一种微型脉搏振动传感器

本发明提供了一种微型脉搏振动传感器，属于振动传感器。

背景技术：

1、近年来，随着生活水平的不断提高，人们对身体健康的关注度越来越高。智慧穿戴作为了解人体健康信息的重要手段，使用的频率逐步走高。研究智慧穿戴所需各种传感器，实时准确检测人体健康相关信息指标对保障相关人群健康需求意义重大。血液在血管中运行情况的重要指标包括频率、幅度、脉形，该指标检测传感器性能优劣是决定检测成功的关键因素。国内外这方面研究较少，现有产品输出波形噪声大，延时长，基线不稳。研制价格低廉、体积合适、性能优异的人体桡动脉关键点位微振动精确检测传感器对心血管各指标检测非常迫切。

技术实现思路

1、针对现有微振传感器输出波形噪声大、延时长、基线不稳、价格昂贵的情况，本发明提出了一种微型脉搏振动传感器。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种微型脉搏振动传感器，包括外壳，所述外壳内采用绝缘树脂灌封有压电片，所述压电片的上表面覆盖有柔性材料，所述壳体的底部设置有放大电路的电路板；

3、所述压电片包括极板和压电陶瓷片，其中压电陶瓷片通过粘接剂粘贴在极板上；

4、所述电路板上集成有电源转换电路、三级放大电路、陷波电路和二阶低通滤波电路，其中三级放大电路的第一级为电荷放大电路，将电荷放大为皮库级别，第二级、第三级为电压放大电路，将毫伏级别的电压放大到伏特级别。

5、所述外壳采用3d打印制作，所述外壳的直径大于压电片直径。

6、所述电源转换电路采用开关稳压器u1，所述u1的1脚连接电容c3后接地，u1的2脚连接电容c1后接地，u1的3脚串接电容c2后连接u1的5脚，u1的4脚接地。

7、所述三级放大电路的输入端通过数据采集接口连接压电片，数据采集接口接地并连接电阻r1的一端，电阻r1的另一端连接第一级电荷放大电路，第一级电荷放大电路通过陷波电路连接第二级电压放大电路，第二级电压放大电路通过二阶低通滤波电路连接第三级电压放大电路，第三级电压放大电路连接数据传输接口。

8、所述第一级电荷放大电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的同相输入端连接电容c4的一端并接地，电容c4的另一端连接第一运算放大器的正电源，第一运算放大器的正电源连接3.3v电源，第一运算放大器的负电源连接-3.3v电源；

9、所述第一运算放大器的反相输入端并接电阻r2的一端、电容c5的一端，电容c5的另一端并接电阻r1的另一端、电容c6的一端，电阻r2的另一端并接电容c6的另一端后接入第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的输出端连接陷波电路后串接电阻r3接入第二级电压放大电路的反相输入端。

10、所述陷波电路包括电容c11、电阻r11，电容c11的一端并接电阻r11的一端后接入第一运算放大器的输出端，电容c11的另一端并接电容c12的一端后接地，电阻r11的另一端并接电容c10的一端、电阻r12的一端，电容c10的另一端接地，电容c12的另一端并接电阻r12的另一端后串接电阻r3接入第二级电压放大电路。

11、所述第二级电压放大电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入端串接电阻r4后接地，第二运算放大器的反相输入端并接电阻r3的一端、电阻r5的一端、电容c7的一端，电阻r3的另一端并接电容c12的另一端、电阻r12的另一端，电阻r5的另一端并接电容c7的另一端后并接第二运算放大器的输出端、电阻r6的一端，电阻r6的另一端连接二阶低通滤波电路的输入端。

12、所述二阶低通滤波电路包括第四运算放大器，所述第四运算放大器的同相输入端并接电阻r15的一端、电容c14的一端，电阻r15的另一端并接电容c13的一端、电阻r14的一端，电容c13的另一端、电容c14的另一端接地，电阻r14的另一端接电阻r6的另一端，第四运算放大器的反相输入端并接电阻r13的一端、电阻r16的一端，电阻r13的另一端接地，电阻r16的另一端并接第四运算放大器的输出端、第三级电压放大电路的反相输入端。

13、所述第三级电压放大电路包括第三运算放大器，所述第三运算放大器的同相输入端并接电容c8的一端、第四运算放大器的输出端、电阻r16的另一端，电容c8的另一端接地，所述第三运算放大器的反相输入端并接电阻r7的一端、电阻r8的一算，电阻r7的另一端接地，电阻r8的另一端并接第三运算放大器的输出端、电阻r9的一端，第三运算放大器的正电源连接3.3v电源，第三运算放大器的负电源连接-3.3v电源；

14、所述电阻r9的另一端并接电容c9的一端、电阻r10的一端，电容c9的另一端接地，电阻r10的另一端并接数据传输接口后接地。

15、所述压电片采用厚度为0.2-0.7mm、直径为12±0.5 mm的铜基压电片。

16、本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提供的微型振动传感器的信号采集频率较为宽广，采样精度相差不大，并且线性度良好。此外，由于外壳结构的改变，可以贴合桡动脉，更加灵敏的采集到人体生物电信号变动。经过测算，微振传感器比现有的同类型传感器在功耗上降低了30%以上，此外，由于微振传感器采用正负电源供电，因此输出区间比较广，可以更好的采集交流输入。

技术特征：

1.一种微型脉搏振动传感器，其特征在于：包括外壳，所述外壳内采用绝缘树脂灌封有压电片，所述压电片的上表面覆盖有柔性材料，所述壳体的底部设置有放大电路的电路板；

2.根据权利要求1所述的一种微型脉搏振动传感器，其特征在于：所述外壳采用3d打印制作，所述外壳的直径大于压电片直径。

3.根据权利要求1所述的一种微型脉搏振动传感器，其特征在于：所述电源转换电路采用开关稳压器u1，所述u1的1脚连接电容c3后接地，u1的2脚连接电容c1后接地，u1的3脚串接电容c2后连接u1的5脚，u1的4脚接地。

4.根据权利要求1所述的一种微型脉搏振动传感器，其特征在于：所述三级放大电路的输入端通过数据采集接口连接压电片，数据采集接口接地并连接电阻r1的一端，电阻r1的另一端连接第一级电荷放大电路，第一级电荷放大电路通过陷波电路连接第二级电压放大电路，第二级电压放大电路通过二阶低通滤波电路连接第三级电压放大电路，第三级电压放大电路连接数据传输接口。

5.根据权利要求4所述的一种微型脉搏振动传感器，其特征在于：所述第一级电荷放大电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的同相输入端连接电容c4的一端并接地，电容c4的另一端连接第一运算放大器的正电源，第一运算放大器的正电源连接3.3v电源，第一运算放大器的负电源连接-3.3v电源；

6.根据权利要求5所述的一种微型脉搏振动传感器，其特征在于：所述陷波电路包括电容c11、电阻r11，电容c11的一端并接电阻r11的一端后接入第一运算放大器的输出端，电容c11的另一端并接电容c12的一端后接地，电阻r11的另一端并接电容c10的一端、电阻r12的一端，电容c10的另一端接地，电容c12的另一端并接电阻r12的另一端后串接电阻r3接入第二级电压放大电路。

7.根据权利要求6所述的一种微型脉搏振动传感器，其特征在于：所述第二级电压放大电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入端串接电阻r4后接地，第二运算放大器的反相输入端并接电阻r3的一端、电阻r5的一端、电容c7的一端，电阻r3的另一端并接电容c12的另一端、电阻r12的另一端，电阻r5的另一端并接电容c7的另一端后并接第二运算放大器的输出端、电阻r6的一端，电阻r6的另一端连接二阶低通滤波电路的输入端。

8.根据权利要求7所述的一种微型脉搏振动传感器，其特征在于：所述二阶低通滤波电路包括第四运算放大器，所述第四运算放大器的同相输入端并接电阻r15的一端、电容c14的一端，电阻r15的另一端并接电容c13的一端、电阻r14的一端，电容c13的另一端、电容c14的另一端接地，电阻r14的另一端接电阻r6的另一端，第四运算放大器的反相输入端并接电阻r13的一端、电阻r16的一端，电阻r13的另一端接地，电阻r16的另一端并接第四运算放大器的输出端、第三级电压放大电路的反相输入端。

9.根据权利要求8所述的一种微型脉搏振动传感器，其特征在于：所述第三级电压放大电路包括第三运算放大器，所述第三运算放大器的同相输入端并接电容c8的一端、第四运算放大器的输出端、电阻r16的另一端，电容c8的另一端接地，所述第三运算放大器的反相输入端并接电阻r7的一端、电阻r8的一算，电阻r7的另一端接地，电阻r8的另一端并接第三运算放大器的输出端、电阻r9的一端，第三运算放大器的正电源连接3.3v电源，第三运算放大器的负电源连接-3.3v电源；

10.根据权利要求1所述的一种微型脉搏振动传感器，其特征在于：所述压电片采用厚度为0.2-0.7mm、直径为12±0.5 mm的铜基压电片。

技术总结
本发明提供了一种微型脉搏振动传感器，属于振动传感器技术领域；解决了现有微振传感器输出波形噪声大、延时长、基线不稳、价格昂贵的问题；包括外壳，所述外壳内采用绝缘树脂灌封有压电片，所述压电片的上表面覆盖有柔性材料，所述壳体的底部设置有放大电路的电路板；所述压电片包括极板和压电陶瓷片，其中压电陶瓷片通过粘接剂粘贴在极板上；所述电路板上集成有电源转换电路、三级放大电路、陷波电路和二阶低通滤波电路，其中三级放大电路的第一级为电荷放大电路，将电荷放大为皮库级别，第二级、第三级为电压放大电路，将毫伏级别的电压放大到伏特级别；本发明应用于脉搏检测。

技术研发人员：吕玉祥,温永杰,崔晓梅,刘姣,左鹏,柳艳昀,温永祥
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12