[发明专利]一种自驱动式肺功能检测装置

说明书

本发明公开了一种自驱动式肺功能检测装置，包括用于响应呼吸并发送电信号的自驱动传感器、用于放大原始电信号的电流放大模块、用于接收并处理电信号的控制模块以及用于将处理的电信号进行反馈的显示模块；所述的自驱动传感器通过导线与电流放大模块信号连接，电流放大模块的输出端与控制模块的输入端信号连接，控制模块的输出端与显示模块的输入端信号连接。本发明采用自驱动传感器对流量和流速进行传感，传感器部分无须外界持续供电，整体装置便携化程度高，简便通过人体呼气过程对肺部功能进行反馈；装置制造工艺简单，使用材料成本低，可以同时精确地反映流速与流量。

技术领域

本发明涉及肺功能检测装置，尤其涉及一种利用自驱动传感器的肺功能检测装置。

背景技术

近年来，慢性阻塞性肺疾病(COPD)已成为危害健康的最重要因素之一，对于COPD的检测也愈发受到关注，但现有的检测设备存在尺寸大，维护成本高，测试时间长的缺点，难以满足大众的需求。因此，需要一种便携式、自驱动的肺功能检测装置，以将人体呼吸产生的气流转换成可以直观反映的电信号。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种利用自驱动传感器对呼吸气流精确传感的肺功能检测装置。

技术方案：本发明的自驱动式肺功能检测装置，包括用于响应呼吸并发送电信号的自驱动传感器、用于放大原始电信号的电流放大模块、用于接收并处理电信号的控制模块以及用于将处理的电信号进行反馈的显示模块；所述的自驱动传感器通过导线与电流放大模块信号连接，所述的电流放大模块的输出端与控制模块的输入端信号连接，所述的控制模块的输出端与显示模块的输入端信号连接。

进一步地，为了从周围环境中获取能量实现稳定的自驱动，采用的自驱动传感器包括支撑框架、设于支撑框架内的两个导电板以及设于两个导电板之间的薄膜；所述两个导电板的一端与支撑框架的顶面固定连接，另一端向支撑框架的底面延伸，两个导电板之间互成角度；所述薄膜的一端与支撑框架的顶面固定连接，另一端垂直向下设置；所述薄膜在气体作用下与两侧的导电板接触或分离。所述两个导电板相对于薄膜的侧面边缘设有楔形的倒角，倒角可以设置单面或者双面，分别对应单向的气流或双相的气流，倒角相对设置形成用于气体穿过的导风口，当存在气流时，气流进入支撑框架内，并通过两个导电板之间形成的导风口经过薄膜。所述两个导电板之间互成的角度为5～20°，优选为15°，互成角度的设置有利于提高薄膜与导电板的接触面积，进而可以增强信号输出，使得信号在不同的湿度、温度等环境下保持稳定性；导电板的长度与薄膜的长度相近，当气流经过薄膜时，薄膜的末端左右交替产生涡流，涡流在薄膜两侧产生交替的低压区，驱动薄膜周期性地颤动，此时薄膜可以自由摆动并与两侧导电板碰撞、分离。

进一步地，薄膜采用与导电板电亲和能力差异较大的聚合物材料，优选为FEP薄膜、PTFE薄膜或PFA薄膜，FEP薄膜、PTFE薄膜或PFA薄膜的吸引电子能力较强，与导电板接触时会发生明显的表面电荷转移，为了进一步增强信号输出，在薄膜表面还喷涂有用于增加接触面积的纳米材颗粒、纳米线、纳米柱或纳米三角形等结构，优选为聚四氟乙烯纳米级颗粒；所述的导电板可以为铝板、铁板、铜板或银板等导电材料。

采用的控制模块可以是Arduino芯片、Raspberry Pi或51单片机等微控制器，其工作原理为首先通过电流放大模块进行信号放大后，电流信号幅度显著增加，通过控制模块内嵌的ADC模数转换芯片，将采集到的模拟信号转换成数字信号。紧接着对采集的信号进行逻辑行为的判断，认定信号发生的频率。控制模块的处理中，通过ADC模数转换部分，可以将模拟信号转换成可以被逻辑处理的数字信号；然后通过逻辑判定，将数字信号转换成频率信号。