基于薄膜热电偶的阻塞性睡眠呼吸障碍监测传感器的研究

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dabingjiajia
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阻塞性睡眠呼吸暂停综合症(Obstructive Sleep Apnea Hypopnea Syndrome,OSAHS)是一种十分常见的睡眠呼吸疾病,打鼾、睡眠质量不佳和白天嗜睡是其主要症状。研究发现OSAHS与中风、冠心病等多种疾病存在相关性,对人体健康具有较高的危害。对于该疾病,临床上普遍使用标准多导睡眠仪作为检测方式,但其缺点是需要高昂的使用费用并且会对患者造成心理负担。近年来,便携式睡眠呼吸监测设备成为该领域的主要发展方向。本文基于热电偶的赛贝克效应,设计了一种基于柔性衬底的阻塞性呼吸暂停监测传感器,通过测量呼吸时的温度变化,来实现对呼吸信号的监测。该传感器的优点在于其携带方便、经济性好、对人体友好和没有心理负担等。本睡眠呼吸监测传感器基于塞贝克效应和传热学原理进行了方案设计。传感器在结构上隔离了热电偶热端与冷端温度,热电偶热端深入鼻腔内部来监测呼吸时的冷热气流变化,冷端通过电极引脚引出而保持环境温度,由此形成温差电动势,并可以通过电路转化为呼吸信号。随后对传感器进行物理建模,通过有限元仿真,分别对不同热电偶厚度和柔性薄膜厚度情况下的传感器性能进行比较,并结合实际工艺,针对传感器的结构进行优化处理。最后通过MEMS工艺进行了传感器的制作,并设计检测电路来得到实际信号。实测的结果表明正常呼吸曲线与呼吸暂停曲线存在明显不同。正常呼吸时,呼气阶段传感器测得的电势信号上升,吸气阶段传感器测得的电势信号下降,曲线整体会呈现不断上升又下降的波浪形。而呼吸暂停时,电势信号会下降90%以上,并呈现出无序的波动状态。依据电势信号的改变可以对呼吸状态做出判断。因而能够得出结论,本论文设计睡眠呼吸监测传感器可以完成对阻塞性睡眠呼吸暂停综合征的初步诊断。
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