Блок датчиков

Изобретение относится к области измерений для диагностических целей. Блок датчиков для проведения диагностических измерений, размещенных на поверхности тела, включает основание, содержащее выемку, в которой закреплен пьезоэлемент датчика давления. Блок также включает гибкую мембрану, установленную на основании и перекрывающую упомянутую выемку. К мембране с наружной стороны прикреплены первый и второй электроды. Первый электрод установлен напротив выемки с возможностью перемещения вместе с мембраной. Вокруг первого электрода выполнен второй неподвижный электрод. Между первым электродом и пьезоэлементом установлена центральная опора. Первый и второй электроды установлены с возможностью контакта с кожной поверхностью тела, причем к первому и второму электродам подсоединены электрические выводы датчика для измерения импеданса. Обеспечивается уменьшение габаритов блока датчиков. При этом повышается стабильность работы датчиков при увеличении их чувствительности. 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к медицине, а именно к области измерений для диагностических целей, в частности к измерению давления с целью определения гемодинамических показателей организма и измерению импеданса тканей тела человека.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Все большее развитие получают устройства, которые производят диагностику состояния человека при его естественном поведении. При этом диагностика производится с использованием нескольких датчиков, отслеживающих различные параметры жизнедеятельности человека, в том числе гемодинамические показатели организма и измерение импеданса тканей тела человека в системах мониторинга.

Известны различные способы и устройства систем мониторинга, где используются различные датчики в виде отдельных устройств.

Например, в заявке US 2004039254, публикация 26.02.2004, МПК А61В 05/00 описано устройство мониторинга, включающее различные датчики, которые могут быть установлены в устройство, закрепляемое на предплечье. В это устройство могут входить отдельно изготовленный датчик импеданса тканей тела и датчик давления для измерения частоты пульса.

Также известно достаточно много конструкций датчиков давления и датчиков импеданса, выполненных отдельно друг от друга.

Например, по заявке на изобретение US 20070287923, публикация 13.12.2007, МПК А61В 5/021 известна конструкция датчика давления, установленного на запястье человека и предназначенного для плетизмографии. Датчик содержит корпус, в котором установлен пьезоэлемент. Чувствительный подвижный элемент, контактирующий с кожей, через центральную опору передает давление на пьезоэлемент, вызывая его изгиб.

Известна также конструкция датчика для измерения импеданса кожи человека по заявке US 20040065158, публикация 8.04.2004, МПК G01N 1/00. Датчик содержит основание, на котором установлен плоский кольцевой электрод, внутри которого также на основании установлен второй плоский удлиненный электрод, имеющий ширину, значительно меньшую длины электрода.

Однако заявителям не известно технических решений, в которых в одной конструкции объединены датчик давления и датчик измерения импеданса.

Использование отдельных датчиков в одной конструкции устройства приводит к увеличению размеров устройства, где они установлены, уменьшению удобства использования таких устройств.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в уменьшении габаритов блока датчиков, которые меньше по сравнению с отдельно используемыми датчиками. При этом в данной конструкции повышается стабильность работы датчиков при увеличении их чувствительности.

Блок датчиков устройства, установленного на поверхности тела, содержащий датчик давления и датчик для измерения импеданса участка тела, включает основание, содержащее выемку, в которой закреплен пьезоэлемент датчика давления. Блок также включает гибкую мембрану, установленную на основании и перекрывающую упомянутую выемку. К мембране с наружной стороны прикреплены первый и второй электроды. Первый электрод установлен напротив выемки с возможностью перемещения вместе с мембраной. Вокруг первого электрода выполнен второй неподвижный электрод. Между первым электродом и пьезоэлементом установлена центральная опора. Первый и второй электроды установлены с возможностью контакта с кожной поверхностью тела, а к первому и второму электродам подсоединены электрические выводы упомянутого датчика для измерения импеданса.

В данном блоке датчиков конструктивно объединены датчик для измерения давления, например артериального давления, и датчик для измерения импеданса тканей тела, что обеспечивает одновременное измерение этих параметров. В конструкции достигается уменьшение площади поверхности, занимаемой датчиками на поверхности тела, за счет совмещения элементов конструкции датчика давления с элементами датчика импеданса, а также оптимальной геометрии расположения чувствительных элементов датчиков. Второй электрод расположен вокруг первого подвижного электрода, чем достигается компактность конструкции, при максимально возможной площади электродов и чувствительного элемента датчика давления, которым является первый электрод. При этом первый подвижный электрод является одним из электродов датчика импеданса и в то же время элементом, воспринимающим давление кожного покрова тела и передающего его на пьезоэлемент датчика давления.

За счет конструкции блока датчиков обеспечивается также повышение стабильности работы каждого из датчиков. Такой результат достигается не только за счет увеличения площади контакта датчиков с поверхностью тела, но и за счет того, что оба электрода датчика импеданса располагаются на гибкой мембране. Расположение подвижного первого электрода на гибкой мембране за счет упругих свойств мембраны обеспечивает стабильность прижима первого электрода. Неподвижный датчик также расположен на краю мембраны, выполненной из упругого материала, прикрепленного к основанию. Под неподвижным датчиком расположен упругий материал мембраны, который в этом случае обеспечивает лучшую стабильность контакта поверхности электрода с поверхностью тела.

Чувствительность каждого из датчиков повышена за счет того, что площадь соприкосновения каждого из датчиков с поверхностью тела при данной площади соприкосновения блока датчиков максимальна.

В частном случае, в основании, вокруг упомянутой выемки выполнено углубление, в котором и установлена гибкая мембрана, а второй электрод выполнен на мембране над указанным углублением. Такое расположение мембраны более технологично и позволяет выполнить блок датчиков меньше в поперечном направлении.

При этом мембрана может быть установлена на основании герметично. Такая установка мембраны позволяет обеспечить герметичность блока датчиков.

В частности, в мембране может быть выполнено отверстие для электрического вывода первого электрода.

В частности, первый электрод прикреплен к мембране с возможностью обеспечения герметичности соединения, что повышает герметичность блока датчиков.

При этом в мембране может быть выполнено отверстие для электрического вывода первого электрода.

Мембрана может содержать отверстие для установки упомянутой центральной опоры. В этом случае давление с первого электрода передается непосредственно на пьезоэлемент.

В частности, гибкая мембрана выполнена из диэлектрического материала.

Второй электрод может быть установлен относительно первого электрода с зазором.

В частности, в статическом состоянии наружная поверхность первого электрода расположена выше поверхности второго электрода на величину, лежащую в диапазоне 0,1-3 мм.

Кроме того, центральная опора может быть установлена примерно по центру пьезоэлемента.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение поясняется следующими графическими материалами.

На Фиг. 1 представлен разрез блока датчиков.

На Фиг. 2 приведен вид сверху на блок датчиков.

На Фиг. 3 представлен чертеж основания на виде сверху.

На Фиг. 4 приведен чертеж мембраны на виде сверху.

На Фиг. 5 представлен чертеж второго электрода на виде сверху.

На Фиг. 6 приведен чертеж первого электрода на виде сверху.

На Фиг. 7 представлен чертеж центральной опоры на виде сбоку.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Блок датчиков устройства включает основание 1, содержащее выемку 8 (Фиг. 1, Фиг. 2 и Фиг. 3), в которой на буртике 9 закреплен пьезоэлемент 5 датчика давления, гибкую мембрану 2 (Фиг. 1, Фиг. 2 и Фиг. 4), установленную на основании 1 и перекрывающую выемку 8. Мембрана 2 может быть установлена на основании, но также может быть приклеена к основанию в углублении 7. К мембране 2 с наружной стороны прикреплен первый электрод 3 и второй электрод 4 (Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 5 и Фиг. 6). Оба электрода могут быть приклеены к мембране 2. Для того чтобы обеспечить необходимую гибкость мембраны 2, в ее подвижной части выполнен паз 16 (Фиг. 1, Фиг. 4). Он имеет достаточную подвижность в месте крепления подвижного электрода 3. Подвижный электрод 3 приклеивается к мембране 2. При установке мембраны и электродов путем приклеивания обеспечивается не только герметичность блока датчиков, но также его водонепроницаемость. Мембрана 2 изготавливается из диэлектрического материала, например, на основе резины. Мембрана 2 содержит также паз 23 для установки неподвижного электрода 4. Первый электрод 3 установлен напротив выемки 8. Вокруг первого подвижного электрода 3 в пазу 10 мембраны 2 вклеен второй неподвижный электрод 4. Установка второго электрода на упругий материал резины, из которого изготовлена мембрана, обеспечивает стабильность контакта второго электрода с кожей тела. Данная конструкция обеспечивает также водонепроницаемость блока датчиков.

Между первым электродом 3 и пьезоэлементом 5 установлена центральная опора 6. Центральная опора 6 имеет конусную часть (Фиг 1. и Фиг. 7). Конусной частью центральная опора 6 установлена в конусном отверстии 15 (Фиг. 4) мембраны 2, что обеспечивает плотную установку центральной опоры 6. Центральная опора 6 выполняется из диэлектрического материала. К первому и второму электродам 3 и 4 подсоединены соответствующие электрические выводы 20 и 21 датчика для измерения импеданса. Выводы 22 датчика давления подсоединены к пьезоэлементу 5 (Фиг. 1). Вывод 20 первого электрода 3 выводится через отверстие 13 в мембране 2 (Фиг. 4) и отверстие 11 в основании 1 (Фиг. 3). Соответственно вывод 21 неподвижного электрода 4 выводится через отверстие 14 в мембране и отверстие 12 в основании 1 (Фиг. 3 и Фиг. 4). В статическом состоянии наружная поверхность первого подвижного электрода 3 расположена выше поверхности второго неподвижного электрода 4 на величину, лежащую в диапазоне 0,1-3 мм. Это позволяет обеспечить плотный контакт электродов 3 и 4 с кожей и устойчивую работу датчика давления.

Блок датчиков может использоваться в составе устройств, которые используют данные о импедансе кожи и подкожного слоя участка тела и данные датчика давления, например, для определения гемодинамических показателей организма. Блок датчиков может использоваться для установки в различных частях тела человека, в шейном отделе, на груди и конечностях. Особенно важно использование такого блока для носимых устройств, которые располагаются в местах с ограниченным плоским участком тела. Например, на запястье.

Установка блока датчиков может осуществляться с помощью различных устройств крепления, например ремней или ремешков. Первый и второй электроды 3 и 4 блока датчиков должны быть установлены с возможностью контакта с кожной поверхностью тела. Контакт с кожей первого электрода 3 и второго электрода 4 датчика импеданса позволяют снимать импеданс биологических тканей известными методами. Контакт с кожей первого подвижного электрода 3 обеспечивает передачу пульсаций кожи вызванных, например, изменением артериального давления с подвижного электрода мембране, центральной опоре и пьезоэлементу 5, обеспечивая работу датчика давления.

Блок датчиков давления имеет простую конструкцию и технологичен в изготовлении. За счет малых размеров, высокой чувствительности датчика давления и датчика для измерения импеданса участка тела, водонепроницаемости блок датчиков может найти применение в различных устройствах мониторинга, применяемых в различных областях медицины и мониторинга за состоянием здоровья.

1. Блок датчиков для проведения диагностических измерений, размещенных на поверхности тела, включающий датчик давления и датчик для измерения импеданса участка тела, характеризующийся тем, что включает основание, содержащее выемку, в которой закреплен пьезоэлемент датчика давления, гибкую мембрану, установленную на основании и перекрывающую упомянутую выемку или приклеенную к основанию в углублении, выполненном вокруг упомянутой выемки, к мембране с наружной стороны прикреплены первый и второй электроды, первый электрод установлен напротив выемки с возможностью перемещения вместе с мембраной, вокруг указанного первого электрода выполнен второй неподвижный электрод, между первым электродом и пьезоэлементом установлена центральная опора, упомянутые первый и второй электроды установлены с возможностью контакта с кожной поверхностью тела, а к первому и второму электродам подсоединены электрические выводы упомянутого датчика для измерения импеданса.

2. Блок датчиков по п. 1, характеризующийся тем, что второй электрод выполнен на мембране над указанным углублением.

3. Блок датчиков по п. 1, характеризующийся тем, что мембрана установлена на основании герметично.

4. Блок датчиков по п. 3, характеризующийся тем, что в мембране выполнено отверстие для электрического вывода первого электрода.

5. Блок датчиков по п. 1, характеризующийся тем, что первый электрод прикреплен к мембране с возможностью обеспечения герметичности соединения.

6. Блок датчиков по п. 5, характеризующийся тем, что в мембране выполнено отверстие для электрического вывода первого электрода.

7. Блок датчиков по п. 5, характеризующийся тем, что мембрана содержит отверстие для установки упомянутой центральной опоры.

8. Блок датчиков по п. 1, характеризующийся тем, что гибкая мембрана выполнена из диэлектрического материала.

9. Блок датчиков по п. 1, характеризующийся тем, что второй электрод установлен относительно первого электрода с зазором.

10. Блок датчиков по п. 1, характеризующийся тем, что в статическом состоянии наружная поверхность первого электрода расположена выше поверхности второго электрода на величину, лежащую в диапазоне 0,1-3 мм.

11. Блок датчиков по п. 1, характеризующийся тем, что упомянутая центральная опора установлена примерно по центру пьезоэлемента.