Датчик пульсовой волны

 

Изобретение относится к медицинской технике, частности к техническим средствам для измерения артериального давления. Датчик содержит корпус, пьезоэлектрический преобразователь в виде двух биморфных элементов, состоящих из металлической пластины и пьезоэлементов, закрепленных на пластине разнополярными электродами и соединенных параллельно. Биморфные элементы расположены в плоскости контакта с рукой и выполнены в виде консолей, представляющих в плане параллелограммы, длинные стороны которых расположены под углом 2α , где α - меньший угол параллелограмма. Данное техническое решение позволяет повысить помехозащищенность датчика. 4 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к техническим средствам для измерения артериального давления.

Известен датчик пульсовой волны по а.с. N 895405 (A 61 B 5/02, 1982), предназначенный для индикации момента наступления систолического и диастолического давления, содержащий корпус, консольный пьезоэлектрический преобразователь, пелот, шарнир.

Недостатком этого датчика является сравнительная сложность конструкции.

Известен датчик пульсовой волны по а.с. N 1395285 (A 61 B 5/02, 1988), содержащий корпус, пьезоэлектрический преобразователь в виде пьезоэлемента с двумя системами электродов, два пелота. Пьезоэлемент закреплен внутри корпуса по крайней мере в двух точках, в частном случае с помощью шарнира.

Недостатком датчика является сравнительная сложность конструкции.

Известен датчик тонов Короткова по а.с. N 1646542 (A 61 B 5/02, 1991), также предназначенный для индикации систолического и диастолического давления. Данный датчик воспринимает и пульсовую волну, поэтому является одновременно и датчиком пульсовой волны. Датчик содержит корпус, пьезоэлектрический преобразователь, выполненный в виде двух биморфных элементов, состоящий каждый из металлической пластины (крышки) и двух пьезоэлементов, закрепленных на пластине разнополярными электродами и соединенных параллельно.

Биморфные элементы расположены аксиально в плоскости контакта с рукой, а второй в плоскости контакта с манжетой, а пьезоэлементы выполнены в виде колец и дисков равной площади.

Указанный датчик является наиболее близким по технической сущности (и количеству совпадающих существенных признаков) и выбран в качестве прототипа.

Недостатком указанного датчика является сравнительно невысокая помехозащищенность.

Целью изобретения (техническим эффектом) является повышение помехозащищенности.

Поставленная цель (технический эффект) в датчике пульсовой волны, содержащем корпус, пьезоэлектрический преобразователь в виде двух биморфных элементов, состоящий каждый из металлической пластины и пьезоэлементов, закрепленных на пластине разнополярными электродами и соединенных параллельно, причем биморфные элементы расположены в плоскости контакта с рукой, достигается тем, что биморфные элементы выполнены в виде консолей, представляющих в плане параллелограммы, длинные стороны которых расположены под углом 2α где a меньший угол параллелограмма.

Примечание. Как известно, параллелограммом называется четырехугольник, противоположные стороны которого попарно параллельны, см. фиг. 5, на которой a,β меньший и больший угол параллелограмма соответственно. Очевидно, что a находится в пределах от 0 (в этом случае параллелограмм превращается в линию) до 90^o (параллелограмм превращается в прямоугольник). Итак: 0 < a < 90^o.

На фиг. 1 показана конструкция предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 зависимость отношения сигнал/помеха (U_c/U_п) от отношения размеров А/В консоли; на фиг. 3 зависимость отношения сигнал/помеха (U_c/U_п) от угла 2 между длинными сторонами параллелограмма; на фиг. 4 данные об отношении сигнал/помеха (U_c/U_п) для синфазных и вибрационных помех для прототипа а.с. 1646542, датчика по а.с. 1395285 и датчика по настоящей заявке.

Предлагаемый преобразователь (фиг. 1) содержит корпус 1, два биморфных элемента, состоящих из металлических пластин 2 и пьезоэлементов 3, закрепленных на металлических пластинах разнополярными электродами. Биморфные элементы 2, 3 выполнены в виде консолей 4, представляющих в плане параллелограммы, причем длинные стороны 5 параллелограммов расположены под углом 2α где a меньший угол параллелограмма.

Датчик под компрессионной манжетой расположен контактной поверхностью 6 к руке. Консоли 4, в частном случае, выполнены в металлической пластине 2 с помощью зазора 7.

Пьезоэлементы 3 подключены к согласующему устройству 8, которое, в частности, представляет собой усилитель с высоким входным сопротивлением.

Датчик работает следующим образом. Датчик располагается на предплечье под компрессионной манжетой. Пульсовая волна, движущаяся в направлении, указанном стрелкой на фиг. 1 (см. а.с. N 895405, A 61 B 5/02, 1982; а.с. N 1445688, А 61 В 5/02, 1988), воздействует на биморфные элементы (2, 3), формируя в них последовательно полезный сигнал. Вместе с тем на биморфные элементы воздействует и акустический сигнал (см. а.с. N 1646542, A 61 B 5/02; Григорян С. С. и др. Звуки Короткова или что слышит врач, когда измеряет артериальное давление. Химия и жизнь, N 7, 1987, с. 58), что приводит в целом к увеличению полезного сигнала.

В то же время, так называемая синфазная помеха (т.е. приходящая в фазе с полезным сигналом), образующаяся при пульсациях давления в компрессионной манжете из-за движения руки пациента и т.п. воздействует на оба биморфных элемента одновременно.

Так как пьезоэлементы включены встречно, то сигналы помехи в каждом пьезоэлементе имеют противоположный знак и компенсируют друг друга.

Аналогичный процесс происходит и для вибрационных помех.

Выполнение биморфных элементов в виде консолей позволяет снизить резонансную частоту биморфных элементов и повысить чувствительность к полезному сигналу (т.е. увеличить отношение сигнал/помеха).

Выполнение биморфных элементов в виде консолей позволяет также разделить воздействие пульсовой волны на каждый из биморфных элементов. В датчике же по а.с. N 1646542 при воздействии пульсовой волны на кольцевой элемент одновременно изгибается и дисковый (и наоборот), что приводит к уменьшению чувствительности для полезного сигнала, следовательно, уменьшает отношение сигнал/помеха.

Следовательно, в предлагаемом датчике помехозащищенность улучшается.

Расположение консолей под углом 2α позволяет уменьшить время прохождения волны по чувствительному элементу, т.е. получить полезный сигнал более высокочастотный, т.е. улучшить помехозащищенность по сравнению с низкочастотным сигналом помехи и низкочастотным сигналом пульса.

Примечание. Как известно, скорость пульсовой волны колеблется от 0,5 до 10 м/с (см. Химия и жизнь, N 7, 1987, с. 60).

Как показали эксперименты (см. далее), существует зависимость отношения сигнал/помеха от отношения размеров А/В параллелограмма (см. фиг. 2). Из фиг. 2 видно, что максимум чувствительности достигается при А/В 0,75 (или в пределах от 0,65 < A/B < 0,85 по уровню 0,9 от максимума). Этот результат можно объяснить тем, что чувствительность к полезному сигналу зависит не только от деформации консоли по длине, но и от ее деформации по ширине.

Существует также зависимость отношения сигнал/помеха от угла 2α между длинными сторонами параллелограмма, полученная экспериментально и изображенная на фиг. 3, откуда видно, что максимум отношения достигается при угле 2α ≈ 60^o. Или 50^o < 2α < 70^o по уровню 0,9.

Датчик реализован следующим образом.

На металлической пластине из твердой латуни ЛС 63 выполнены две консоли с размерами: А 6 мм; В 8 мм; 2α 60^o. На консоли эпоксидной смолой разнополярными электродами приклеивались пьезоэлементы по размеру консоли толщиной 0,3 мм из пьезокерамики ЦТС-19. Пьезоэлементы соединялись параллельно и подключались к согласующему усилителю на полевом транзисторе КП 201Е с R_вх 10 МОм и К_ус 5,8 и линейной АЧХ в диапазоне от 10 до 10000 Гц.

Кроме того, были изготовлены датчики с размерами: А, мм: 6, 6, 6, 6; В, мм: 10, 12, 14, 6.

Одновременно были изготовлены датчики с размерами А 6 мм, В 8 мм и углом 2α 30, 40, 50, 70, 80 и 90, 120 и 180^o.

На фиг. 4 приведены данные об отношении сигнал/помеха (U_c/U_п) для синфазных помех для предполагаемого датчика (1), для прототипа а.с. N 1395285, а. с. N 1646542 (2) и для датчика по а.с. N 1395285 (3).

Как видно из фиг. 4, датчик по настоящей заявке имеет наилучшее соотношение сигнал/помеха.

Датчик используется для цифровых измерителей, а также для полуавтоматических, используемых для измерения АД при ходьбе (кардиология), на тренажерах и т.п.

Формула изобретения

Датчик пульсовой волны, содержащий корпус, пьезоэлектрический преобразователь в виде двух биморфных элементов, состоящий каждый из металлической пластины и пьезоэлементов, закрепленных на пластине разнополярными электродами и соединенных параллельно, причем биморфные элементы расположены в плоскости контакта с рукой, отличающийся тем, что биморфные элементы выполнены в виде консолей, представляющих в плане параллелограммы, стороны которых расположены под углом 2α, где α - меньший угол параллелограмма.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4