Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ФОТОДАТЧИК
ФОТОДАТЧИК

ФОТОДАТЧИК

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Сущность изобретения: фотодатчик содержит светоизлучающий и светоприемный элементы, расположенные на заданном расстоянии друг от друга на пленочной подложке-основе. При работе датчика свет пропускается через контролируемый объект с последующей регистрацией изменения степени поглощения светового потока, прошедшего через объект, на основе чего формируется информация по состоянию пациента. Рядом со светоизлучающими диодами, входящими в состав светоизлучающего элемента, располагается фотодиод, который регистрирует изменение интенсивности излучаемого светового потока. Процессор производит коррекцию изменения светового потока при изменении температуры светоизлучающего элемента, регулируя ток, пропускаемый через указанный элемент - источник. По второму варианту вблизи светоиспускающего диода или фотодиода установлены термистор и нагреватель в соответствии с регистрируемым выходным параметром термистора, обеспечивая постоянство температуры светоизлучающего или светоприемного элемента. 2 с. и 4 3. п. ф-лы, 9 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2006832
Класс(ы) патента: G01N21/59
Номер заявки: 4742988/25
Дата подачи заявки: 17.01.1990
Дата публикации: 30.01.1994
Заявитель(и): Сумитомо Электрик Индастриз Лтд (JP)
Автор(ы): Масахико Канда[JP]
Патентообладатель(и): Сумитомо Электрик Индастриз Лтд (JP)
Описание изобретения: Изобретение относится к измерительной медицинской технике, а именно к технике регистрации информации о кровяном давлении и концентрации в крови пигментов.
Известно устройство, используемое для определения величины кровяного давления на основе анализа информации после пропускания света через кожу на концах (фалангах) пальцев с одной их стороны на другую с последующей регистрацией изменения пропускания (отражения) света через кровь пальцев и информационной обработкой сформированного полезного сигнала.
В конструкцию датчика входит источник и приемник света, разнесенные друг относительно друга на заданное расстояние, соответствующее размеру пальца, на гибкой пленочной подложке. На эту подложку - основу наложена и закреплена оптически прозрачная гибкая пленка, закрывающая источник и приемник света.
В качестве источника света в известном фотодатчике обычно используется светоизлучающий диод. Выходная мощность и рабочая частота света, испускаемого таким диодом, изменяются в зависимости от температуры окружающей среды. В свою очередь обмоточное закрепление фотодатчика на теле, к примеру на пальце, ведет к ишемии или гемостатическому его пережатию, что сопровождается уменьшением температуры пальца или же ее увеличением вследствие повышения кровяного давления. В результате этого происходит изменение внешней температуры в месте закрепления светоизлучающего элемента, а следовательно, его выходной мощности (энергии излучения) или длины волны излучаемого света. Однако эти характеристики должны быть постоянными, что необходимо для корректного измерения пульса, величины кровяного давления. Это и определяет недостаток устройства.
Целью изобретения является повышение достоверности измерений, т. е. разработка фотодатчика, в котором выходная мощность или рабочая частота светоизлучающего элемента не претерпевают изменения даже при изменении температуры окружающей среды; разработка фотодатчика, предназначенного для регистрации изменения количества света при изменении температуры свтеоизлучающего элемента-источника с обеспечением регулирования электрического тока, пропускаемого через указанный источник света в соответствии с регистрируемым его выходом и соответственно изменению количества света при параметрическом изменении температуры светоизлучающего элемента, разработка фотодатчика, выходная мощность (энергия) или рабочая частота которого не изменяются за счет выдерживания на постоянном уровне температуры окружающей среды или самого источника света, даже если фотодатчик закрепляется силовым образом на объекте контроля.
Цель достигается тем, что в известный фотодатчик, содержащий размещенные на одной поверхности пленочной подложки светоизлучающий элемент и установленный на заданном расстоянии от него первый светоприемный элемент, дополнительно вводят второй светоприемный элемент, оптически связанный со светоизлучающим элементом и регистрирующий изменение светового потока при изменении температуры, светоизлучающего элемента, а также схему преобразования ток-напряжение, подключенную к выходу светоприемного элемента, аналого-цифровое устройство, подключенное входом к преобразователю ток-напряжение, а выходом - к центральному процессору, связанному со светоизлучающим элементом и контролирующему ток через него.
Предусмотрено расположение чувствительной площадки второго светоприемного элемента на одной со светоизлучающим элементом плоской поверхности пленочной подложки.
Кроме того, фотодатчик может быть снабжен прозрачным покрытием из синтетической смолы, нанесенным на светоизлучающий элемент и второй светоприемный элемент и имеющим полусферическую внешнюю по отношению к подложке поверхность, при этом светоизлучающий элемент и второй светоприемный элемент оптически связаны через отражающую внутреннюю поверхность полусферы.
Для повышения отражения прозрачное покрытие из синтетической смолы снабжено отражающей пленкой из серебра, осажденной на внутреннюю поверхность полусферы.
Во втором варианте фотодатчика цель достигается тем, что в известный фотодатчик, содержащий размещенные на одной поверхности пленочной подложки светоизлучающий элемент и установленный на заданном расстоянии от него светоприемный элемент, дополнительно введены измеритель температуры, расположенный на той же поверхности пленочной подложки, и нагреватель, расположенный на противоположной поверхности подложки, причем измеритель температуры и нагреватель расположены в непосредственной близости от светоизлучающего или светоприемного элементов, а также блок контроля и регулирования температуры, электрически соединенный входом с измерителем температуры, а выходом - с нагревателем.
Кроме того, светоизлучающий элемент может быть выполнен с тепловым стоком, в который вмонтирован измеритель температуры.
На фиг. 1 приведен первый вариант выполнения фотодатчика (проекция в плане светодиодной сборки); на фиг. 2 - датчик первого варианта, вид спереди; на фиг. 3 - блок-схема анализатора в первом варианте исполнения; на фиг. 4 - вид в плане второго варианта выполнения фотодатчика; на фиг. 5 - датчик второго варианта, вид сбоку; на фиг. 6 - датчик второго варианта, вид снизу; на фиг. 7 - вид спереди сборки, состоящей из светоизлучающего диода, теплообменника (теплового стока) и термистра (измерителя температуры); на фиг. 8 - вид снизу сборки; на фиг. 9 - блок-схема контроля и регулирования температуры во втором варианте исполнения фотодатчика.
Устройство работает следующим образом.
В данной сборке светодиод имеет два рабочих кристалла 1 и 2, находящихся на подложке - основе 3. Рядом с этими светодиодными кристаллами находится фотодиод 4, который напрямую воспринимает световое излучение от указанных кристаллов. В общем случае светодиодные кристаллы 1 и 2 излучают свет и в направлении участков, находящихся ниже плоскости p-n-перехода, этот излучаемый свет воспринимается фотодиодом 4.
Фотодиод 4 регистрирует изменение светового потока от светодиодных кристаллов 1 и 2 в соответствии с изменением температуры окружающей среды. На основу 3 нанесено прозрачное покрытие 5 из эпоксидной смолы, закрывающее светодиодные кристаллы 1, 2 и фотодиод 4. В принципе, эпоксидная смола может быть заменена прозрачной полиэфирной смолой. Фотодиод 4 может быть размещен в том месте, где свет, излучаемый указанными светодиодными кристаллами, отражаясь внутренней поверхностью полусферического покрытия 5 из эпоксидной смолы, может приниматься фотодиодом 4. При этом условии сборка, показанная на фиг. 2, имеет на части внешней поверхности покрытия 5 пленку 6 из серебра, наносимую способом испарительного напыления. Свет, исходящий из кристаллов 1 и 2, претерпевает внутреннее отражение на пленке 6 серебра и попадает на фотодиод 4.
На фиг. 3 представлена блок-схема фотоизмерительного устройства согласно одному из вариантов исполнения изобретения. Сигнал от энергии светового излучения, воспринимаемой фотодиодом 4, показанным на фиг. 1 и 2, поступает в схему 7 преобразования типа ток-напряжение. Эта схема преобразует в напряжение электрический ток, текущий через фотодиод 4. Получаемое таким образом напряжение подается на схему 8 аналого-цифрового преобразования. Эта схема преобразует аналоговый сигнал по напряжению в цифровой сигнал, который подается на главный процессор 9. Этот процессор с постоянным запоминающим устройством 10 и запоминающим устройством 11 с произвольной выборкой данных. В память 10 записана программа коррекции силы света (энергии светового потока) светодиода (его кристаллов 1 и 2) в зависимости от изменения температуры. Главный процессор 9 выдает величину электрического тока, проходящего через кристаллы светодиода, в виде цифрового сигнала на схемы 12 и 13 преобразования типа цифра-аналог. Эти схемы осуществляют преобразование цифровой (числовой) величины, определяющей силу тока, в аналоговую величину, подаваемую на схему 14 и 15 постоянного тока. Выходной токовый сигнал схемы 14 поступает на светодиодный кристалл 1, в то время как токовый выход схемы 15 связан с кристаллом 2.
Поскольку светодиодные кристаллы 1 и 2 функционируют аналогичным образом, ниже рассматривается только действие кристалла 1. Выходной ток фотодиода 4 подается на схему 7 преобразования ток-напряжение, где он преобразуется в напряжение. Полученное таким образом напряжение преобразуется затем с помощью схемы 8 аналог-цифра в цифровой сигнал, который поступает в процессор 9. Этот процессор производит выборочный анализ выходного напряжения фотодиода 4, определяя, когда величина указанного выходного напряжения меньше заданного значения и допустимого его значения.
В соответствии с полученными результатами процессор 9 увеличивает или уменьшает величину тока, протекающего через светодиодный кристалл 1.
В этом случае для определенной температуры может быть получена линейная зависимость напряжения фотодиода от тока светодиода, на основе которой производится увеличение или уменьшение величины тока. Указанная определенная температура выбирается в диапазоне 35-38оС, близком к нормальной температуре тела человека.
В общем случае сила (энергия) света, излучаемого диодом, увеличивается с уменьшением температуры или же, наоборот, уменьшается при ее увеличении. Таким образом, при уменьшении температуры сила света от диода увеличивается, но при этом уменьшение тока питания светоизлучающего диода с целью смещения, сдвига увеличивающейся энергии излучаемого света позволяет выдерживать указанную энергию (или силу света) приблизительно на постоянном уровне, позволяя таким образом производить коррекцию флуктуации энергии излучения при изменении температуры.
На фиг. 4-6 представлен другой вариант исполнения датчика; на фиг. 4 приведен вид в плане; на фиг. 5 - боковая проекция; на фиг. 6 - вид снизу.
Ниже дается описание конструкции фотодатика в таком варианте исполнения. На одном из концов пленочной основы 16 имеется фотодиод 17, выполняющий функцию светоприемного элемента. Клеммные контакты этого фотодиода припаяны к печатным контактам 18 на пленочной основе 16. На другом конце этой основы имеется светоизлучающий диод 19, выполняющий функцию источника света. Клеммы этого светодиода напаяны на печатные контакты 20, выполненные на пленочной основе 16. Рядом со светодиодом 19 располагается термистор 21, выполняющий функцию регистратора температуры. Слева относительно контактов 20 выполнены печатные контакты 22-24 для подсоединения к фотодатчику соответствующих кабелей. Печатные контакты 22 связаны электрически печатными проводниками с контактами 18 фотодиода 17, печатные контакты 23 - с контактами 20 светоизлучающего диода 19, а контакты 24 - с термистором 21 соответственно.
Нагреватель 25 располагается в месте нахождения светоизлучающего диода 19, с обратной стороны пленочной подложки 16. Этот нагреватель может быть выполнен, например на основе нихромовой спирали. Клеммы нагревателя 25 подключены к печатным контактам 26.
Вышерассмотренный фотодатчик входит составным элементом в измерительное устройство, блок или аппарат информационной обработки которого показан на фиг. 9. Этот аппаратурный блок (рассматриваемый подробно ниже) подключается с помощью соответствующего кабеля (не показан) к печатным контактам 23 для светоизлучающего диода 19, к контактам 24 термистора 21, контактам 22 для фотодиода 17 и контактам 26 нагревателя 25.
На фиг. 7 и 8 показан вариант исполнения фотодатчика, в котором в теплообменный сток 27 светодиода 19 включен термистор 21. К теплообменнику 27 пристыкованы контакты 28 под светоизлучающий диод 19 и контакты 29 термистора 21.
Для вышерассмотренного варианта исполнения фотодатчика характерно размещение термистора 21 у светоизлучающего диода 19, что, в принципе, не является обязательным условием; к примеру, термистор 21 вместе с нагревательным элементом 25 могут быть размещены у фотодиода 17 (см. пунктир на фиг. 5).
На фиг. 9 приведены блок-схема аппаратурного блока измерительного фотодатчикового устройства по второму вышерассмотренному варианту исполнения. На выходе термистора 21, входящего в схему фотодатчика (см. фиг. 4), формируется сигнал, соответствующий регистрируемой температуре. Этот сигнал поступает на схему 30 преобразования ток-напряжение и соответственно преобразуется в напряжение. Сформированный таким образом сигнал по напряжению преобразуется в цифровой сигнал в схеме 31 "аналог-цифра" и поступает в процессор 32. К процессору 32 подключены постоянное запоминающее устройство 33 и запоминающее устройство 34 с произвольной выборкой данных. В постоянной памяти 33 хранится программа регулирования режима работы нагревателя 25 в соответствии с температурой, регистрируемой термистором 21, так чтобы обеспечить постоянство температуры среды вокруг светоизлучающего диода 19 (см. фиг. 4). Оперативная память 34 используется для записи данных по температуре, регистрируемой термистором 21. Процессор 32 выдает данные по току, который необходимо пропустить через нагреватель 25, на схему 35 цифроаналогового преобразования в ответ на цифровой сигнал при регистрируемой температуре, который поступает от схемы 31 преобразования "сигнал-цифра" в соответствии с программой, хранящейся в постоянном запоминающем устройстве 33. Схема 35 преобразует цифровой сигнал в аналоговый сигнал, определяющий величину тока, пропускаемого от схемы 36 питания постоянным током к нагревателю 25.
В данном варианте фотодиодного регистратора в виде того, что по меньшей мере у светоизлучающего диода 19 или фотодиода 17 установлены термистор 21 и нагреватель 25, обеспечивающие контролируемый нагрев ближней зоны по меньшей мере одного из этих диодов с соответствующим обеспечением постоянства регистрируемой температуры окружающей среды, температура нагрева светодиода 19 или фотодиода 17 выдерживается на постоянном уровне независимо от изменения температуры контролируемого объекта. Это позволяет стабилизировать выходную мощность и длину волны светоизлучающего элемента и соответственно реализовать высокоточный контроль объекта.
Рассмотрение существа изобретения на конкретных примерах его исполнения не означает, что эти примеры являются единственно возможными и исчерпывающими весь объем притязаний технического решения, очевидно, что они носят сугубо иллюстративный характер. (56) Выложенная заявка Японии N 60-158803, кл. A 43 B 10/00, 1985.
Формула изобретения: 1. ФОТОДАТЧИК, содержащий размещенные на одной поверхности пленочной подложки светоизлучающий элемент и установленный на заданном расстоянии от него первый светоприемный элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности измерений, фотодатчик дополнительно содержит второй светоприемный элемент, оптичеки связанный со светоизлучающим элементом и регистрирующий изменение светового потока при изменении температуры светоизлучающего элемента, а также схему преобразования тока в напряжение, подключенную к выходу светоприемного элемента, аналого-цифровое устройство, подключенное входом к преобразователю тока в напряжение, а выходом - к центральному процессору, связанному со светоизлучающим элементом и контролирующему ток через него.
2. Фотодатчик по п. 1, отличающийся тем, что чувствительная площадка второго светоприемного элемента расположена на одной со светоизлучающим элементом плоской поверхности пленочной подложки.
3. Фотодатчик по п. 2, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен прозрачным покрытием из синтетической смолы, нанесенным на светоизлучающий элемент и второй светоприемный элемент и имеющим полусферическую внешнюю по отношению к подложке поверхность, при этом светоизлучающий элемент и второй светоприемный элемент оптически связаны через отражающую внутреннюю поверхность полусферы.
4. Фотодатчик по п. 3, отличающийся тем, что прозрачное покрытие из синтетической смолы снабжено отражающей пленкой из серебра, осажденной на внешнюю поверхность полусферы.
5. Фотодатчик, содержащий размещенные на одной поверхности пленочной подложки светоизлучающий элемент и установленный на заданном расстоянии от него светоприемный элемент отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности измерений, в фотодатчик дополнительно введены измеритель температуры, расположенный на той же поверхности пленочной подложки, и нагреватель, расположенный на противоположной поверхности подложки, причем измеритель температуры и нагреватель расположены в непосредственной близости от светоизлучающего или светоприемного элементов, а также блок контроля и регулирования температуры, электрически соединенный входом с измерителем температуры, а выходом - с нагревателем.
6. Фотодатчик по п. 5, отличающийся тем, что светоизлучающий элемент выполнен с тепловым стоком, в который вмонтирован измеритель температуры.