一种传感器转接模块

技术领域

本发明涉及颅内压检测设备技术领域，具体涉及一种传感器转接模块。

背景技术

目前颅内压的测量方法一般是将颅内压传感器植入脑室中或者脑实质中进行压力的实时监测，并将颅内压传感器的探头所反馈的电压值通过医用电缆传递给专用的颅内压监护仪设备，该专用的监护设备对反馈的电压值进行滤波、放大、模数转换等处理后，以直观的数值或者波形显示在监护设备的屏幕上。

随着神经外科领域的发展，目前神经外科医生对颅内压检测的目的认识已经不在单纯的局限于数值的大小，更常见的是，神经外科医生将颅内压测量数值与其他生理参数（如血压、心率等）进行综合分析，获得脑灌注压CPP、脑血管反应指数（如RAC、PRx、PAx）等更进一步反映脑部供血、供氧情况的生理参数。

但是目前所有的颅内压传感器都是进口产品，都必须和进口的专用检测主机配套使用，而该检测主机却只显示颅内压值一个参数，为了这个数值，医护人员需要在拥挤的ICU病房和手术室腾出额外的空间放置专用的颅内压检测主机。虽然目前带有创压测量功能的多参数监护仪或者中央监护系统测量灵敏度都是5μV/V/mmHg，其反馈灵敏度与codman颅内压传感器以及国产Talensor颅内压传感器的反馈灵敏度一致，但是由于颅内压传感器使用时只有一次体外校零的机会，颅内压传感器植入患者颅内后不可能取出校零，这样就和有创血压传感器使用上有明显不同（有创血压传感器是在体外，监护仪可以通过三通阀对重新接入的传感器再次校零）。而目前带有创压测量功能的多参数监护仪或者中央监护系统不具有零点记录功能，从而导致一旦颅内压传感器和多参数监护仪或者中央监护系统断开后，再次检测时的显示值将与实际测量颅内压力值差距较大。

因此，目前临床迫切需要一种体积小巧、使用便捷、能直接将颅内压传感器信号转接到多参数监护仪或者中央监护系统的传感器转接模块。当带有创压测量功能的多参数监护仪或者中央监护系统连接上该转接模块后，因为颅内压传感器的零点值可以记录在颅内压传感器上，所以该颅内压传感器可以在不从患者颅内取出的情况下，让多参数监护仪或者中央监护系统得到颅内压传感器的零点值并重新校零，保证显示正确的颅内压力值，从而解决前述的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种传感器转接模块，解决的目前的颅内压传感器只有一次体外校零的机会，而现有的带有创压测量功能的监护设备不具有零点记录功能，在颅内压传感器与监护设备断开后，再次检测时的数值与实际数值相差较大的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种传感器转接模块，该转接模块用于连接生理压力传感器与监护设备，包括微控制器、传感器差分信号测量电路、差分信号产生电路、切换电路；

所述微控制器与切换电路连接，用于使转接模块切换至传感器校零模式、监护设备校零模式或测量模式；

所述微控制器与生理压力传感器连接，用于读取生理压力传感器记忆单元内的数据；

所述转接模块切换至监护设备校零模式时，所述微控制器与差分信号产生电路连接，用于控制差分信号产生电路按生理压力传感器记忆单元中的数据产生差分电压值并发送至监护设备；

所述转接模块切换至传感器校零模式时，所述微控制器与传感器差分信号测量电路连接，用于测量生理压力传感器的差分电压值，并将得到的差分电压值写入到生理压力传感器的记忆单元内；

所述转接模块切换至测量模式时，生理压力传感器反馈的差分电压直接发送给监护设备。

进一步的技术方案是，所述传感器差分信号测量电路内连接有差分信号放大器，用于将生理压力传感器反馈的差分电压转化为能被微控制器的模拟数字转换模块识别的单端信号，所述微控制器内的模拟数字转换模块接收差分信号放大器放大后的单端电压，再根据差分信号放大器的增益计算出生理压力传感器的实际差分电压值。

更进一步的技术方案是，所述传感器差分信号测量电路的信号测量端接入有静电保护器件，用于接口处的静电保护，并接入有RC滤波器，以对共模信号进行抑制，以便提取到微弱的生理差分信号，然后再接入前述的差分信号放大器，所述差分信号放大器为高共模抑制比的差分信号放大器，对接收到微弱的差分信号进行有效的放大。

更进一步的技术方案是，所述差分信号产生电路中接入有全差分运放，且全差分运放的参考电平由高精度线性电源产生，以保证参考电平的不稳定造成输出信号的不稳定，所述参考电平用于用于提高输出信号的共模电压，以便于监护设备正确识别到生理压力传感器的接入。

更进一步的技术方案是，所述转接模块内还设有用于对数字模拟转换模块输出电压检测的自检模块，以配合微控制器对产生的差分电压微调和自检。

更进一步的技术方案是，还包括按键信号输入和指示灯输出电路，所述按键信号输入和指示灯输出电路在转接模块上形成至少一个按键开关和至少一个指示灯。

更进一步的技术方案是，所述按键开关设置为三个，所述指示灯设置为五个，三个按键开关分别为传感器校零模式按键、监护设备校零模式按键和测量模式按键，五个指示灯以不同颜色和/或不同闪烁频率提供视觉提示，所提供的提供视觉提示分别为：模块的正常工作状态、传感器是否连接、传感器是否已校零、监护设备校零模式和测量模式。

更进一步的技术方案是，还包括传感器接入检测电路，传感器接入检测电路包括串接在传感器差分信号测量电路上的电阻，用于检测差分信号线上是否有共模电压以及判断传感器是否已经接入。

更进一步的技术方案是，所述转接模块内设有按键防抖单元，用于避免误按三个按键开关而收到错误指令。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：传感器转接模块接入监护设备且上电后，微控制器读取生理压力传感器的记忆单元，若发现生理压力传感器的记忆单元中存在零点数值，在收到进入监护设备校零模式指令后微控制器控制差分信号产生电路根据生理压力传感器内记忆单元中的数据产生对应的差分电压值并发送给监护设备，此时便可对监护设备的有创通道进行校零，校零完成后转换模块就可以切换成测量模式，将生理压力传感器的实时差分电压直接发送给监护设备进行显示；若微控制器没有检测到生理压力传感器的记忆单元中存在零点数值，转接模块将会通过指示灯视觉提示用户应切换至传感器校零模式对生理压力传感器进行校零，切换至校零模式后微控制器控制差分信号测量电路测量生理压力传感器反馈回的差分电压值（即零点数据），然后将该差分电压值写入到生理压力传感器记忆单元中，最后再通过指示灯视觉提示生理压力传感器已经校零成功，当传感器与监护设备断开后，转换模块可以将记录在生理压力传感器记忆单元内的数据输出给监护设备校零，解决监护设备需要二次校零的需求。

附图说明

图1为本发明传感器转接模块的结构框体。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：

图1示出了本发明传感器转接模块的一个较佳实施方式，本实施例中的传感器转接模块用于连接生理压力传感器与监护设备，该转接模块具体包括微控制器、传感器差分信号测量电路、差分信号产生电路、切换电路，微控制器与切换电路连接，用于使转接模块切换至传感器校零模式、监护设备校零模式或测量模式；微控制器与生理压力传感器连接，用于读取生理压力传感器记忆单元内的数据；转接模块切换至监护设备校零模式时，微控制器与差分信号产生电路连接，用于控制差分信号产生电路按生理压力传感器记忆单元中的数据产生差分电压值并发送至监护设备；转接模块切换至传感器校零模式时，微控制器与传感器差分信号测量电路连接，用于测量生理压力传感器的差分电压值，并将得到的差分电压值写入到生理压力传感器的记忆单元内；转接模块切换至测量模式时，生理压力传感器反馈的差分电压直接发送给监护设备。

传感器转接模块接入监护设备且上电后，开始检测传感器是否接入，直到生理压力传感器接入后，微控制器（即MCU）读取生理压力传感器的记忆单元，若发现生理压力传感器（即颅内压传感器）的记忆单元中存在零点数据，则对存在数据进行校验，校验通过之后，则将此数据作为正确的零点数据写入进转换模块的缓存区中，否则将会通过指示灯视觉提示：传感器应该校零，等待操作校零后，将零点数据发送给生理压力传感器，让生理压力传感器保存它的零点数据。此后转换模块进入下一阶段，在收到进入监护设备校零模式指令后微控制器控制差分信号产生电路根据生理压力传感器内记忆单元中的数据产生对应的差分电压值并发送给监护设备，此时便可对监护设备的有创通道进行校零。在收到进入测量模式指令后转换模块就可以切换成测量模式，将生理压力传感器的实时差分电压直接发送给监护设备进行显示；在收到进入传感器校零模式指令后转换模块就可以切换成传感器校零模式，切换至校零模式后微控制器控制差分信号测量电路测量生理压力传感器反馈回的差分电压值，然后微控制器将该差分电压值写入到生理压力传感器记忆单元中，然后通过指示灯视觉提示生理压力传感器已经校零成功。

监护设备为多参数监护仪或者中央监护系统。

切换电路由具有低导通电阻的模拟开关CD4052组成，模拟开关CD4052的控制信号端接入微控制器的I0口，从而控制切换工作。

传感器差分信号测量电路内连接有差分信号放大器，用于将生理压力传感器反馈的差分电压转化为能被微控制器的模拟数字转换模块识别的单端信号，微控制器内的模拟数字转换模块差分信号放大器放大后输出的单端电压，再根据差分信号放大器的增益计算出生理压力传感器的差分电压值。生理压力传感器反馈回来的微弱差分信号，经过RC滤波器将无效共模信号过滤，保留有效的差分信号，再进入高共模抑制比的差分信号放大器输入端，经过放大器的放大，将输入的微弱信号转化为能被微控器模拟数字转换模块识别的单端信号，微控制再将接收到的单端信号根据差分放大器的增益计算出生理压力传感器的实际差分电压值。

传感器差分信号测量电路的测量端加入了静电保护器件（即是ESD保护器件），用于接口处静电防护，同时在传感器差分信号测量电路加入两边对称的RC滤波器，从而可以很好的抑制输入端接口进来的共模信号，然后接入高共模抑制比的差分信号放大器转换为单端信号。差分信号放大器的参考电平由高精度线性电源产生并分压后得来，确保参考电平的稳定性，差分信号放大器将生理压力传感器的差分信号转化为可以被微控制器的模拟数字转换模块（即ADC）识别的信号后，接入微控制器的模拟数字转换模块输入端，经微控制器内的处理系统处理后得到生理压力传感器的参数。

按下转接模块上的校零按键，转接模块进入传感器校零模式。用户需将生理压力传感器的探头放置于水面。转接模块先将模拟开关切换到输入相同（同时接同一电平）时，记录此时差分信号放大器的输出电压为零点参考电压V

差分信号产生电路中接入有全差分运放，且全差分运放的参考电平由高精度线性电源产生，用于提高输出信号的共模电压，以便于监护设备正确识别到生理压力传感器的接入。微控制器的两路数字模拟转换模块（即DAC）输出电压经过分压器（分压器由两个低温漂的精密电阻产生，将大的毫伏信号转化为小的微伏信号），得到预期的差分信号后，由于产生的信号共模电压太小，不能直接被监护设备检测传感器是否接入的判别电路所识别，所以接入全差分运放将它的共模电压提高后再输出。全差分运放的输入共模电压由高精度线性电源产生，以便得到稳定的输出电平，让监护设备得到的差分信号是稳定的。

转接模块内还设有用于对数字模拟转换模块输出电压进行检测的自检模块，以配合微控制器对产生的差分电压微调和自检。微控制器产生的的差分信号，经过切换电路回环到微控制器的输入端，以计算出输出电压的线性度，根据线性度计算出将要产生的目标差分电压。转接模块上电时，记录微控制器的两路数字模拟转换模块输出同样的值时差分电压V

转接模块还包括按键信号输入和指示灯输出电路，按键信号输入和指示灯输出电路在转接模块上形成至少一个按键开关和至少一个指示灯。具体的，按键信号输入和指示灯输出电路可以在转接模块上形成三个按键开关和五个指示灯，三个按键开关分别为传感器校零模式按键、监护设备校零模式按键和测量模式按键，五个指示灯以不同颜色和/或不同闪烁频率提供视觉提示，所提供的提供视觉提示分别为：模块的正常工作状态、传感器是否连接、传感器是否已校零、监护设备校零模式和测量模式。

传感器校零模式按键：按下此按键时，将生理压力传感器的零点电压记录在生理压力传感器的记忆单元中。监护设备校零模式按键：按下此按键时，转接模块将输出记录在生理压力传感器中的零点电压经过转换后输出，此时监护设备进行校零操作。测量模式按键：按下此按键时，转接模块将生理压力传感器的差分电压经过模拟开关直接接入监护设备的输入端，在实操中，当监护设备校零完成后按下此键。模块正常工作指示灯：当转接模块自检通过后，按一定频率亮灭；传感器有无指示灯：检测生理压力传感器是否接入，如果生理压力传感器未接，则亮，反之，则灭；传感器是否已校零指示灯：如果生理压力传感器需要校零，则快速闪烁（2Hz频率，50%占空比），如果生理压力传感器已经校零，则常亮；监护设备校零模式指示灯：指示转接模块当前输出的是生理压力传感器的零点；测量模式指示灯：指示当前转接模块已经切换到生理压力传感器直连到监护设备的输出状态。

还包括传感器接入检测电路，传感器接入检测电路包括串接在传感器差分信号测量电路上的电阻，用于检测差分信号线上是否有共模电压以及判断传感器是否已经接入。模块上电后，转接模块一直在检测差分信号线上的共模电平，如果共模电平达到设定的阈值，则判断传感器已经接入。模块将自动读取传感器内记忆单元的数据。当检测到传感器断开连接时，转接模块将自动断开与监护设备信号输入端的连接。提示监护设备，传感器脱落。

还包括微控制外围电路，微控制外围电路包括电源、时钟、RC复位电路、SWD调试和通讯电路，电源为监护设备输入端提供的5V电源，5V电源经高精度线性电源降压至3.3V后为微控制器的内核供电，3.3V的电源经滤波后为微控制器的模拟电源供电，时钟采用8Mhz晶体谐振器，通讯电路通过微控制器内部提供的USART和IIC接口实现与外界的通讯。

转接模块内设有按键防抖单元，用于避免误按三个按键开关而收到错误指令，此设计主要是为了防止误操作或由于外界干扰等因素，引起转接模块收到预期外的错误指令。当生理压力传感器未校零时，监护设备校零模式按键和测量模式按键无效。当检测到生理压力传感器已经校零成功后，如需重新校零，则应该按下解锁键（同时按下监护设备校零模式按键和测量模式按键）才可以被重新校零。

转接模块硬件参数以及校零数据的写入和读取：放大器的增益在进行硬件调试的时候，通过微控制器上的USART接口写入到微控制器自带的FLASH中。由于产生的是微伏级信号，所以电源的电压参数是一个影响ADC和DAC转换精度的因素，故需要调试过程中对每一个转换模块的供电进行精确测量后，写入FLASH中。每次开机都会读取这些硬件参数，以保证输出电压的准确性。校零数据的写入和读取通过软件用IO口模拟IIC通讯，将生理压力传感器的零点数据写入到生理压力传感器信号板上的EEPROM（记忆单元）中，当检测到传感器接入时，程序自动读取生理压力传感器信号板上EEPROM中的数据，如果有零点信号则检查数据是否正确。在正确的情况下，通过转接模块的信号指示灯常亮来指示，此时生理压力传感器已经校过零，可以输出零点；如果校验和不正确或者没有数据，则通过信号指示灯来指示，此时生理压力传感器需要校零。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。