專利名稱：一種橋型壓力傳感器檢測電路、檢測方法及監(jiān)護儀的制作方法
一種橋型壓力傳感器檢測電路、檢測方法及監(jiān)護儀
技術領域：
本發(fā)明涉及一種檢測電路，尤其涉及一種橋型壓力傳感器檢測電路、檢測方法及
監(jiān)護儀。背景技術：
通常，人亍本血壓測量分為NIBP(無創(chuàng)血壓，Noninvasive BloodPressure)禾口 IBP(有創(chuàng)血壓，Invasive Blood Pressure)兩種。IBP測量廣泛應用于手術室或ICU(重 癥監(jiān)護室)等需要對病人血壓進行實時、連續(xù)、準確監(jiān)測的場合。 IBP測量時，首先將穿剌針植入人體被測部位的血管內，穿剌針的體外端口通過導 管與壓力傳感器相連，導管內充滿肝素鹽水。由于液體的壓力傳遞特性，血管內的壓力可以 準確傳遞到外部的壓力傳感器上，從而可獲得血管內壓力的實時變化。 在測試時，有時會發(fā)生壓力傳感器與外圍電路發(fā)生脫落(稱為導聯脫落)的事故， 有時壓力傳感器本身也會發(fā)生故障，例如短路或開路等故障，需要有檢測電路來監(jiān)測壓力 傳感器的狀態(tài)，以避免壓力傳感器發(fā)生故障后造成測試失敗。 如圖1所示，IBP導聯脫落檢測電路是IBP測量電路的重要組成部分。該電路由 IBP傳感器和導聯脫落檢測電路兩部分組成。 IBP傳感器通常采用經典的惠斯頓電橋結構，橋臂電阻R1 = R2 = R3，通常為 300Q 10K范圍(不同品牌傳感器的橋臂電阻有所不同)，其中可變電阻Rx是一個壓敏 電阻，它的阻值會隨著外部壓力的變化而變化，外部壓力越大，壓敏電阻的阻值越小，表現 出來就是電橋輸出的IBP+與IBP-的差模電壓越大。常見傳感器的精度為5uV/V/mmHg，在 5V供電時，lmmHg壓力對應電橋輸出的差模電壓為5*5 = 25uV。 導聯脫落檢測電路是一個簡單的電阻分壓結構，其中R4， R5， R6都遠大于電橋的 橋臂電阻。在該電路中，IBP壓力測量值與導聯脫落檢測結果都是通過對儀表放大器輸出 電壓進行分析處理得到的。IBP導聯脫落與導聯連接這兩種狀態(tài)分別對應儀表放大器輸出 電壓的不同范圍。 當IBP導聯脫落時，輸入到儀表放大器的電壓就是圖1中電阻R5對VCC的分壓。 該電壓為負值，經過儀表放大器放大后負向飽和，輸出電壓為儀表放大器的負向能輸出的 最小值，通常小于100mV。因此軟件可以設置一個略高于100mV的閾值，當檢測到電壓低于 該閾值時判定為導聯脫落。當IBP導聯正常連接時，在規(guī)格指定的壓力范圍內，傳感器的輸 出電壓都會高于該閾值。這就是該電路實現導聯脫落檢測的原理。 該方法檢測導聯脫落的潛在風險為當傳感器的液路中出現一個很大的負壓時， 儀表運放的輸出可能會低到負向能輸出的最小值，此時模塊會將它誤判為導聯脫落。在臨 床操作中，注射器抽取液體或其他非正常操作都可能導致液路中出現很大的負壓。也許這 個負壓只是持續(xù)很短的時間，但將它判定為導聯脫落是不能接受的。 另外，現有的IBP導聯脫落檢測電路只具有單一的故障檢測功能，即導聯脫落檢 測功能，當傳感器內部電路出現其他故障，例如斷路或短路時，缺乏相應的故障檢測。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是，提供一種橋型壓力傳感器檢測電路，可檢測橋型壓 力傳感器的故障。 本發(fā)明要解決的另一技術問題是，提供一種監(jiān)護儀，包括可檢測橋型壓力傳感器 的故障的電路。 本發(fā)明要解決的另一技術問題是，提供一種橋型壓力傳感器檢測方法，可檢測橋 型壓力傳感器的故障。 為實現上述目的，本發(fā)明提供一種橋型壓力傳感器檢測電路，所述電路包括導聯 檢測網絡、電壓導出電路和判斷單元，所述導聯檢測網絡至少一端連接電勢點，所述導聯檢 測網絡用于與橋型壓力傳感器的兩輸出端連接，所述電壓導出電路的輸入端與導聯檢測網 絡相連，所述電壓導出電路的輸出端與判斷單元相連，所述電壓導出電路用于將所述橋型 壓力傳感器的兩輸出端電壓或電壓相關量傳導到所述判斷單元，所述判斷單元將橋型壓力 傳感器兩輸出點的電壓或電壓相關量與設定條件進行比較，判斷所述橋型壓力傳感器的故 障。 本發(fā)明還提供一種監(jiān)護儀，所述電路包括橋型壓力傳感器、導聯檢測網絡、電壓導
出電路和判斷單元，所述導聯檢測網絡至少一端連接電勢點，所述導聯檢測網絡用于與橋
型壓力傳感器的兩輸出端連接，所述電壓導出電路的輸入端與導聯檢測網絡相連，所述電
壓導出電路的輸出端與判斷單元相連，所述電壓導出電路用于將所述橋型壓力傳感器的兩
輸出端電壓或電壓相關量傳導到所述判斷單元，所述判斷單元將橋型壓力傳感器兩輸出點
的電壓或電壓相關量與設定條件進行比較，判斷橋型壓力傳感器的故障。 本發(fā)明還提供一種電橋檢測電路，所述電路包括導聯檢測網絡、電壓導出電路和
判斷單元，所述導聯檢測網絡至少一端連接電勢點，所述導聯檢測網絡用于與電橋的兩輸
出端連接，所述電壓導出電路的輸入端與導聯檢測網絡相連，所述電壓導出電路的輸出端
與判斷單元相連，所述電壓導出電路用于將所述電橋的兩輸出端電壓或電壓相關量傳導到
所述判斷單元，所述判斷單元將電橋兩輸出點的電壓或電壓相關量與設定條件進行比較，
判斷所述電橋的故障。 本發(fā)明還提供一種橋型壓力傳感器檢測方法，包括以下步驟檢測橋型壓力傳感 器兩輸出端的電壓或電壓相關量，檢測電路包括導聯檢測網絡，所述導聯檢測網絡在導聯 脫落后使檢測電路的輸入端不懸空；比較所述電壓或電壓相關量與預設條件；判斷所述橋 型壓力傳感器的故障。 本發(fā)明還提供一種電橋檢測方法，包括以下步驟檢測電橋兩輸出端的電壓或電 壓相關量，檢測電路包括導聯檢測網絡，所述導聯檢測網絡在導聯脫落后使檢測電路的輸 入端不懸空；比較所述電壓或電壓相關量與預設條件；判斷所述電橋的故障。
圖1為IBP導聯脫落檢測電路原理圖； 圖2為壓力傳感器內部結構圖； 圖3為本發(fā)明一種實施例的檢測電路示意 圖4為傳感器激勵負信號(GND)斷路時的等效原理圖；
圖5為本發(fā)明電壓導出電路的另一種實施例的電路圖。
具體實施方式
本申請的特征及優(yōu)點將通過實施例結合附圖進行詳細說明。 壓力傳感器內部采用電橋結構(例如惠斯頓電橋結構)的，稱為橋型壓力傳感器， 圖2所示為有創(chuàng)血壓檢測中的壓力傳感器，即IBP傳感器，下面以IBP傳感器為例對壓力傳 感器的結構及導聯脫落、傳感器內部故障的檢測進行說明。 IBP傳感器包括連接成電橋結構的四個電阻，第一電阻R1和第二電阻R2之間的節(jié) 點連接電源VCC，第三電阻R3和壓敏電阻Rx之間的節(jié)點接地，第一電阻Rl和壓敏電阻Rx 之間的節(jié)點為第一輸出點，第二電阻R2和第三電阻R3之間的節(jié)點為第二輸出點。當外部 壓力變化時Rx隨之變化，導致電橋的兩個輸出點電壓不平衡而產生差模電壓，該差模電壓 即是我們需要采集放大的壓力信號。在導聯脫落和各種探頭故障模式下，傳感器的兩個輸 出點呈現出不同的電壓。 利用外圍電路檢測壓力傳感器兩個輸出點IBP+和IBP-的電壓，來實現導聯脫落 和探頭故障的判斷。導聯正常連接，導聯脫落以及其他各種故障模式下壓力傳感器兩個輸 出點的電壓各不相同，以VCC為5V為例進行具體分析如下
①導聯正常連接
IBP+， IBP-都為2. 5V
②導聯脫落 IBP+， IBP-都懸空。(電壓取決于外圍電路) ③激勵正信號VCC斷路 IBP+， IBP-都為0V ④激勵負信號GND斷路 IBP+， IBP-都為5V ⑤IBP+信號線斷路 IBP+懸空，IBP-為2. 5V IBP-信號線斷路 IBP-懸空，IBP+為2. 5V ⑦激勵正信號VCC與IBP+信號線短路 IBP+為5V， IBP-為2. 5V ⑧激勵正信號VCC與IBP-信號線短路 IBP+為2. 5V， IBP-為5V ⑨激勵負信號GND與IBP+信號線短路 IBP+為0V， IBP-為2. 5V ⑩激勵負信號GND與IBP-信號線短路 IBP+為2. 5V， IBP-為0V IBP+信號線與IBP-信號線短路 無論外界壓力是多少，傳感器輸出的差模電壓始終是0。該故障無法直接檢出，但校增益會報錯。
VCC與GND短路 已不是單純的探頭故障，該故障無法直接檢出，需要由硬件電路實現過流保護。 ⑩傳感器橋臂電阻開路故障 1. Rl開路IBP+為2. 5V， IBP-為0V，狀態(tài)同⑩ 2. Rx開路:IBP+為2. 5V， IBP-為5V，狀態(tài)同⑧ 3. R2開路IBP+為0V， IBP-為2. 5V，狀態(tài)同⑨ 4. R3開路:IBP+為5V， IBP-為2. 5V，狀態(tài)同⑦ (Q)傳感器橋臂電阻短路故障 1. Rl短路狀態(tài)同⑧ 2. Rx短路狀態(tài)同⑩ 3. R2短路狀態(tài)同⑦ 4. R3短路狀態(tài)同⑨ 根據壓力傳感器的上述特點，橋型壓力傳感器檢測電路包括導聯檢測網絡、電壓 導出電路和判斷單元，所述橋型壓力傳感器的兩輸出端分別連接導聯檢測網絡中的兩個節(jié) 點，所述電壓導出電路的輸入端與導聯檢測網絡相連，所述電壓導出電路的輸出端與判斷 單元相連。 導聯檢測網絡用于在導聯脫落后防止檢測電路的輸入信號懸空。當壓力傳感器脫 落(即導聯脫落時)，為防止檢測電路的輸入端懸空，將導聯檢測網絡的至少一端連接到某 電勢點，例如一端接地、兩端接地或一端接地、另一端接電源或某個電壓點，或導聯檢測網 絡的兩端都接到具有一定電壓的節(jié)點，即當導聯脫落時，檢測電路的輸入端不會懸空，或被 下拉到地，或被上拉到一定電壓。如果導聯檢測網絡一端接地，當導聯脫落時，橋型壓力傳 感器的兩輸出端與導聯檢測網絡連接的兩個節(jié)點為等電位。當導聯檢測網絡兩端接地時， 會使導聯脫落和導聯連接時前端采樣點的電壓差異最大，分別是OV和2. 5V，這樣出現誤判 導聯脫落的概率最小。當導聯連接正常時，在壓力變化的情況下，前端采樣點的電壓會在 2. 5V± A范圍波動，由于0V和2. 5V差距足夠大，可以保證壓力在足夠大的A范圍波動時， 這兩個電壓不會出現交集，即不會出現誤判導聯脫落。 所述電壓導出電路用于將所述橋型壓力傳感器的兩輸出端電壓或電壓相關量傳 導到所述判斷單元，電壓導出電路起到兩邊電路隔離的作用，通常采用高輸入阻抗和低輸 出阻抗的器件來實現，以消除對采樣點電壓的影響，使檢測電路采集到的是真實的橋型壓 力傳感器的兩輸出端電壓或電壓相關量。 所述判斷單元接收電壓導出電路的輸出，將橋型壓力傳感器兩輸出點的電壓或電 壓相關量與設定條件進行比較，以判斷橋型壓力傳感器是否脫落(即導聯脫落)和傳感器 內部的至少部分故障。不同的輸入量具有不同的判斷條件。
實施例一 如圖3所示，橋型壓力傳感器檢測電路包括導聯脫落檢測電路、差動放大電路和 判斷單元，導聯脫落檢測電路包括導聯檢測網絡和電壓導出電路。IBP傳感器(即橋型壓力 傳感器)的兩輸出端分別連接導聯檢測網絡中的兩個節(jié)點IBP+、 IBP-，所述電壓導出電路 的輸入端與導聯檢測網絡相連，所述電壓導出電路的輸出端與判斷單元相連，差動信號放大電路的兩輸入端分別連接所述橋型壓力傳感器的兩輸出端和所述導聯檢測網絡的兩個 連接節(jié)點IBP+、 IBP-，所述差動放大電路的輸出端耦合到所述判斷單元。
在本實施例中，所述導聯檢測網絡優(yōu)選采用電阻網絡，包括順序串聯的第四電阻 R4、第五電阻R5、第六電阻R6和第七電阻R7，第四電阻R4和第七電阻R7的另一端分別接 地，所述橋型壓力傳感器的第一輸出端連接第四電阻R4和第五電阻R5的連接節(jié)點IBP+，所 述橋型壓力傳感器的第二輸出端連接第六電阻R6和第七電阻R7的連接節(jié)點IBP-。
所述電壓導出電路可以是包括一個緩沖器的電路，緩沖器可以采用運放緩沖器來 實現，如圖3所示，運放緩沖器連接成電壓跟隨器的形式，當然，運放緩沖器也可以連接成 其它形式。本實施例中，所述運放緩沖器的同向輸入端連接所述第五電阻R5和第六電阻R6 的連接節(jié)點，所述運放緩沖器的輸出端耦合到判斷單元。運放緩沖器的同向輸入端所采集 的電壓是橋型壓力傳感器的兩輸出端電壓相關量，輸出端輸出的也是橋型壓力傳感器的兩 輸出端電壓相關系量，根據第五電阻R5和第六電阻R6的阻值的不同，所采集的電壓值也不 同，采集的電壓值等于AX+BY，其中X、Y分別表示第五電阻R5和第六電阻R6的阻值，A、B表 示系數，系數大小與第五電阻R5和第六電阻R6的阻值的比值有關，通過分壓計算得出，例 如第五電阻R5和第六電阻R6的阻值相等時，系數A、B等于1/2。 差動信號放大電路用于將橋型壓力傳感器的兩輸出端電壓信號進行差模放大，并 輸出到所述判斷單元。差動放大電路優(yōu)選采用儀表放大器，本領域技術人員也可以根據實 際情況或需求而采用其它差動放大器，例如三運放差動放大電路。 所述判斷單元接收電壓導出電路和差動放大電路的輸出，將橋型壓力傳感器兩輸 出點的電壓相關量與設定條件進行比較，并同時結合差動放大電路的輸出狀態(tài)來判斷橋型 壓力傳感器的導聯脫落和傳感器內部故障，例如開路或短路等故障。判斷單元可采用硬件 實現，也可以采用軟件實現，還可采用軟硬件結合實現，例如，判斷單元包括A/D轉換器和 CPU，電壓導出電路的輸出端和差動放大電路的輸出端分別連接A/D轉換器，A/D轉換器將 模擬信號轉換為數字信號后輸出到CPU， CPU內部嵌入有程序，程序將輸入值和判斷條件進 行比較判斷。 在如圖3所示的實施例中，傳感器的兩輸出點IBP+和IBP-分別用電阻R4和R7
下拉到地，以確保傳感器脫落或傳感器的輸出信號線懸空時為低電平。并通過電阻R5、 R6
對IBP+和IBP-兩點電壓經代數運算求得電壓相關量，通過運放緩沖器輸出。 電阻網絡的一種實施方式是采用對稱網絡，即網絡中的各元器件的連接關系和參
數相對于某點為中心對稱。采用對稱網絡使電路的阻抗匹配好，共模抑制比高。為保證電
路對稱性，該電路中R4 = R7 ， R5 = R6 。電阻網絡采用對稱網絡時，運放緩沖的輸入端連接
電阻網絡的中間節(jié)點。當然，電阻網絡也可以采用非對稱網絡，此時，運放緩沖的輸入端可
連接電阻網絡的某個節(jié)點，只要采集壓力傳感器的兩輸出端電壓相關量即可。 為減小檢測電路引入的誤差，減少對傳感器本身的影響，R4，R5，R6，R7大于IBP傳
感器的橋臂電阻，優(yōu)選使R4， R5， R6， R7遠大于IBP傳感器的橋臂電阻(例如R4， R5， R6， R7
至少大于橋臂電阻阻值的1000倍)。 下面以激勵電壓VCC = 5V， R4 = R7 = IOM， R5 = R6 = 470K，差動放大電路采用 儀表放大器、放大倍數為100倍為例具體描述各種情況下電路的工作狀態(tài)
1)導聯脫落
圖3中節(jié)點IBP+和IBP-的電平被拉低，電壓為0V，因此運放緩沖器輸出的電壓 IBP_0FF為負向能輸出的最小值，通常電壓IBP_0FF < 200mV。
2)導聯正常連接 圖3中傳感器輸出2. 5V的共模電壓，由于傳感器精度一般為5uV/V/mmHg，可以近 似認為當傳感器接上時，IBP+與IBP-電壓一直是2. 5V，即運放緩沖器輸出的電壓IBP_0FF 約為2. 5V。 3)傳感器激勵正信號(VCC)斷路 圖3中傳感器輸出的共模電壓為O，運放緩沖后輸出的電壓為負向能輸出的最小
值，通常電壓IBP_0FF < 200mV。 4)傳感器激勵負信號(GND)斷路 此時圖3中電路可等效為圖4。由于R1 <<1 7，1 2<<1 4，圖4中1 1和1 2的分 壓很小，可以認為IBP+和IBP-的電壓均為VCC，從而運放緩沖器輸出的電壓IBPJ)FF接近 正向能輸出的最大值，通常電壓IBP_OFF > 4. 7V。 5) IBP+信號線斷路，即傳感器的第一輸出端到節(jié)點IBP+的信號線斷路。 圖3中IBP-仍為傳感器輸出的2. 5V共模電壓。但是IBP+電壓就是2. 5V對940K
和10M電阻的分壓——2. 2852V,差模電壓<formula>formula see original document page 9</formula>，經過儀表放大器100倍放
大后肯定負向飽和，儀表放大器輸出為負向能輸出的最小值，判斷單元采樣到該結果后會
報警"負向超范圍"。另外，由于470K電阻的分壓為<formula>formula see original document page 9</formula>，所以判斷
單元同時在運放緩沖器輸出IBPJ)FF處能檢測到100mV左右的電壓跌落。 6) IBP-信號線斷路，即傳感器的第二輸出端到節(jié)點IBP-的信號線斷路。 圖3中IBP+仍為傳感器輸出的2. 5V共模電壓。但是IBP-電壓就是2. 5V對940K
和10M電阻的分壓——2. 2852V,差模電壓<formula>formula see original document page 9</formula>經過儀表放大器100倍放
大后肯定正向飽和，儀表放大器輸出為正向能輸出的最大值，判斷單元采樣到該結果后會
報警"正向超范圍"。同時判斷單元在運放緩沖輸出IBPJ)FF處也能檢測到100mV左右的電
壓跌落。 7)傳感器激勵正信號(VCC)與IBP導聯信號線IBP+短路 圖3中IBP+電壓為5V， IBP-電壓仍為2. 5V。差模電壓<formula>formula see original document page 9</formula>，經過儀 表放大器IOO倍放大后肯定正向飽和，儀表放大器輸出為正向能輸出的最大值，判斷單元 采樣到該結果后會報警"正向超范圍"。此時運放緩沖器輸出的電壓<formula>formula see original document page 9</formula>
8)傳感器激勵正信號(VCC)與IBP導聯信號線IBP-短路 圖3中IBP-電壓為5V， IBP+電壓仍為2. 5V。差模電壓<formula>formula see original document page 9</formula>經過 儀表放大器100倍放大后肯定負向飽和，儀表放大器輸出為負向能輸出的最小值，判斷單 元采樣到該結果后會報警"負向超范圍"。 此時運放緩沖器輸出的電壓<formula>formula see original document page 9</formula>
9)傳感器激勵負信號(GND)與IBP導聯信號線IBP+短路圖3中IBP+電壓為OV，
IBP-電壓仍為2. 5V。差模電壓VIBP+-VIBP— = -2. 5V，經過儀表放大器100倍放大后肯定負向
飽和，儀表放大器輸出為負向能輸出的最小值，判斷單元采樣到該結果后會報警"負向超范圍"。 此時運放緩沖器輸出的電壓/^ —Oi^ = |(^V++J>V.) = 1.25r
10)傳感器激勵負信號(GND)與IBP導聯信號線IBP-短路 圖3中IBP-電壓為0V， IBP+電壓仍為2. 5V。差模電壓VIBP+_VIBP— = 2. 5V，經過儀 表放大器IOO倍放大后肯定正向飽和，儀表放大器輸出為正向能輸出的最大值，判斷單元 采樣到該結果后會報警"正向超范圍"。 此時運放緩沖器輸出的電壓/朋—OFF = = 1.25F 11)傳感器橋臂電阻開路故障
1. Rl開路傳感器輸出同10)
2.Rx開路傳感器輸出同8)
3. R2開路傳感器輸出同9)
4. R3開路傳感器輸出同7)
12)傳感器橋臂電阻短路故障
1. Rl短路傳感器輸出同8) [owe]2. Rx短路傳感器輸出同10)
3. R2短路傳感器輸出同7)
4. R3短路傳感器輸出同9) 因此，導聯脫落與傳感器各種故障狀態(tài)檢測的判定依據總結如下
1.導聯正常連接運放緩沖器輸出的IBP_OFF電壓約為2. 5V。判斷單元檢測到2. 5V士50mV可認為
導聯正常連接。 2.導聯脫落或激勵正信號(VCC)斷路 運放緩沖器輸出的IBP_OFF電壓低于250mV(負向能輸出的最小值)，判斷單元檢 測閾值設為250mV可檢出該故障。導聯脫落或激勵正信號(VCC)斷路時，統一報警為"導聯 脫落"。 3.激勵負信號(GND)斷路運放緩沖器輸出的IBPJ)FF電壓高于4. 7V(正向能輸出的最大值)，判斷單元檢測 閾值設為4. 7V可檢出該故障。
4. IBP+信號線斷路 儀表放大器輸出低于100mV(負向能輸出的最小值)，判斷單元觸發(fā)報警"負向超
范圍"。若同時檢測到IBPJ)FF電壓跌落到2. 4V左右，判斷單元可將報警進一步定位為
"IBP+信號線斷路"。 5. IBP-信號線斷路 儀表放大器輸出高于4. 7V (正向能輸出的最大值)，判斷單元觸發(fā)報警"正向超 范圍"。若同時檢測到IBPJ)FF電壓跌落到2.4V左右，判斷單元可將報警進一步定位為 "IBP-信號線斷路"。 6.激勵正信號(VCC)與IBP+信號線短路 儀表放大器輸出高于4.7V(正向能輸出的最大值)，判斷單元會觸發(fā)報警"正向超范圍"。若同時檢測到IBP_0FF電壓為3. 75V左右，判斷單元可將報警進一步定位為"激勵
正信號(VCC)與IBP+信號線短路"。 7.激勵正信號(VCC)與IBP-信號線短路 儀表放大器輸出低于lOOmV (負向能輸出的最小值)，判斷單元會觸發(fā)報警"負向 超范圍"。若同時檢測到IBP_0FF電壓為3. 75V左右，判斷單元可將報警進一步定位為"激 勵正信號(VCC)與IBP-信號線短路"。
8.激勵負信號(GND)與IBP+信號線短路 儀表放大器輸出低于lOOmV (負向能輸出的最小值)，判斷單元會觸發(fā)報警"負向 超范圍"。若同時檢測到IBP_0FF電壓為1. 25V左右，判斷單元可將報警進一步定位為"激 勵負信號(GND)與IBP+信號線短路"。
9.激勵負信號(GND)與IBP-信號線短路 儀表放大器輸出高于4.7V(正向能輸出的最大值)，判斷單元會觸發(fā)報警"正向超 范圍"。若同時檢測到IBP_0FF電壓為1. 25V左右，判斷單元可將報警進一步定位為"激勵 負信號(GND)與IBP-信號線短路"。
10.傳感器橋臂電阻開路故障 根據前面的分析，四個不同位置的橋臂電阻開路，分別對應于判定依據6 9。
11.傳感器橋臂電阻短路故障 根據前面的分析，四個不同位置的橋臂電阻短路，分別對應于判定依據6 9。 本實施例通過將運放緩沖器輸出的結果和差動放大電路輸出的結果相結合實現
了判斷IBP導聯脫落和傳感器的多種故障狀態(tài)，并且在任何壓力輸入時，導聯連接與導聯
脫落對應運放緩沖輸出的電壓沒有交集，因此本方案不會誤判導聯脫落，可靠性高。 設計導聯脫落檢測電路在信號前端采樣，同時經過儀表放大器放大之后在信號后
端采樣，兩者結合起來在不增加額外的信號連接線的前提下實現全面、可靠地檢測IBP導
聯的脫落與故障狀態(tài)。而現有技術的電路只有一個采樣點，即只采樣儀表放大器輸出點的
電壓，容易誤判導聯脫落，而且導聯脫落檢測電路會導致電壓跌落，影響測量精度。 充分利用壓力傳感器的電橋結構，以及運算放大器、儀表放大器等外圍電路的工
作特點，設計的導聯脫落與故障檢測方法和電路結構簡單、成本低、可靠性高。 本實施例中的導聯檢測網絡還可以包括順序串聯的四個以上的電阻。 本實施例中的差動放大電路還可以省略，當差動放大電路省略時，可檢測橋型壓
力傳感器的導聯脫落和橋型壓力傳感器的少量故障，檢測電路包括兩端接地的導聯檢測網
絡、電壓導出電路和判斷單元，所述橋型壓力傳感器的兩輸出端分別連接導聯檢測網絡中
的兩個節(jié)點，所述電壓導出電路的輸入端與導聯檢測網絡相連，所述電壓導出電路的輸出
端與判斷單元相連，所述電壓導出電路用于將所述橋型壓力傳感器的兩輸出端電壓相關量
傳導到所述判斷單元，所述判斷單元將橋型壓力傳感器兩輸出點的電壓相關量與設定條件
進行比較，從而判斷導聯脫落和橋型壓力傳感器的少量故障。 根據前面的分析，當差動放大電路省略時，檢測電路可檢測以下項目 1.導聯正常連接運放緩沖器輸出的IBP_0FF電壓約為2. 5V。判斷單元檢測到2. 5V士50mV可認為
導聯正常連接。
2.導聯脫落或激勵正信號(VCC)斷路 運放緩沖器輸出的IBP_0FF電壓低于250mV(負向能輸出的最小值)，判斷單元檢 測閾值設為250mV可檢出該故障。導聯脫落或激勵正信號(VCC)斷路時，統一報警為"導聯 脫落"。 3.激勵負信號(GND)斷路 運放緩沖器輸出的IBPJ)FF電壓高于4. 7V(正向能輸出的最大值)，判斷單元檢測 閾值設為4. 7V可檢出該故障。
實施例二 如圖5所示，橋型壓力傳感器檢測電路包括導聯檢測網絡、電壓導出電路、和判斷 單元。IBP傳感器(即壓力傳感器)的兩輸出端分別連接導聯檢測網絡中的兩個節(jié)點IBP+、 IBP-，所述電壓導出電路用于將橋型壓力傳感器的兩輸出端電壓傳導到所述判斷單元，判 斷單元將電壓導出電路輸出的電壓值與設定值進行比較，從而判斷導聯脫落和壓力傳感器 內部故障。 導聯檢測網絡和判斷單元可以采用與實施例一中相同或相似的結構。 電壓導出電路包括兩個緩沖器的電路，同樣，也可以采用運放緩沖器來作為本實
施例中的緩沖器，如圖5所示，兩個運放緩沖器的輸入端分別連接所述橋型壓力傳感器的
兩輸出端與所述導聯檢測網絡連接的兩個節(jié)點IBP+、 IBP-，即兩個運放緩沖器分別導出橋
型壓力傳感器的兩輸出點的電壓。兩個運放緩沖器的輸出端耦合到判斷單元，判斷單元將
橋型壓力傳感器兩輸出點的電壓與設定條件進行比較，從而判斷橋型壓力傳感器是否脫落
(即導聯是否脫落)和壓力傳感器的其他故障。 這種方案判斷導聯脫落和傳感器故障的方法更直接，根據采樣得到的IBP+與
IBP-的電壓與以上分析的傳感器的14種狀態(tài)一一對應即可，所以，本實施例可檢測導聯脫
落和傳感器的以下故障 ①導聯正常連接 IBP+， IBP-都為2. 5V ②導聯脫落 IBP+， IBP-都懸空。(電壓取決于外圍電路) ③激勵正信號VCC斷路 IBP+， IBP-都為OV ④激勵負信號GND斷路 IBP+， IBP-都為5V ⑤IBP+信號線斷路 IBP+懸空，IBP-為2. 5V IBP-信號線斷路 IBP-懸空，IBP+為2. 5V ⑦激勵正信號VCC與IBP+信號線短路 IBP+為5V， IBP-為2. 5V ⑧激勵正信號VCC與IBP-信號線短路 IBP+為2. 5V， IBP-為5V
12
⑨激勵負信號GND與IBP+信號線短路 IBP+為0V， IBP-為2. 5V ⑩激勵負信號GND與IBP-信號線短路 IBP+為2. 5V， IBP-為OV (H)傳感器橋臂電阻開路故障 1. Rl開路IBP+為2. 5V， IBP-為OV，狀態(tài)同⑩ 2. Rx開路IBP+為2. 5V， IBP-為5V，狀態(tài)同⑧ 3. R2開路IBP+為0V， IBP-為2. 5V，狀態(tài)同⑨ 4. R3開路:IBP+為5V， IBP-為2. 5V，狀態(tài)同⑦ 傳感器橋臂電阻短路故障 1.Rl短路狀態(tài)同⑧ 2.Rx短路狀態(tài)同⑩ 3.R2短路狀態(tài)同⑦ 4.R3短路狀態(tài)同⑨ 本實施例中，壓力傳感器的兩輸出端之間的兩個串聯電阻R5、 R6還可以不用或合 并為一個，即導聯檢測網絡包括由兩個獨立的電阻或三個串聯的電阻組成的電阻網絡。
本實施例還可以包括差動放大電路，差動放大電路的兩輸入端分別連接橋型壓力 傳感器的兩輸出端和所述導聯檢測網絡的兩個連接節(jié)點IBP+與IBP-，輸出端耦合到所述 判斷單元。這里差動放大電路用于對橋型壓力傳感器的兩輸出端的電壓信號進行差動放 大，然后輸出到判斷單元進行數據處理。 上述實施例中，導聯檢測網絡可以采用很多種方式連接的電路，其用于在導聯脫 落時為檢測電路提供具有一定電壓的輸入信號，例如在導聯脫落時，可使檢測電路接地或 連接到一定電壓(例如電源或其他電壓點)。導聯檢測網絡可以是對稱的電阻網絡，也可以 是不對稱的電阻網絡。導聯檢測網絡還可以是電阻、電容或其它器件串聯、并聯或混聯的電 路。對于不同的電路連接，各種故障狀態(tài)下采樣點的電壓會不一樣，因此判斷條件也要隨之 改變。 上述實施例中，導聯檢測網絡中第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻可以由 一個單獨的電阻構成，也可以由多個電阻通過串聯、并聯或混聯構成。 通常，導聯檢測網絡的電阻值大于壓力傳感器的橋臂的電阻值，在某些實施例中， 導聯檢測網絡的電阻值遠大于壓力傳感器的橋臂的電阻值，從而在導聯連接正常時，檢測 電路盡量少的影響壓力傳感器的電參數，特別是盡量少的影響壓力傳感器的兩輸出點的電 壓。 電壓導出電路起到一個阻抗變換的作用，要求一個高輸入阻抗低輸出阻抗的結構
即可。電壓導出電路除了采用運放緩沖實現外，還可以采用以下方式實現 1)采用運算放大器實現單端放大，放大倍數可以大于1、小于1或等于l，判斷單元
對應的判斷條件也跟著變化相應的倍數即可。 2)采用儀表放大器實現單端放大，放大倍數可以大于1、小于1或等于l，判斷單元 對應的判斷條件也跟著變化相應的倍數即可。 另外，使用比較器電路也可實現導聯脫落檢測和傳感器故障檢測，由于我們有多個電壓判斷的閾值，需要同時接多個比較器，每個比較器實現一個閾值判斷，輸出高或低電
平到判斷單元，判斷單元根據設定條件判斷導聯脫落和傳感器內部故障。 上述實施例中的檢測電路可應用于各種需要對橋型壓力傳感器進行監(jiān)測的設備
中，例如監(jiān)護儀。 基于上述實施例，本發(fā)明還提出了 一種電橋檢測電路，所述電路包括導聯檢測網 絡、電壓導出電路和判斷單元，所述導聯檢測網絡至少一端連接電勢點，所述導聯檢測網絡 用于與電橋的兩輸出端連接，所述電壓導出電路的輸入端與導聯檢測網絡相連，所述電壓 導出電路的輸出端與判斷單元相連，所述電壓導出電路用于將所述電橋的兩輸出端電壓或 電壓相關量傳導到所述判斷單元，所述判斷單元將電橋兩輸出點的電壓或電壓相關量與設 定條件進行比較，判斷所述電橋的故障。
基于上述實施例，本發(fā)明還提出了一種橋型壓力傳感器檢測方法，包括 檢測橋型壓力傳感器兩輸出端的電壓或電壓相關量，檢測電路包括導聯檢測網
絡，所述導聯檢測網絡在導聯脫落后使檢測電路的輸入端不懸空； 比較所述電壓或電壓相關量與預設條件； 判斷所述橋型壓力傳感器的故障。 基于上述實施例，本發(fā)明還提出了一種電橋檢測方法，包括 檢測電橋兩輸出端的電壓或電壓相關量，檢測電路包括導聯檢測網絡，所述導聯 檢測網絡在導聯脫落后使檢測電路的輸入端不懸空；
比較所述電壓或電壓相關量與預設條件；
判斷所述電橋的故障。 綜上所述，IBP壓力傳感器內部為電橋結構，在不同故障模式下，兩個輸出點的電 壓各不相同。本發(fā)明充分利用橋型壓力傳感器的結構特點，通過檢測電路檢測傳感器兩個 輸出點的電壓來實現導聯脫落和故障的判斷，例如可判斷傳感器各部分的開路故障和兩部 分之間的短路故障。與現有技術相比，提高了導聯脫落檢測的可靠性，并且增加了傳感器其 他故障檢測功能，電路結構簡單、成本低、可靠性高。 以上以檢測IBP壓力傳感器為例進行了說明，實質上，本發(fā)明的檢測電路還可應 用于各種情況下的橋型壓力傳感器。進一步地，本發(fā)明還可以應用在各種情況下使用惠斯 頓電橋結構的電路檢測中。 以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在 不脫離本發(fā)明構思 前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的 保護范圍。
權利要求
一種橋型壓力傳感器檢測電路，其特征在于所述電路包括導聯檢測網絡、電壓導出電路和判斷單元，所述導聯檢測網絡至少一端連接電勢點，所述導聯檢測網絡用于與橋型壓力傳感器的兩輸出端連接，所述電壓導出電路的輸入端與導聯檢測網絡相連，所述電壓導出電路的輸出端與判斷單元相連，所述電壓導出電路用于將所述橋型壓力傳感器的兩輸出端電壓或電壓相關量傳導到所述判斷單元，所述判斷單元將橋型壓力傳感器兩輸出點的電壓或電壓相關量與設定條件進行比較，判斷所述橋型壓力傳感器的故障。
2. 如權利要求1所述的橋型壓力傳感器檢測電路，其特征在于所述導聯檢測網絡包 括兩個連接電勢點的端口 ，分別是第一端口和第二端口 ，所述第一端口接地，所述第二端口 接地。
3. 如權利要求1所述的橋型壓力傳感器檢測電路，其特征在于所述導聯檢測網絡為 包括至少兩個電阻的電阻網絡，所述電阻網絡的電阻的阻值遠大于所述橋型壓力傳感器的 橋臂電阻。
4. 如權利要求3所述的橋型壓力傳感器檢測電路，其特征在于所述電阻網絡為對稱 網絡。
5. 如權利要求4所述的橋型壓力傳感器檢測電路，其特征在于所述電阻網絡包括順 序串聯的第四電阻、第五電阻、第六電阻和第七電阻，所述第四電阻和第五電阻的連接節(jié)點 用于連接所述橋型壓力傳感器的第一輸出端，所述第六電阻和第七電阻的連接節(jié)點用于連 接所述橋型壓力傳感器的第二輸出端。
6. 如權利要求1至5中任一項所述的橋型壓力傳感器檢測電路，其特征在于所述電 壓導出電路包括兩個運放緩沖器，所述兩個運放緩沖器的輸入端分別連接所述導聯檢測網 絡用于與橋型壓力傳感器的兩輸出端連接的兩個節(jié)點，所述兩個運放緩沖器的輸出端耦合 到判斷單元。
7. 如權利要求1至4中任一項所述的橋型壓力傳感器檢測電路，其特征在于所述電 壓導出電路包括一個運放緩沖器，所述運放緩沖器的輸入端連接所述導聯檢測網絡，所述 運放緩沖器的輸出端耦合到判斷單元，所述運放緩沖器用于將所述橋型壓力傳感器的兩輸 出端電壓的相關量傳導到判斷單元。
8. 如權利要求5所述的橋型壓力傳感器檢測電路，其特征在于所述電壓導出電路包 括一個運放緩沖器，所述運放緩沖器的輸入端連接第五電阻和第六電阻的連接節(jié)點，所述 運放緩沖器的輸出端耦合到判斷單元。
9. 如權利要求7或8所述的橋型壓力傳感器檢測電路，其特征在于還包括差動放大電路，所述差動放大電路的兩輸入端分別連接所述導聯檢測網絡用于與橋型壓力傳感器的 兩輸出端連接的兩個節(jié)點，所述差動放大電路的輸出端耦合到所述判斷單元，所述判斷單 元用于將所述電壓導出電路和所述差動放大電路的輸出與設定條件進行比較，判斷所述橋 型壓力傳感器的故障。
10. —種監(jiān)護儀，包括橋型壓力傳感器，其特征在于還包括導聯檢測網絡、電壓導出 電路和判斷單元，所述導聯檢測網絡至少一端連接電勢點，所述導聯檢測網絡用于與橋型 壓力傳感器的兩輸出端連接，所述電壓導出電路的輸入端與導聯檢測網絡相連，所述電壓 導出電路的輸出端與判斷單元相連，所述電壓導出電路用于將所述橋型壓力傳感器的兩輸 出端電壓或電壓相關量傳導到所述判斷單元，所述判斷單元將橋型壓力傳感器兩輸出點的電壓或電壓相關量與設定條件進行比較，判斷橋型壓力傳感器的故障。
11. 如權利要求10所述的橋型壓力傳感器，其特征在于所述導聯檢測網絡包括兩個 連接電勢點的端口 ，分別是第一端口和第二端口 ，所述第一端口接地，所述第二端口接地。
12. 如權利要求11所述的監(jiān)護儀，其特征在于所述導聯檢測網絡包括順序串聯的第 四電阻、第五電阻、第六電阻和第七電阻，所述橋型壓力傳感器的第一輸出端連接第四電阻 和第五電阻的連接節(jié)點，所述橋型壓力傳感器的第二輸出端連接第六電阻和第七電阻的連 接節(jié)點。
13. 如權利要求12所述的監(jiān)護儀，其特征在于所述電壓導出電路包括一個運放緩沖 器，所述運放緩沖器的輸入端連接第五電阻和第六電阻的連接節(jié)點，所述運放緩沖器的輸 出端耦合到判斷單元。
14. 如權利要求13所述的監(jiān)護儀，其特征在于還包括差動放大電路，所述差動放大電 路的兩輸入端分別連接所述橋型壓力傳感器的兩輸出端，所述差動放大電路的輸出端耦合 到所述判斷單元，所述判斷單元用于將所述電壓導出電路和所述差動放大電路的輸出與設 定條件進行比較，判斷所述橋型壓力傳感器的故障。
15. 如權利要求12所述的監(jiān)護儀，其特征在于所述電壓導出電路包括兩個運放緩沖 器，所述兩個運放緩沖器的輸入端分別連接第四電阻、第五電阻的連接節(jié)點和第六電阻、第 七電阻的連接節(jié)點，所述兩個運放緩沖器的輸出端分別耦合到判斷單元。
16. —種電橋檢測電路，其特征在于所述電路包括導聯檢測網絡、電壓導出電路和判 斷單元，所述導聯檢測網絡至少一端連接電勢點，所述導聯檢測網絡用于與電橋的兩輸出 端連接，所述電壓導出電路的輸入端與導聯檢測網絡相連，所述電壓導出電路的輸出端與 判斷單元相連，所述電壓導出電路用于將所述電橋的兩輸出端電壓或電壓相關量傳導到所 述判斷單元，所述判斷單元將電橋兩輸出點的電壓或電壓相關量與設定條件進行比較，判 斷所述電橋的故障。
17. —種橋型壓力傳感器檢測方法，其特征在于，包括檢測橋型壓力傳感器兩輸出端的電壓或電壓相關量，檢測電路包括導聯檢測網絡，所 述導聯檢測網絡在導聯脫落后使檢測電路的輸入端不懸空； 比較所述電壓或電壓相關量與預設條件； 判斷所述橋型壓力傳感器的故障。
18. —種電橋檢測方法，其特征在于，包括檢測電橋兩輸出端的電壓或電壓相關量，檢測電路包括導聯檢測網絡，所述導聯檢測 網絡在導聯脫落后使檢測電路的輸入端不懸空； 比較所述電壓或電壓相關量與預設條件； 判斷所述電橋的故障。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種橋型壓力傳感器檢測電路，包括導聯檢測網絡、電壓導出電路和判斷單元，導聯檢測網絡至少一端連接電勢點，導聯檢測網絡用于與橋型壓力傳感器的兩輸出端連接，電壓導出電路的輸入端與導聯檢測網絡相連，電壓導出電路的輸出端與判斷單元相連，電壓導出電路用于將橋型壓力傳感器的兩輸出端電壓或電壓相關量傳導到判斷單元，判斷單元將橋型壓力傳感器兩輸出點的電壓或電壓相關量與設定條件進行比較，從而判斷橋型壓力傳感器的故障。本發(fā)明通過檢測電路檢測傳感器兩個輸出點的電壓來實現導聯脫落和其它故障(例如開路、短路)的判斷，提高了導聯脫落檢測的可靠性，并且增加了傳感器其它故障的檢測功能，電路結構簡單、成本低。
文檔編號A61B5/021GK101732044SQ20081021732
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月13日 優(yōu)先權日2008年11月13日
發(fā)明者岑建, 王兵, 陳軼煒, 黃光齊 申請人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司