感應(yīng)呼吸傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及感應(yīng)傳感器，具體地用于感測(cè)對(duì)象的呼吸參數(shù)(例如頻率和體積)。
【背景技術(shù)】
[0002]美國專利5，913，830公開了一種用于測(cè)量胸部或腹部的周長(zhǎng)和橫截面積的變化的感應(yīng)體積描記法呼吸傳感器。傳感器包括導(dǎo)體回路，其具有當(dāng)人穿上它呼吸時(shí)導(dǎo)體平行于傳感器擴(kuò)展和收縮的方向運(yùn)行的(“不活躍”)段，以及導(dǎo)體包括在橫向方向上的突轉(zhuǎn)彎管的(“活躍”)段。當(dāng)傳感器被拉伸時(shí)，彎管改變形狀，導(dǎo)致導(dǎo)體回路的電感的變化。
[0003]然而，美國專利5，913，830沒有公開關(guān)于感測(cè)電路的任何細(xì)節(jié)，兩種類型的電路被常規(guī)地用于測(cè)量電感變化。第一類型的電路是LC振蕩器，其將感測(cè)線圈用作儲(chǔ)能元件。振蕩器頻率指示電感。該電路具有LC振蕩器可以將其頻率鎖定到具有接近于儲(chǔ)能頻率的頻率的外部磁場(chǎng)的缺點(diǎn)。例如，當(dāng)穿上相同測(cè)量設(shè)備的兩個(gè)人靠近彼此時(shí)，或當(dāng)存在由例如在接近于LC振蕩器的共振的頻率處操作的無線電發(fā)射器生成的電磁場(chǎng)時(shí)，這能夠發(fā)生。第二類型的電路使用由高頻周期信號(hào)(例如在1MHz)驅(qū)動(dòng)的分壓器。分壓器包括參考阻抗和感應(yīng)元件。分壓器輸出電壓的幅度指示電感。當(dāng)對(duì)象呼吸時(shí)，感應(yīng)傳感器通常具有大約ΙμΗ的電感以及高達(dá)ΙΟΟηΗ的變化。在1MHz的頻率處，ΙΟΟηΗ的電感對(duì)應(yīng)于0.628Ω的阻抗。這意味著，為了提取可測(cè)量信號(hào)，大電流必須被用于生成可使用分壓器輸出電壓，與低功率要求沖突，或者非常小的輸出電壓必須被放大，與低功率和低成本要求沖突，或者必須采用更高的操作頻率，其與低功率要求沖突。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的感應(yīng)呼吸傳感器。該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器實(shí)現(xiàn)。
[0005]根據(jù)本發(fā)明，感應(yīng)呼吸傳感器包括感應(yīng)換能器和感測(cè)電路，所述感應(yīng)換能器被配置為當(dāng)經(jīng)受(由呼吸引起的)機(jī)械變形時(shí)，產(chǎn)生可變電感。感測(cè)電路包括互阻抗放大器，所述互阻抗放大器具有參考輸入部、感測(cè)輸入部和輸出部。感測(cè)輸入部被可操作地連接到感應(yīng)換能器，并且互阻抗放大器被配置為將來自輸出部的電流驅(qū)動(dòng)到感測(cè)輸入部，使得感測(cè)輸入部上的電壓遵循被應(yīng)用到參考輸入部的電壓，并且引起指示電流的輸出部上的電壓。具體地，互阻抗放大器包括第一晶體管和第二晶體管。第一晶體管包括第一連接(收集器或漏極)、第二連接(發(fā)射器或源極)和第三連接(基極或柵極)，所述第一晶體管的第一連接和第二連接被操作地連接在互阻抗放大器的感測(cè)輸入部與輸出部之間。第二晶體管也包括第一連接(收集器或漏極)、第二連接(發(fā)射器或源極)和第三連接(基極或柵極)，所述第二晶體管的第二連接被連接到參考輸入部，第二晶體管的第一連接被連接到第一晶體管的第三連接，并且第二晶體管的第三連接被連接到感測(cè)輸入部。在下文中，根據(jù)所考慮的晶體管是雙極結(jié)型晶體管還是場(chǎng)效應(yīng)晶體管，術(shù)語“第一連接”指定收集器或漏極，術(shù)語“第二連接”指定發(fā)射器或源極，以及術(shù)語“第三連接”指定基極或柵極。
[0006]本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，第一晶體管和第二晶體管共同形成負(fù)反饋控制回路，其中第一晶體管是致動(dòng)器，并且第二晶體管充當(dāng)控制器。在雙極結(jié)型晶體管的情況下，第二晶體管的基極-發(fā)射器電壓差控制跨第二晶體管的收集器-發(fā)射器電流。在收集器處，這轉(zhuǎn)化為電壓，其被應(yīng)用到第一晶體管的基極，并且控制第一晶體管，使得感測(cè)輸入部上的電壓傾向于(drawn toward)參考輸入部的電壓。在場(chǎng)效晶體管的情況下，除了基極、發(fā)射器和收集器端被柵極、源極和漏極端取代，功能是類似的。
[0007]與具有被應(yīng)用在其基極的參考電壓的一個(gè)晶體管的解決方案相比，具有第一晶體管和第二晶體管的反饋回路的優(yōu)點(diǎn)在于大大地減少了(近似等于第二晶體管的當(dāng)前增益的因子)輸入阻抗。與上述分壓器方法相比較，互阻抗放大器的輸出部上得到的電壓不需要高增益放大，其導(dǎo)致更低的功率要求和潛在地更低的生產(chǎn)成本。
[0008]優(yōu)選地，感應(yīng)換能器通過耦合電容器被AC耦合到感測(cè)輸入部，以便防止直流電流流過感應(yīng)換能器。耦合電容器也能夠被布置為與感應(yīng)換能器串聯(lián)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，感應(yīng)呼吸傳感器包括信號(hào)生成器，其被操作地連接到參考輸入部，信號(hào)生成器被配置為向參考輸入部應(yīng)用交流電壓(例如具有包括在從10kHz至100MHz，優(yōu)選從10kHz至1MHz的范圍內(nèi)的頻率)。例如，信號(hào)生成器能夠包括低通濾波器，所述低通濾波器被連接到產(chǎn)生方波的微控制器的數(shù)字信號(hào)輸出部。在這種情況下，濾波器的截止頻率優(yōu)選被選擇，使得濾波器抑制基頻的諧波，在其輸出部產(chǎn)生正弦波。
[0010]優(yōu)選地，感應(yīng)呼吸傳感器包括同步整流器，所述同步整流器被操作地連接到互阻抗放大器的輸出部，用于將交流電壓轉(zhuǎn)化成指示阻抗或電感的直流電壓。
[0011]信號(hào)生成器優(yōu)選包括與第二晶體管匹配的晶體管，匹配晶體管的發(fā)射器或源極與第二晶體管的第二連接連接。通過使用匹配的雙極結(jié)型晶體管，補(bǔ)償?shù)诙w管的前向基極-發(fā)射器結(jié)型電壓。當(dāng)采用匹配的M0SFET代替時(shí)，相同的補(bǔ)償技術(shù)能夠被用于補(bǔ)償柵極-源極電壓。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，互阻抗放大器(在下文中被稱為第一互阻抗放大器)被操作地連接到在其第一端的感應(yīng)換能器，并且感應(yīng)呼吸傳感器包括具有參考輸入部、感測(cè)輸入部和輸出部的第二互阻抗放大器，第二互阻抗放大器的感測(cè)輸入部被操作地連接到在其第二端的感應(yīng)換能器。第二互阻抗放大器被配置為將來自第二互阻抗放大器的輸出部的電流驅(qū)動(dòng)到第二互阻抗放大器的感測(cè)輸入部，使得第二互阻抗放大器的感測(cè)輸入部上的電壓遵循被應(yīng)用到第二互阻抗放大器的參考輸入部的電壓，并且引起指示電流的第二互阻抗放大器的輸出部上的電壓。具體地，第二互阻抗放大器包括第三晶體管和第四晶體管。第三晶體管包括第一連接、第二連接和第三連接，第三晶體管的第一連接和第二連接被操作地連接在第二互阻抗放大器的感測(cè)輸入部與第二互阻抗放大器的輸出部之間。第四晶體管也包括第一連接、第二連接和第三連接，第四晶體管的第二連接被連接到第二互阻抗放大器的參考輸入部，第四晶體管的第一連接被連接到第三晶體管的第三連接，并且第四晶體管的第三連接被連接到第二互阻抗放大器的感測(cè)輸入部。
[0013]在該實(shí)施例中，可以以差分模式操作感應(yīng)換能器。優(yōu)選地，這使用被操作地連接到第一互阻抗放大器的參考輸入部并且具有與第二互阻抗放大器的參考輸入部的相反極性的信號(hào)生成器來實(shí)現(xiàn)，由此所述信號(hào)生成器被配置為生成第一互阻抗放大器的參考輸入部與第二互阻抗放大器的參考輸入部之間的交流電壓差。
[0014]信號(hào)生成器可以包括低通濾波器，所述低通濾波器被連接到微控制器的數(shù)字信號(hào)輸出部。
[0015]感應(yīng)呼吸傳感器可以包括同步整流器，例如其經(jīng)由多路轉(zhuǎn)換器或開關(guān)被操作地連接到第一互阻抗放大器的輸出部以及第二互阻抗放大器的輸出部。
[0016]優(yōu)選地，提供與第二晶體管匹配的第五晶體管以及與第四晶體管匹配的第六晶體管，第五晶體管的發(fā)射器或源極與第二晶體管的第二連接進(jìn)行連接，并且第六晶體管的發(fā)射器或源極與第四晶體管的第二連接進(jìn)行連接，以便補(bǔ)償?shù)诙w管和第四晶體管的前向基極-發(fā)射器結(jié)型電壓或柵極-源極電壓。
【附圖說明】
[0017]參考附圖根據(jù)若干非限定性實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他詳情和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的。
[0018]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的感應(yīng)呼吸傳感器的方框示意圖；
[0019]圖2是圖1的感應(yīng)呼吸傳感器的優(yōu)選實(shí)施方案的方框示意圖；
[0020]圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的感應(yīng)呼吸傳感器的方框示意圖；
[0021]圖4是根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例的感應(yīng)呼吸傳感器的方框示意圖。
[0022]圖例:
[0023]10感應(yīng)呼吸傳感器
[0024]12感應(yīng)換能器
[0025]14、14’互阻抗放大器