ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ДАТЧИК ОБНАРУЖЕНИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Российский патент 2021 года по МПК G01H11/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области конструкции микровибрационных датчиков и, в частности, к интегральному датчику обнаружения физиологических сигналов.

Уровень техники

Принцип применения датчика из пьезоэлектрической пленки является следующим. Пьезоэлектрическая пленка имеет такие характеристики, как легкость, тонкость, мягкость и высокая чувствительность, и является очень чувствительной к динамической нагрузке, и вследствие этого используется в качестве датчика динамического усилия, что часто применяется в области обнаружения физиологических сигналов для преобразования физиологических слабых вибрационных сигналов в пьезоэлектрические сигналы, чтобы осуществлять сбор данных физиологических характеристик. Относительное перемещение верхней крышки и нижней крышки датчика заставляет ось вращения верхней крышки прижимать один конец опоры подвесной балки таким образом, что опора балки сгибается вниз. Поскольку опора балки характеризуется определенной степенью твердости, равномерная сгибающая направленная вниз деформация опоры балки заставляет пьезоэлектрическую пленку, плотно прикрепленную к опоре балки, равномерно деформироваться таким образом, чтобы датчик мог собирать физиологические параметры.

Существующая пьезоэлектрическая пленка в основном имеет следующие дефекты.

1. Датчик соединен со схемной платой обработки сигналов посредством провода или двусторонней точечной сваркой, и вследствие этого на сбор данных влияют помехи от излучения, вызванные внешним соединением; и, более того, появление погрешностей установки приводит к неточности результата обнаружения сигналов.

2. Установка большинства существующих датчиков подвержена воздушной среде без каких-либо защитных мер, и вследствие этого сложно избежать электромагнитных помех в пространстве и помех с частотой питающей сети.

3. Требуется электропроводный провод для присоединения защитного слоя на элементе корпуса существующего датчика к защитной точке сигнала замыкания или точке опорного сигнала, что приводит к сложности процесса установки; либо же точка опорного сигнала датчика непосредственно прилегает к защитному слою на поверхности в направлении движения подвижного элемента корпуса посредством гибкой детали, такой как толкающая шпилька или пружина. Гибкая деталь склонна вносить прямые погрешности из-за вибрации, что приводит к неточности результата обнаружения данных.

Краткое описание изобретения

Целью настоящего изобретения является предоставление интегрального датчика обнаружения физиологических сигналов, учитывая недостатки в существующих технологиях. Датчик может не только упростить установку датчика и улучшить целостность сигнала, а также упростить схему соединений слоя, представляющего собой электромагнитный экран, тем самым устраняя погрешности, вызванные установкой датчика и улучшая точность обнаружения данных.

С целью достижения вышеназванной цели в настоящем изобретении применено следующее техническое решение. Предоставлен интегральный датчик обнаружения физиологических сигналов. Датчик содержит подвижный элемент корпуса, неподвижный элемент корпуса и схемную плату воспринимающего блока. Подвижный элемент корпуса и неподвижный элемент корпуса соединены с образованием внутреннего пространства между ними; на неподвижном элементе корпуса внутри пространства неподвижно установлена схемная плата воспринимающего блока; к схемной плате воспринимающего блока прикреплена пьезоэлектрическая пленка, и периферию пьезоэлектрической пленки окружает вырезанный участок; и обеспечен выступ на подвижном элементе корпуса в положении, соответствующем пьезоэлектрической пленке.

Кроме того, схемная плата воспринимающего блока неподвижно установлена на неподвижном элементе корпуса посредством стоек с установочными винтами.

Кроме того, подвижный элемент корпуса и неподвижный элемент корпуса обеспечены соответственно на своих противоположных поверхностях защитным слоем.

Кроме того, соединительный элемент датчика с пружинными контактами установлен на краю схемной платы воспринимающего блока и находится в контакте с защитным слоем подвижного элемента корпуса.

Кроме того, схемная плата воспринимающего блока и неподвижный элемент корпуса обеспечены гибкой прокладкой, находящейся между ними.

Кроме того, к схемной плате воспринимающего блока прикреплена по меньшей мере одна пьезоэлектрическая пленка; каждая из пьезоэлектрических пленок окружена вырезанным участком; и подвижный элемент корпуса обеспечен по меньшей мере одним выступом в положении, соответствующем каждой из пьезоэлектрических пленок.

Настоящее изобретение имеет следующие преимущества.

1. Подвижный элемент корпуса и неподвижный элемент корпуса датчика в настоящем изобретении герметизированы гибким резиновым уплотнением таким образом, что верхний элемент корпуса может вернуться в начальное положение благодаря действию силиконовой прокладки после снятия нагрузки; и, более того, пьезоэлектрическая пленка и неподвижный элемент корпуса обеспечены гибкой прокладкой, находящейся между ними, которая может уменьшить помехи от внешней вибрации таким образом, что датчик в настоящем изобретении может получать улучшенные вибрационные сигналы.

2. Пьезоэлектрическая пленка датчика в настоящем изобретении прикреплена к схемной плате воспринимающего блока и окружена вырезанным участком по ее периферии, что упрощает прокладку соединений на схемной плате. Таким образом, после преобразования вибрационных сигналов в выходные сигналы в виде зарядов пьезоэлектрической пленкой, сигналы могут быть переданы на схему обработки сигналов кратчайшим путем для выполнения фильтрации и усиления так, что все процессы, от сбора электрических сигналов до вывода результата обработки, выполняются на одной схемной плате, что улучшает целостность сигнала и предупреждает ошибки установки, вызванные внешним соединением датчика.

3. Подвижный элемент корпуса и неподвижный элемент корпуса датчика в настоящем изобретении обеспечены защитным слоем, и схемная плата воспринимающего блока обеспечена на своем краю соединительным элементом с пружинными контактами, выполненным с возможностью контакта с электропроводным покрытием подвижного элемента корпуса сбоку. Таким образом, подвижный элемент корпуса находится во взаимодействии с опорным потенциалом схемной платы; и в то же время можно избежать действия избыточного давления, приложенного к подвижному элементу корпуса, когда гибкая контактная деталь установлена вертикально на подвижном элементе корпуса.

Краткое описание графических материалов

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут подробно описаны далее в данном документе в сочетании с прилагаемыми графическими материалами, чтобы сделать цель, признаки и преимущества настоящего изобретения более ясными.

На фиг. 1 схематически показана конструкция интегрального датчика обнаружения физиологических сигналов согласно настоящему изобретению.

На фиг. 2 схематически показан вид сверху конструкции схемной платы воспринимающего блока согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения; и

на фиг. 3 схематически показан вид сверху конструкции схемной платы воспринимающего блока согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Ссылочные позиции и связанные компоненты на прилагаемых графических материалах обозначены следующим образом:

1. подвижный элемент корпуса, 2. неподвижный элемент корпуса, 3. схемная плата воспринимающего блока, 4. гибкое резиновое уплотнение, 5. стойка с установочными винтами, 6. гибкая прокладка, 7. соединительный элемент с пружинными контактами, 8. соединительный элемент для внешнего взаимодействия и подачи питания, 11. выступ, 31. пьезоэлектрическая пленка и 32. вырезанный участок.

Подробное описание вариантов осуществления

Конструкция датчика согласно настоящему изобретению будет подробно описана посредством двух конкретных вариантов осуществления, чтобы сделать конструкцию датчика более понятной и ясной.

Как показано на фиг. 1, общая конструкция интегрального датчика обнаружения физиологических сигналов согласно настоящему изобретению содержит подвижный элемент 1 корпуса, неподвижный элемент 2 корпуса и схемную плату 3 воспринимающего блока. Подвижный элемент 1 корпуса и неподвижный элемент 2 корпуса соединены гибким резиновым уплотнением 4 с образованием внутреннего пространства между ними. При практическом применении с целью достижения оптимального защитного эффекта для соединения подвижного элемента 1 корпуса и неподвижного элемента 2 корпуса обычно выбирают гибкий электропроводный материал. Наиболее предпочтительно выбирают гибкую резиновую прокладку, такую как силиконовая прокладка. Гибкая резиновая прокладка характеризуется упругостью. Когда на внешнюю поверхность подвижного элемента 1 корпуса действует сила в вертикальном направлении, силиконовая прокладка вытягивается так, что происходит относительное перемещение с микросмещением между подвижным элементом 1 корпуса и неподвижным элементом 2 корпуса; и когда сила, действующая на подвижный элемент 1 корпуса, пропадает, подвижный элемент корпуса может вернуться в начальное положение благодаря действию силиконовой прокладки, чтобы обеспечить стабильность конструкции датчика.

Как показано на фиг. 1, схемная плата 3 воспринимающего блока расположена во внутреннем пространстве, образованном совокупно подвижным элементом 1 корпуса и неподвижным элементом 2 корпуса, и неподвижно установлена на неподвижном элементе 2 корпуса. Преимущества такой установки следующие: неподвижное соединение между схемной платой 3 воспринимающего блока и неподвижным элементом 2 корпуса может уменьшить помехи от вибрации из окружающей среды; и, кроме того, на практике на неподвижном элементе 2 корпуса может быть расположена точка контакта для обеспечения проводимости защитного слоя на неподвижном элементе 2 корпуса с опорной оконечной цепью на схемной плате 3 воспринимающего блока, чтобы выполнять функцию защиты от помех. Пьезоэлектрическая пленка 31 прикреплена к поверхности схемной платы 3 воспринимающего блока. В зависимости от фактического варианта применения пьезоэлектрическая пленка 31 может быть прикреплена к поверхности схемной платы 3 воспринимающего блока вблизи подвижного элемента 1 корпуса, или пьезоэлектрическая пленка 31 может быть прикреплена к поверхности схемной платы 3 воспринимающего блока вблизи неподвижного элемента 2 корпуса. Подвижный элемент 1 корпуса обеспечен выступом 11 в положении, соответствующем пьезоэлектрической пленке 31. Выступ плотно прикреплен к пьезоэлектрической пленке 31, и вибрационные сигналы передаются пьезоэлектрической пленке 31 через выступ 11 подвижного элемента 1 корпуса.

Первый вариант осуществления

Первый вариант осуществления будет описан подробно в сочетании с видом конструкции схемной платы воспринимающего блока, схематически показанной на фиг. 2. В настоящем варианте осуществления схемная плата 3 воспринимающего блока неподвижно установлена на неподвижном элементе 2 корпуса посредством стоек 5 с установочными винтами; пьезоэлектрическая пленка 31 прикреплена к поверхности схемной платы 3 воспринимающего блока вблизи неподвижного элемента 2 корпуса; и пьезоэлектрическая пленка 31 и неподвижный элемент 2 корпуса обеспечены гибкой прокладкой 6, находящейся между ними. Гибкая прокладка 6 может уменьшить помехи от вибрации, вызванные действием внешнего давления, приложенного к неподвижному элементу 2 корпуса так, что пьезоэлектрическая пленка 31 может получать более точные вибрационные сигналы.

В настоящем варианте осуществления пьезоэлектрическая пленка 31 на схемной плате 3 воспринимающего блока обеспечена по периферии пьезоэлектрической пленки 31 прямоугольным вырезанным участком 32 таким образом, что участок с пьезоэлектрической пленкой на схемной плате 3 воспринимающего блока, окруженный вырезанным участком, может свободно вибрировать с образованием конструкции в виде подвесной балки. В частности, прямоугольный вырезанный участок 32 имеет три вырезанные стороны, и одна оставшаяся невырезанной сторона используется для прокладки соединений. Вибрационные сигналы, обнаруженные схемной платой 3 воспринимающего блока, преобразуются в выходные сигналы в виде зарядов пьезоэлектрической пленкой 31, и сигналы передаются на схему обработки сигналов кратчайшим путем для выполнения фильтрации и усиления. Усиленные аналоговые сигналы превращаются в цифровые сигналы посредством аналого-цифрового преобразования, и цифровые сигналы алгоритмически обрабатываются процессором. Размещение вырезанного участка 32 делает возможным создание упрощенной прокладки соединений для пьезоэлектрической пленки 31 с той предпосылкой, чтобы обеспечить точное обнаружение сигналов, так что все процессы целиком, от сбора электрических сигналов, генерируемых пьезоэлектрической пленкой, до вывода результата обработки, выполняются на одной схемной плате, что улучшает целостность сигнала и предупреждает ошибки установки, вызванные внешней установкой датчика. С целью дальнейшего увеличения сдерживающего эффекта датчика в отношении помех от излучения, вызванных внешним соединением, поверхность подвижного элемента 1 корпуса и поверхность неподвижного элемента 2 корпуса, в частности, поверхность внутреннего пространства, соответственно обеспечены защитным слоем (который образован путем выполнения гальванического осаждения на поверхности элемента корпуса или путем непосредственного прикрепления материала, такого как проводящая ткань). Во время работы датчика требуется, чтобы подвижный элемент 1 корпуса и неподвижный элемент 2 корпуса находились во взаимодействии с опорным потенциалом схемной платы 3 воспринимающего блока. Поскольку схемная плата 3 воспринимающего блока неподвижно установлена на неподвижном элементе корпуса, с целью обеспечения проводимости между неподвижным элементом 2 корпуса и опорным потенциалом на схемной плате 3 воспринимающего блока с целью защиты от помех внешнего магнитного поля, неподвижный элемент 2 корпуса может быть обеспечен точкой контакта, находящейся на нем, для достижения взаимодействия с опорным потенциалом. На фиг. 2 можно видеть, что соединительный элемент 7 с пружинными контактами датчика в настоящем изобретении установлен на краю схемной платы 3 воспринимающего блока и находится в контакте с защитным слоем подвижного элемента 1 корпуса, чтобы достичь взаимодействия между подвижным элементом 1 корпуса и опорным потенциалом схемной платы 3 воспринимающего блока. Кроме того, помех, вызванных избыточным давлением, приложенным к подвижному элементу 1 корпуса посредством гибкой контактной детали, когда гибкая контактная деталь установлена вертикально на подвижном элементе 1 корпуса, которые влияют на обнаружение сигналов, также можно избежать. Защитный слой может быть образован посредством проведения обработки металлизацией гальваническим осаждением в отношении элемента корпуса или путем простого размещения материала, такого как проводящая ткань, и целью размещения защитного слоя является усиление эффекта сопротивления помехам от излучения схемной платы воспринимающего блока, а также защита пьезоэлектрической пленки 31, которая сравнительно чувствительна к воздействиям.

Второй вариант осуществления

Второй вариант осуществления будет описан подробно в сочетании с видом конструкции схемной платы воспринимающего блока, схематически показанной на фиг. 3. В настоящем варианте осуществления схемная плата 3 воспринимающего блока неподвижно установлена на неподвижном элементе 2 корпуса посредством стоек 5 с установочными винтами; две пьезоэлектрические пленки 31 прикреплены к поверхности схемной платы 3 воспринимающего блока вблизи подвижного элемента 1 корпуса; и каждые из пьезоэлектрических пленок 31 и неподвижного элемента 2 корпуса обеспечены гибкой прокладкой 6, находящейся между ними. Гибкая прокладка 6 может уменьшить помехи от вибрации, вызванные действием внешнего давления, приложенного к неподвижному элементу 2 корпуса так, что пьезоэлектрические пленки 31 могут получать более точные вибрационные сигналы.

В настоящем варианте осуществления каждая из двух пьезоэлектрических пленок 31 на схемной плате 3 воспринимающего блока прикреплена к краю схемной платы 3 воспринимающего блока, и периферия каждой из двух пьезоэлектрических пленок 31 обеспечена вырезанным участком 32 с прямыми углами так, что участок с пьезоэлектрической пленкой на схемной плате 3 воспринимающего блока, окруженный вырезанным участком, может свободно вибрировать с образованием конструкции в виде подвесной балки. В частности, каждый вырезанный участок 32 с прямыми углами окружает одну из пьезоэлектрических пленок 31, и одна оставшаяся невырезанной сторона используется для прокладки соединений. Соответственно, подвижный элемент 1 корпуса обеспечен в каждом из положений, соответствующих одной из двух пьезоэлектрических пленок 31, выступом 11, и подвижный элемент 1 корпуса может быть обеспечен в каждом из положений, соответствующих одной из пьезоэлектрических пленок 31, одним или более выступами. Вибрационные сигналы, обнаруженные схемной платой 3 воспринимающего блока, преобразуются в выходные сигналы в виде зарядов пьезоэлектрической пленкой 31, и сигналы передаются на схему обработки сигналов кратчайшим путем для выполнения фильтрации и усиления. Усиленные аналоговые сигналы превращаются в цифровые сигналы посредством аналого-цифрового преобразования, и цифровые сигналы алгоритмически обрабатываются процессором. Размещение вырезанных участков 32 делает возможным создание упрощенной прокладки соединений для пьезоэлектрических пленок 31 с предпосылкой в обеспечении точного обнаружения сигналов так, что все процессы целиком, от сбора электрических сигналов, генерируемых пьезоэлектрическими пленками, до вывода результата обработки, выполняются на одной схемной плате, что улучшает целостность сигнала и предупреждает ошибки установки, вызванные внешней установкой датчика. С целью дальнейшего увеличения сдерживающего эффекта датчика в отношении помех от излучения, вызванных внешним соединением, поверхность подвижного элемента 1 корпуса и поверхность неподвижного элемента 2 корпуса, в частности, поверхность закрытого внутреннего пространства, соответственно обеспечены защитным слоем. Во время работы датчика требуется, чтобы подвижный элемент 1 корпуса и неподвижный элемент 2 корпуса находились во взаимодействии с опорным потенциалом схемной платы 3 воспринимающего блока. Поскольку схемная плата 3 воспринимающего блока неподвижно установлена на неподвижном элементе корпуса, с целью обеспечения проводимости между неподвижным элементом 2 корпуса и опорным потенциалом на схемной плате 3 воспринимающего блока с целью защиты от помех внешнего магнитного поля, неподвижный элемент 2 корпуса может быть обеспечен точкой контакта, находящейся на нем, для достижения взаимодействия с опорным потенциалом. На фиг. 3 можно видеть, что соединительный элемент 7 с пружинными контактами датчика в настоящем изобретении установлен на краю схемной платы 3 воспринимающего блока и находится в контакте с защитным слоем подвижного элемента корпуса, чтобы достичь взаимодействия между подвижным элементом 1 корпуса и опорным потенциалом схемной платы 3 воспринимающего блока. Кроме того, помех, вызванных избыточным давлением, приложенным к подвижному элементу 1 корпуса посредством гибкой контактной детали, когда гибкая контактная деталь установлена вертикально на подвижном элементе 1 корпуса, которые влияют на обнаружение сигналов, также можно избежать. Защитный слой может быть образован посредством проведения обработки металлизацией гальваническим осаждением в отношении элемента корпуса или путем простого размещения материала, такого как проводящая ткань, и целью размещения защитного слоя является усиление эффекта сопротивления помехам от излучения схемной платы воспринимающего блока, а также защита пьезоэлектрических пленок 31, которые сравнительно чувствительны к воздействиям.

Информационные данные, описанные выше, представляют собой лишь предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Следует понимать, что специалистами в данной области могут быть сделаны некоторые улучшения и дополнения без отхода от настоящего изобретения, и эти улучшения и дополнения могут считаться входящими в объем защиты настоящего изобретения.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к интегральным датчикам обнаружения вибрационных физиологических сигналов. Датчик содержит подвижную часть корпуса, неподвижную часть корпуса, схемную плату измерительного блока. Подвижная и неподвижная части корпуса соединены с образованием внутреннего пространства между ними. Плата неподвижно установлена на неподвижной части корпуса внутри данного пространства. К плате прикреплена пьезоэлектрическая пленка. Периферию пьезоэлектрической пленки окружает вырезанный участок. На подвижном элементе корпуса в положении, соответствующем пьезоэлектрической пленке, предусмотрен выступ. На противоположные поверхности подвижной и неподвижной частей корпуса нанесен защитный слой. Технический результат - упрощение монтажа датчика, улучшение целостности сигнала, упрощение схемы, повышение точности измерений. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Интегральный вибрационный датчик для обнаружения физиологических сигналов, при этом датчик содержит подвижный элемент корпуса, неподвижный элемент корпуса и схемную плату воспринимающего блока, при этом подвижный элемент корпуса и неподвижный элемент корпуса соединены с образованием внутреннего пространства между ними; на неподвижном элементе корпуса внутри пространства неподвижно установлена схемная плата воспринимающего блока; к схемной плате воспринимающего блока прикреплена пьезоэлектрическая пленка, и периферию пьезоэлектрической пленки окружает вырезанный участок; и обеспечен выступ на подвижном элементе корпуса в положении, соответствующем пьезоэлектрической пленке;

при этом подвижный элемент корпуса и неподвижный элемент корпуса обеспечены соответственно на своих противоположных поверхностях защитным слоем.

2. Интегральный вибрационный датчик по п. 1, отличающийся тем, что схемная плата воспринимающего блока неподвижно установлена на неподвижном элементе корпуса посредством стоек с установочными винтами.

3. Интегральный вибрационный датчик по п. 1, отличающийся тем, что соединительный элемент датчика с пружинными контактами установлен на краю схемной платы воспринимающего блока и находится в контакте с защитным слоем подвижного элемента корпуса.

4. Интегральный вибрационный датчик по п. 1, отличающийся тем, что схемная плата воспринимающего блока и неподвижный элемент корпуса обеспечены гибкой прокладкой, находящейся между ними.

5. Интегральный вибрационный датчик по п. 1, отличающийся тем, что к схемной плате воспринимающего блока прикреплена по меньшей мере одна пьезоэлектрическая пленка.

6. Интегральный вибрационный датчик по п. 5, отличающийся тем, что каждая пьезоэлектрическая пленка окружена вырезанным участком.

7. Интегральный вибрационный датчик по п. 5, отличающийся тем, что подвижный элемент корпуса обеспечен в положении, соответствующем каждой пьезоэлектрической пленке, по меньшей мере одним выступом.