[發明專利]一種便攜式無線肺量計及測量方法

在審

• 申請號: 202011470687.7
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112617804A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 謝燕楠;胡寧;徐慶昊
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: A61B5/091
• 分類號: A61B5/091;A61B5/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種便攜式無線肺量計及測量方法，包括用于呼入人體氣流的圓柱形的導氣管，導氣管中設有檢測氣流的自驅動傳感器，導氣管與殼體上部一體成型，在殼體對應位置設有氣流出口便于氣流貫通；殼體下部為手持部并且內設有控制電路，控制電路用于處理傳感器輸出的信號，并將信號通過無線模塊發送至信號接收的移動終端。本發明基于自驅動傳感器和藍牙模塊組成的無線肺量計，利用自驅動傳感器對流量和流速進行測試，實現了對人體氣流的流量和流速進行無線傳感，且傳感器部分無須外接電源；無線肺量計集成度高，易于攜帶，電路簡單實用，提供了在不同環境下對肺功能的實時檢測，具有廣泛的實用性。

技術領域

本發明涉及肺功能檢測裝置，尤其涉及一種便攜式無線肺量計及測量方法。

背景技術

2019冠狀病毒病作為一種嚴重急性呼吸道綜合征感染，在全球迅速蔓延。這種疾病存活下來的患者可能面臨呼吸功能障礙和殘疾的高風險。因此，有必要在治療過程中及出院后對其呼吸功能進行長期隨訪，以密切評估肺康復情況。研制便攜式肺功能檢測肺活量計對方便家庭監測具有重要意義，也能有效減少醫院的交叉感染，大大緩解醫療供應緊張的壓力。目前市面上的便攜式肺功能檢測肺活量計，采用傳統電源供電的傳感器，這樣傳感器的功耗無法降低，并且整個肺量計的成本較高；除此之外，均采用有線的數據傳輸方式，如果不能及時獲取數據線，也就無法查看數據了，因此現有的肺量計不具備便攜性。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于提供一種便攜式無線肺量計，解決傳感器功耗的問題，實現肺量計的便攜化。

技術方案：本發明公開了一種便攜式無線肺量計，包括用于呼入人體氣流的圓柱形的導氣管，導氣管中設有檢測氣流的自驅動傳感器，導氣管與殼體上部一體成型，在殼體對應位置設有氣流出口便于氣流貫通；殼體下部為手持部并且內設有控制電路，控制電路用于處理傳感器輸出的信號，并將信號通過無線模塊發送至信號接收的移動終端。

進一步地，傳感器采用基于摩擦納米發電機的自驅動式傳感器。自驅動式傳感器包括支撐框架、設于支撐框架內的兩個金屬板以及設于兩個金屬板之間的聚合物薄膜；當對著導氣管進行吹氣時，氣流被呼入測試管道內并經過聚合物薄膜時，驅動薄膜周期性地顫動。經過接觸和分離后，由于摩擦電效應，薄膜的兩面都帶負電，金屬板帶正電。當薄膜接近右側金屬，右電極的電位由于靜電感應而變得低于左電極的電位，從而導致電流從左向右流過外部電阻，反之電流從右向左流過外部電阻，因此，產生了一組交變信號。

進一步地，無線傳輸模塊采用低功耗藍牙模塊，其中，藍牙芯片BLE可采用HC-05芯片，藍牙模塊的第一引腳和第二引腳分別與微控芯片的RXD和TXD引腳連接，微控芯片對信號處理后輸入至藍牙模塊，經藍牙模塊無線發送，同時，低功耗的藍牙模塊有利用肺量計的長時間便攜使用。

控制電路包括信號依次連接的整流橋芯片和微控芯片，其中，整流橋芯片可采用DB207S，微控芯片可采用arduino，51或stm32系列等，微控芯片對信號處理后經過無線模塊傳輸發送。控制芯片內嵌的ADC模數轉換芯片，將采集到的模擬信號轉換成數字信號用于數據處理。

移動終端用于接收信號并做分析處理，輸出分析報告。

一種根據上述的便攜式無線肺量計的測量法法，包括如下步驟：

(1)氣流被呼入導氣管內并經過聚合物薄膜時，在薄膜的末端左右交替產生渦流；渦流在薄膜兩側產生交替的低壓區，驅動薄膜周期性地顫動；在不同風速情況下，產生了一組包含不同訊息的交變信號；

(2)交變信號兩端接入整流橋芯片后，負向信號轉化為正向信號的的直流信號，即僅存在正向輸出的信號；

(3)正向信號輸入至微控芯片，微控芯片對信號數據進行提取；

(4)微控芯片將處理后的數據輸入至藍牙芯片，藍牙芯片以無線傳輸的方式將數據傳輸到移動終端；