[发明专利]一种利用光栅和光电二极管阵列的呼吸检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及测量呼吸的技术领域，具体是一种基于呼吸感应体积描记技术的呼吸周期检测装置。

背景技术

睡眠呼吸暂停低通气综合征是一种具有潜在危险的病症，可能诱发心肌梗死、脑血管意外等病症，严重的情况下，甚至发生睡眠中猝死，危及生命。通过对患者睡眠呼吸情况的实时监控，可以发现睡眠呼吸暂停综合症的长度和频度，不仅可以帮助患者诊治，而且可以极早预防各种并发症的发生，提高患者的存活率。但现在市场上的设备价格昂贵、体积庞大，只能在专业医院使用，不利于普及与推广。

发明内容

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种利用光栅和光电二极管阵列测量呼吸频率的装置，包连接在腹带上的光栅、光电二极管阵列、信号处理模块、比较器、发光二极管和单片机。光栅通过弹性材料固定在腹带上，并且位于固定连接在腹带上的发光二极管和光电二极管阵列之间。在呼吸过程中，由于腹部体积的变化引起腹带中光栅相对于光电二极管的位置发生变化。光电二极管阵列检测光栅的运动的变化并转换为电信号，信号处理电路对所述电信号进行放大处理，比较器对相邻的两个光电二极管采集并放大的电信号进行比较，单片机采集所述比较后的结果来判别呼气和吸气的过程，从而计算出患者的呼吸率和周期。

本发明所实现的有益改进有如下两个方面。

(1) 本设计基于光电二极管阵列的呼吸检测传装置，结构简单，输出的信号是数字信号，无需对模拟信号进行复杂的放大滤波等处理，有效地防止了其他信号的干扰。

(2) 在数据处理方面简单化，硬件成本低对，可连续、实时地检测患者的呼吸频率和周期。

附图说明

附图1 为本发明的结构图。

附图2 为本发明的系统原理图。

附图3为通道X和通道Y波形图。

附图4 为本发明的处理流程图。

具体实施方式

以下结合附图通过实例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，如图1所示，腹带1通过弹簧5固定在外壳6上。光栅3连接在腹带1上，并且位于发光二极管2和光电二极管阵列4之间。发光二极管2和光电二极管阵列4固定在外壳6上。在呼吸过程中，由于腹部体积的变化能够引起腹带中光栅相对于光电二极管的位置发生变化。

如图2所示，系统主要包括：由带光栅3的腹带1、发光二极管2、光电二极管阵列4、信号处理模块7、比较器8和单片机9构成。所述光电二极管阵列4连接到信号处理模块7，信号处理模块7连接到比较器8，比较器8连接到单片机9。在呼吸过程中，由于腹部体积的变化引起腹带中光栅相对于光电二极管的位置发生变化。光电二极管阵列检测光栅的运动的变化并转换为电信号，信号处理电路对信号进行处理，单片机采集信号来判别呼气和吸气的过程，计算出患者的呼吸率和周期。信号处理模块电路把光电二极管检测到的光信号转换成电压，光强则电压高，光弱则电压低。图2所示信号处理模块的输出端A、B、C、D分别是光电二极管阵列中四个光电二极管检测到的光强。光栅是明暗相间的，当明条纹在光电二极管前，则输出电压高；当暗条纹在光电二极管前则输出低电压。

光栅的周期恰好是比四个光电二极管的总距离L小一点。图3是测量得到的通道X和通道Y的信号，从图3中可以看到，通道X和通道Y的信号波形是一样的，只是光栅运动的方向不同，决定了通道X和通道Y的边沿变化的先后顺序。若图2中的光栅向上运动，则通道X的上升沿比通道Y的上升沿早，通道X的下降沿也比通道Y的下降沿早。若图2中的光栅向下运动，则通道X的上升沿比通道Y的上升沿早，通道X的下降沿比通道Y的下降沿早。

图4是单片机模块内部运行的测量呼吸频率的软件流程图。本系统通过单片机进行数据采集，判断呼吸的过程中光栅的运动方向，通过单片机对光栅运动方向的判断，从而判断呼吸的运动过程，从而计算出呼吸的周期和频率。

本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均可实现本发明目的。