
96.初级信号放大电路与磁电传感器11连接，用于对获取到的模拟电信号进行降噪处理以及初级信号放大处理，并将初级信号放大处理后的模拟电信号传输至次级信号放大电路。
97.次级信号放大电路与模数转换电路连接，用于对初级信号放大处理后的模拟电信号进行滤波处理以及次级信号放大处理，并将次级信号放大处理后的模拟电信号传输至模数转换电路。
98.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。