胸腹呼吸检测器及一种检测呼吸的方法 【技术领域】
本发明涉及电生理诊断类设备，特别涉及一种低成本的胸腹呼吸检测器和检测呼吸的方法。
背景技术
传感器是一种检测装置，通常由敏感元件和转换元件组成，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。
尽管各类传感器具有不同的工作原理和结构，但是在不同场合都需要满足一些基本要求：高灵敏度、抗干扰的稳定性、线性、容易调节、高精度、高可靠性、无迟滞性、工作寿命长、可重复性、抗老化、高响应速率、抗环境影响、互换性、低成本、宽测量范围、小尺寸、重量轻、高强度、宽工作范围等。
呼吸检测器是医学观察和研究中常用的一种传感器。在现有技术中，呼吸检测装置通常包括电阻应变片式传感器、热敏电阻温度传感器和光纤呼吸传感器等，但是这些呼吸检测器在一定程度上都存在某些缺点。
电阻应变片式传感器中电阻的阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂；而电阻太大，阻抗太高，使得抗外界的电磁干扰能力较差。
图4描述的是一种光纤呼吸传感器，由一光纤构成，光纤的一个端面构成传感器表面，并以一依赖于传感器表面呼吸气流沉积的气雾变化的程度来反映光纤内的信号。表面53形成使一部分提供的光信号泄露并反射一部分光信号的传感器表面，透射与反射之间关系受传感器表面上呼吸气流所产生的凝结速率的影响。传感器表面53构成了从光导体上去掉了包层的一部分导体，这里的光导体形成一环形，从而在传感器表面53处不离开光导体的那部分射束继续向一接由器传播。采用这种传感器，无需光纤耦合器之类的装置，某一端4可以接收提供的光束41，而另一端6发射直接传送到一光电探测器的输出信号61，光电探测器检测到输出信号61后经微分检测器按照呼吸时间转换成方波脉冲、再经时间/速率转换器将之转换成呼吸频率，显示在显示器上。
尽管这种光纤传感器的灵敏度较高，可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境，但是成本也高，工艺也较复杂，且必须由激光驱动器等来实现。
【发明内容】
本发明的目的旨在提供一种可灵活应用于呼吸检测的新型、简单、可靠且成本低的呼吸检测器和一种检测呼吸的方法，这种呼吸检测器便于被检测者携带且无需在被检测对象的附近连接电缆线。
关于这种成本较低的胸腹呼吸检测器，包括压电陶瓷片、海绵、导线和接口端子，其中，压电陶瓷片和海绵构成该呼吸检测器的信息采集部分，导线和接口端子构成该呼吸检测器的信号输出部分，压电陶瓷片将其在被检测对象呼吸时受到的压力转化为电信号经所述导线和接口端子输出。
根据本发明的胸腹呼吸检测器，还包括固定带，用来将所述胸腹呼吸检测器固定于被检测对象的胸腹，以减少运动移动带来的干扰。
本发明提出的检测呼吸的方法，包括步骤：
a)将固定带围绕于被检测对象的胸腹部分；
b)再将含有海绵块和压电陶瓷片的涤纶块粘于固定带上，海绵块紧贴被检测对象，压电陶瓷片在外；
c)将从所述压电陶瓷片引出的导线连接至一接口端子，输出反映被检测对象的呼吸状态的电信号。
本发明的胸腹呼吸检测器利用压电效应进行一次力—电转换，由电压和呼吸频率的关系来检测胸腹呼吸。在实际工作中，用带子将呼吸检测器固定于被检测对象的胸腹，能减少运动移动等带来的干扰。这种呼吸检测器使用方便、简单、安全，由于紧贴被检测对象的部分是海绵块，检测时更舒适。同时，呼吸检测器的成本低，制造工艺简单，性价比高。
【附图说明】
图1为本发明的胸腹呼吸检测器的组成结构框图；
图2为本发明的胸腹呼吸检测器的具体部件组成；
图3说明了压电陶瓷片受压缩和拉伸时在其表面产生电荷的现象；
图4为一种传统的光纤传感器的示意图。
【具体实施方式】
在外界因素的作用下，所有材料都会作出相应的、具有特征性的反应。它们中的那些对外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，通常被用来制作传感器中的敏感元件。压电陶瓷为一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。压电陶瓷具有敏感的特性，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号，可用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等。例如，地震是一种毁灭性的灾害，而且震源始于地壳深处，以前很难预测，使人类陷入了无计可施的尴尬境地。压电陶瓷对外力的敏感使它甚至可以感应到十几米外飞虫拍打翅膀对空气的扰动，用它来制作压电地震仪，能精确地测出地震强度，指示出地震的方位和距离。
压电陶瓷能将机械能转换为电能主要原因在于压电效应。当在某些电介质的适当的方向施加作用力时，内部会产生电极化状态的变化，同时在电介质的两端表面出现符号相反的、与外力成正比的束缚电荷。这种由外力作用而导致电介质带电的现象，称为压电效应。如果在其相对的两个面上蒸发金属电极，就可在电极上检测到由电极化的变化引起的电荷或电位差，这种现象可被用来制作传感器。
图3说明了压电陶瓷片受压缩和拉伸时在其表面产生电荷的现象。压电元件是Z轴方向极化的压电陶瓷，当压电陶瓷在Z轴方向受均匀拉力F
3时，则其端面的电极上就出现上正下负的同值异号电荷，其电荷量q
3与外力F
3成正比：q
3＝d
33F
3；当外力改变方向时，则出现的电荷亦改变符号。如图3所示，当压电陶瓷片受压缩时，在其上表面产生负电荷，当压电陶瓷片受拉伸时，在其表面产生正电荷。因此，本发明利用压电陶瓷片作为呼吸检测器中的敏感元件，电极阻抗≤0.1Ω。
如图1所示，本发明的胸腹呼吸检测器由信号采集单元和信号输出单元两部分组成。信号采集单元采集被检测对象的呼吸信号，将被检测对象的呼吸引起的压力转换为电信号，然后经由信号输出单元输出。以下将具体说明信号采集单元和信号输出单元的结构组成。
如图2所示，信号采集单元主要由压电陶瓷片和海绵块组成。信号输出部分主要由导线及接口端子组成，信号采集部分采集的信号，也就是来自压电陶瓷的信号通过导线和接口端子进入另一端即生理电检测、监护类仪器，分析出电压和呼吸频率的关系，显示胸部或腹部在呼吸过程中的线性变化。
在实际工作过程中，首先将固定带围绕于被检测对象的胸腹部分，再将含有海绵块及压电陶瓷片的涤纶块粘于固定带上，海绵块紧贴被检测对象，压电陶瓷片在外。被检测对象的胸腹呼吸时会对压电陶瓷片产生压力，引起压电陶瓷片的压电效应，将压力转换成电信号。在受压时，压电陶瓷的组成微粒就发生微小的位移，相邻粒子之间相互作用，就把压力传给每个组成微粒，而这些微粒的相互靠近就使的其周围高速旋转的电子的旋转半径发生变化，由于微粒结构的各向异性，压力就使得电子在力的方向上脱离束缚，而成为自由电子汇聚在由于施加压力而变形较大的一面，从而产生电压。被检测对象的有规律的呼吸会使压电陶瓷片产生一定规律的电压，从而得出电压与呼吸频率的关系。
本发明提出的呼吸检测器原理简单，体现了携带方便、安全，测量准确，成本低等优点。