包括磁通門傳感器的心臟脈搏監(jiān)測器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明所公開的實(shí)施例涉及包括磁體的非侵入性心臟脈搏監(jiān)測器。
【背景技術(shù)】
[0002]為準(zhǔn)確測量，常規(guī)2點(diǎn)心臟脈搏測量要求電極放置在心臟兩端，通常使用胸帶或電極。無帶接觸也是已知的，但是其要求用戶用另一只手觸摸手腕以便獲得脈搏讀數(shù)。可替代的已知方法使用反射脈搏血氧測量技術(shù)，但是其要求相對(duì)復(fù)雜的電路(例如，發(fā)光二極管(LED)、檢測器、LED驅(qū)動(dòng)器等)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所公開的實(shí)施例描述了非侵入性心臟脈搏監(jiān)測器，其包括與磁通門傳感器系統(tǒng)結(jié)合的永磁體和安裝結(jié)構(gòu)，其中安裝結(jié)構(gòu)用于固定永磁體，使其與心臟脈搏監(jiān)測器的佩帶者的血管可位移接觸。永磁體具有限定軸向方向的厚度，當(dāng)血液在血管中流動(dòng)時(shí)，永磁體在該軸向方向上變成位移的。磁通門傳感器系統(tǒng)放置在軸向方向上距離永磁體標(biāo)稱距離的位置處，并且相對(duì)永磁體對(duì)齊，以從其感測軸向磁場。
[0004]當(dāng)永磁體由于心臟脈搏在軸向方向上位移時(shí)，引起的軸向磁場的變化，其由磁通門傳感器系統(tǒng)通過其感測線圈上感應(yīng)的交流電(AC)輸出信號(hào)的變化來感測。處理器經(jīng)耦合以接收來自感應(yīng)的AC輸出信號(hào)的信息，該處理器應(yīng)用將來自感應(yīng)的AC輸出信號(hào)的信息轉(zhuǎn)化為佩帶者的心臟脈搏測量的標(biāo)定數(shù)據(jù)。因此，通過脈搏引起由磁通門傳感器系統(tǒng)感測的來自永磁體的磁場波動(dòng)，所公開的心臟脈搏監(jiān)測器能夠?qū)崿F(xiàn)簡化的單點(diǎn)心率/脈搏測量。
【附圖說明】
[0005]現(xiàn)在參考不必按比例繪制的附圖，其中:
[0006]圖1A不出根據(jù)一個(gè)不例實(shí)施例的包括永磁體和磁通門傳感器系統(tǒng)的不例心臟脈搏監(jiān)測器，永磁體與心臟脈搏監(jiān)測器的佩帶者的血管可位移接觸放置，其中磁通門傳感器系統(tǒng)感測永磁體的運(yùn)動(dòng)。
[0007]圖1B示出根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例的體現(xiàn)為環(huán)形鐵芯磁通門的示例磁通門傳感器系統(tǒng)。
[0008]圖2不出根據(jù)一個(gè)不例實(shí)施例的包括永磁體和第一磁通門傳感器系統(tǒng)與第二磁通門傳感器系統(tǒng)的示例心臟脈搏監(jiān)測器。
[0009]圖3示出根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例的包括永磁體和連同重量監(jiān)測設(shè)備的磁通門傳感器系統(tǒng)的示例心臟脈搏監(jiān)測器，其中重量監(jiān)測設(shè)備測量佩帶者的熱量(caloric)輸出。
[0010]圖4A示出包括用于本文所述測試的雙鐵芯磁通門傳感器系統(tǒng)的心臟脈搏監(jiān)測器配置。
[0011]圖4B示出沿著用于圖4A所示的雙磁芯磁通門傳感器系統(tǒng)的磁通門軸線的B場幅值。
[0012]圖4C示出對(duì)于雙鐵芯磁通門傳感器系統(tǒng)中的鐵芯之間的各種磁通門間隙(fgGaps),作為永磁體和磁通門傳感器系統(tǒng)之間的磁通門高度(fgHeight)(單位為mm)的函數(shù)的圖4A所示的磁通門傳感器系統(tǒng)感測的模擬的B場(單位為mT)的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]參考附圖描述示例實(shí)施例，其中相同的附圖標(biāo)記用于指明類似或等效的元件。所示出的行為或事件的順序不應(yīng)看作限制性的，因?yàn)橐恍┬袨榛蚴录梢圆煌捻樞虬l(fā)生和/或與其他行為或事件同時(shí)發(fā)生。此外，一些示出的行為或事件可以不被要求實(shí)施根據(jù)本公開的方法。
[0014]圖1A不出根據(jù)一個(gè)不例實(shí)施例的包括永磁體120和磁通門傳感器系統(tǒng)150的不例心臟脈搏監(jiān)測器100，永磁體120經(jīng)配置和手腕帶110 一起與心臟脈搏監(jiān)測器的佩帶者的血管可位移接觸，其中磁通門傳感器系統(tǒng)150鄰近地感測永磁體120的移動(dòng)。鄰近通常為Imm的量級(jí),諸如0.02mm-30mm。地球磁場能夠在永磁體120和磁通門傳感器系統(tǒng)150之間設(shè)定近似最大有用距離。
[0015]所示磁通門傳感器系統(tǒng)150安裝在可選的印刷電路板(PCB) 160上。PCB 160允許諸如IC(例如，低通濾波器、放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC或A/D)和用于來自磁通門傳感器系統(tǒng)150的感測線圈(參見在下述圖1B中的感測線圈152)的電子信號(hào)的信號(hào)處理的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP))的電子電路的安裝。各個(gè)IC連同用于儲(chǔ)存處理器可如下述實(shí)施的算法的存儲(chǔ)器芯片一起能夠是多芯片模塊(MCM)的部分。
[0016]心臟脈搏監(jiān)測器100具有示為手腕帶110的安裝結(jié)構(gòu)，其中手腕帶100呈適合人的手腕的手鏈形狀，其固定永磁體120，使其相對(duì)于心臟脈搏監(jiān)測器的佩帶者的周邊血管“可位移接觸”。如在此所使用的，“可位移接觸”是指直接或間接接觸，從而流動(dòng)通過血管的血液的脈搏按壓鄰近永磁體120的血管時(shí)，永磁體120受力并在軸向方向上變成位移的。手腕帶110或其他安裝結(jié)構(gòu)能夠是靈活的，這允許永磁體120自身很大程度上即使是不靈活的，但仍然提供軸向位移。
[0017]如在磁體領(lǐng)域中已知的，永磁體由磁化的并建立其自己的永久磁場的材料(即，鐵磁材料)制成。手腕帶110—般包含具有固定在其中的永磁體120的柔性塑料材料。永磁體120具有限定所示軸向方向的高度(或厚度)，當(dāng)血液在佩帶者的血管中流動(dòng)時(shí)，永磁體120在軸向方向上可位移。
[0018]磁通門傳感器系統(tǒng)150放置在軸向方向上距離永磁體120標(biāo)稱距離的位置處，諸如由至少一個(gè)墊片(參見下述圖2中的墊片216和墊片217)所提供的標(biāo)稱距離。磁通門傳感器系統(tǒng)150相對(duì)于永磁體120對(duì)齊，以感測永磁體120的軸向磁場。
[0019]永磁體120被選為提供主要在所示的軸向方向上的磁場，并且提供適當(dāng)?shù)拇艌鰪?qiáng)度。在一個(gè)實(shí)施例中，永磁體120為極化(程序化)磁體，其能夠體現(xiàn)為“冰箱磁體”，也稱為Halbach陣列布置。與大多數(shù)具有明顯南北極的常規(guī)磁體不同，冰箱磁體是扁平的并且由復(fù)合材料(聚合物和諸如鎳(Ni)薄片的磁性離子一起)制成，其通常由平面的相同表面上的交替的南北極構(gòu)造。
[0020]盡管安裝結(jié)構(gòu)示為手腕帶110，但是安裝結(jié)構(gòu)可以在佩帶者的其他位置上，諸如在上臂、腳踝上，或脖子上。在這些身體部位中的每個(gè)中，已知經(jīng)過周邊血管。
[0021]圖1B示出根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例的體現(xiàn)為環(huán)形鐵芯磁通門傳感器系統(tǒng)的示例磁通門傳感器系統(tǒng)150'。磁通門傳感器系統(tǒng)150'包括不為環(huán)形鐵芯的至少一個(gè)磁芯151,和均鄰近磁芯151的感測線圈152與驅(qū)動(dòng)線圈153。名字“磁通門”來源于磁芯151用門控制磁通量進(jìn)出感測線圈152的行為。驅(qū)動(dòng)電路155經(jīng)耦合以驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)線圈153。在其他實(shí)施例中，磁通門傳感器系統(tǒng)能夠包括第一磁芯和第二磁芯。
[0022]所示處理器(例如，DSP) 158經(jīng)耦合以接收具有來源于感測線圈152上感應(yīng)的AC輸出信號(hào)的信息的數(shù)字化信號(hào)，如圖所示，處理器158包括耦合到感測線圈152的模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器157提供的數(shù)字化功能。盡管未示出，但是低通濾波器和放大器一般也包括在典型的磁通門傳感器系統(tǒng)中。感測線圈152上的AC輸出信號(hào)本質(zhì)上與磁場成比例。由于隨著永磁體120和磁通門傳感器系統(tǒng)150'之間的距離增加，磁場強(qiáng)度非線性衰退(減弱)，所以非線性數(shù)學(xué)處理一般用于確定用戶的心臟脈搏。在圖1B中所示的處理器158能夠?qū)嵤﹥?chǔ)存在圖1B所示的存儲(chǔ)器159中的標(biāo)定數(shù)據(jù)，以將感應(yīng)的AC輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化為心臟脈搏測量。標(biāo)定數(shù)據(jù)也可由制造商提供，或通過模擬確定或者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)為主確定。
[0023]如在本領(lǐng)域中已知的，磁通門傳感器系統(tǒng)操作的基本原則為測量的磁場Brart與參考磁場Bref的比較。Bref能夠具有包括正弦波、方波或三角形交變信號(hào)的各種形狀。通過來自驅(qū)動(dòng)線圈153的B場激發(fā)至磁芯151，并由驅(qū)動(dòng)電路155驅(qū)動(dòng)。測量的磁場Bext與Bref疊加。然后感測線圈152(拾波線圈)感測將要估計(jì)的磁芯151中的BMt。
[0024]磁通門傳感器系統(tǒng)的靈敏度取決于磁芯151材料的磁導(dǎo)率。在感測操作中，當(dāng)Brait發(fā)生變化時(shí)，感測線圈152的感應(yīng)AC信號(hào)輸出變化。該變化的程度和相位能夠經(jīng)分析以確定磁通線的強(qiáng)度和方向。感測線圈152上的感測卷繞信號(hào)(winding signal)將是驅(qū)動(dòng)線圈153上的驅(qū)動(dòng)卷繞信號(hào)的兩倍，因?yàn)楦袦y卷繞信號(hào)在感測線圈152的正負(fù)半周期上均出現(xiàn)。
[0025]感測線圈152上的磁通門輸出一般為矩形脈搏，其頻率與磁場成反比改變。使用諸如LM 2907(來自美國國家半導(dǎo)體公司的頻率到電壓轉(zhuǎn)換器)或等效的頻率到電壓轉(zhuǎn)換器，磁通門傳感器的頻率輸出能夠轉(zhuǎn)化為電壓。
[0026]圖2不出根據(jù)一個(gè)不例實(shí)施例的包括永磁體120和第一磁通門傳感器系統(tǒng)MO1與可選第二磁通門傳感器系統(tǒng)1502的心臟脈搏監(jiān)測器2