专利名称：信号测量系统、电传导信号的方法和信号电缆的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号测量系统、电传导信号的方法和信号电缆。
背景技术：
采用信号电缆将信号从诸如探测器、传感器或传声器的源传送至诸如信号处理单元或预放大器的负载。所述信号电缆必须能够在不向信号添加任何干扰或噪声的情况下传送信号，因为干扰或噪声可能改变信号的幅度、频率或任何其他特性。换言之，在信号电缆的一端输入的信号及其特性应当与在信号电缆的相对端输出的信号及其特性相同。在信号电缆中的信号传送过程中可能添加到信号当中的噪声源之一是摩擦电。摩擦电效应是一种材料可能因摩擦或擦到另一材料上而变得带电的电学现象。由于(例如)对信号电缆的操纵或者由于与信号电缆连接的源或负载的移动而引起的信号电缆的移动将 导致信号电缆的机械应力，例如，弯曲、压缩或拉伸，其将影响信号电缆的内部几何结构。这可能在信号电缆中引起摩擦电效应，在这种效应下，将产生电荷，该电荷将在原始信号上产生额外的干扰信号，其可能对原始信号的信噪比具有显著影响。另一噪声源是电缆中的各条导线之间的、导线和屏蔽件之间的或者导线和电缆的周围环境之间的耦合电容值的变化。变化的电容值能够导致电荷，因而向原始信号添加噪声。另一噪声源是由于电缆移动而引发的导线或屏蔽件的电阻变化。而且，由运动或加速度引发的绝缘体材料的磁导率或磁化率的变化也可能向原始信号增加噪声。此外，电缆的移动能够相对于周围环境改变其位置，并通过这种方式改变磁导率或磁化率，其同样会向原始信号增加噪声。除了因电缆移动而生成的噪声之外，其他源也可能因引入额外的噪声而影响信号电缆中的信号，例如，电磁干扰。例如，在监测患者的生理信号时，重要的是在患者监测器输出端取得原始生理信号。在这一患者监测中采用的信号电缆的任何移动都将在信号电缆中引起与原始生理信号混合或添加到其中的噪声信号，从而影响原始生理信号的信噪比。尤其是就佩戴着诸如用于测量血氧饱和度的脉搏氧饱和度仪的生理信号检测单元的移动患者而言，信号电缆受到诸如弯曲、拉伸的移动的作用，从而在附着至信号检测单元的信号电缆中诱发摩擦电效应或其他效应，进而向原始信号增加了噪声。对于这些不固定患者的监视而言，通过小而轻便的电池操作诸如脉搏氧饱和度仪装置的小移动监测系统，所述电池需要低功率使用，从而提闻电池的寿命。US 2007/0252606A1公开了一种半导体测试设备中采用的三轴电缆。所述三轴电缆包括中央信号导体，通过该导体从测试设备向屏蔽探头传输测试信号。所述中央信号导体被第一电介质层围绕，而第一电介质层又被导电涂层或色散层包围。所述导电涂层或色散层夹在第一电介质层和导电防护层之间，以降低摩擦电效应。在测试操作中，将所述防护层驱动到与所述中央信号导体相同的电势上，从而消除所述防护层和所述中央层导体之间的电容。相应地，消除了寄生电容。这一电缆设计有效地减少了摩擦电效应，因而提高了电缆的功耗。
发明内容
本发明的目的在于降低由信号电缆的移动或者诸如电磁干扰的在信号电缆中诱发噪声信号的其他噪声源导致的噪声对信号质量的影响，与此同时又不会提高功耗或功率损失。这一目的是通过根据本发明的信号测量系统实现的，其中，所述系统包括-用于检测原始信号的信号检测单元，-信号处理单元，-用于使所述信号检测单元与所述信号处理单元电连接的信号电缆，所述信号电缆包括
-用于将第一信号从所述信号检测单元电传导至所述信号处理单元的信号导体，所述第一信号至少包括所述原始信号；以及-参考导体，仅用于检测由信号电缆的移动或者电磁干扰诱发的噪声信号，并将其电传导至所述信号处理单元。所述信号电缆传导诸如电流信号的电信号，并将这些信号从电缆的一端传输至所述电缆的相对端。将所述信号电缆一端连接至信号源，即信号检测单元，将所述信号电缆的相对端连接至信号负载，即，所述信号处理单元。所述信号导体传导的第一信号至少包括原始信号，所述原始信号是由所述信号检测单元检测或测量的，并被用于进一步的信号处理和信号分析。理想地，所述第一信号不应受到噪声污染，因而只携带原始信号。但是，实际上在大多数情况下所述第一信号除了包括原始信号之外还包括由(例如)所述电缆的移动或电磁干扰导致的噪声信号。根据本发明的参考导体提供了对由噪声源引起的噪声信号的简单测量，例如，所述噪声源是信号电缆的移动或者对参考导体的电磁干扰。通过这种方式，有可能在不提高功耗的情况下对噪声信号进行补偿，由此提高信噪比，例如，作为一种替代的方式，可以通过提到电流水平来提高信噪比，而这种方式就会提高功耗。所需的电功率的降低还能够延长对测量系统供电的电池的工作时间。由此，能够降低对电池更换或充电的频率，其能够使所述测量系统更加实际、更加经济友好，并提高其作为移动装置的实用性。电缆的移动将在电缆中诱发促使噪声信号生成的摩擦电效应等等。因而，可通过参考导体获得噪声信号，从而将其用于信号处理单元对信号的进一步处理。所述参考信号能够检测到信号电缆的移动，因为假设电缆发生了移动，例如，产生了弯曲或拉伸，那么将在参考导体中生成由(例如)摩擦电效应诱发的信号噪声。所述参考导体还将拾取其他也会被信号导体拾取的噪声源，例如，电磁干扰。所述测量系统，尤其是信号检测单元优选是由电池供电的。例如，所述信号检测单元可以选自由下述选项构成的组合脉搏氧饱和度仪、非侵入式血压检测器(NIBP)J^度传感器、脑电图仪(EEG)、呼吸率检测器、子宫收缩检测器、胎儿超声波检测器和心电图仪(ECG)0所述信号检测单元优选是脉搏氧饱和度仪。在优选实施例中，所述信号处理单元适于从由所述信号导体传导的第一信号和所述参考导体传导的噪声信号提取所述原始信号。所述电缆的移动不仅会在参考导体中诱发噪声信号，还会在信号导体中诱发噪声信号。因而，所述信号导体中的第一信号包括组合信号，所述组合信号包括所述原始信号和所述噪声信号。通过信号导体将所述组合的原始信号和噪声信号输送给信号处理单元，通过参考导体将所述噪声信号单独输送给所述信号处理单元。这些输入使得信号处理单元能够提取原始信号。例如，通过模拟控制电路执行对噪声信号的补偿。在优选实施例中，所述原始信号是患者的生理信号。在这一实施例中，所述信号测量系统是监测采用(例如)传感器测得的有关患者的生理信号的患者监测系统。具体而言，因任何理由被监测的每个人都将被理解为患者，例如，运动员、健康人、老人。生理信号的例子为脉搏、血氧饱和度、血压、体温、神经元的电活动(EEG)、呼吸率、子宫收缩(Toco)、胎儿超声波和/或心肌的电活动(ECG)。在优选实施例中，参考导体的电和几何特性与信号导体的电特性和几何特性类似。在这一实施例中，信号导体和参考导体的电特性和几何特性以使电缆移动而诱发的噪声信号在这两导体内相似的方式而类似。所述信号导体和参考导体的表征电特性和几何特性之间的差异应当是可忽略的，从而使两导体内的噪声信号表现出良好的相似性，并且具有可忽略的差异。所述导体的电特性和几何特性可以通过(例如)导体本身的尺寸、导体的 材料以及任何屏蔽件的尺寸和材料来表征。优选地，通过检查信号电缆的截面不会区分出哪一个导体是信号导体，哪一个导体是参考导体。而且用于两导体的材料应当是相同的。换言之，两导体的电特性和几何特性应当表现出这样的相似性，从而使参考导体的由电缆移动诱发的噪声信号反映信号导体中的由电缆移动诱发的噪声信号。在另一优选实施例中，信号导体包括由第一屏蔽件包围的第一和第二信号导线，所述参考导体包括由第二屏蔽件包围的第一和第二参考导线，所述第一参考导线在所述参考导体的一端经由端接器连接至所述第二参考导线。这一实施例提供了双线信号传送，其中，参考导体具有信号导体类似的构造，其电特性和几何特性也类似，从而使电缆移动产生的噪声信号在两导体中相同。所述端接器可以是高阻抗或低阻抗装置，例如，电阻器、电短路或断路夹。端接器的类型的选择取决于将要补偿的效应。采用高阻抗装置作为所述端接器，从而主要对摩擦电噪声做出补偿。在该情况下，参考引线起着与电容器类似的作用，该电容器由摩擦电噪声进行充电。在优选实施例中，所述信号测量系统还包括基于参考导体的噪声信号控制原始信号的测量的控制器单元。通过这种方式提供了一种反馈环，其中，可经由参考导体获得的噪声信号是测量原始信号的信号检测单元的控制器单元的输入。优选将所述控制器单元配置为基于所述噪声信号，例如，通过使噪声信号与选定阈值进行比较而对测量信号检测单元去激活或激活。具体而言，可以将所述控制器单元配置为，在激活原始信号的测量的情况下开启信号检测单元的一个或多个诸如灯和/或处理器的电子零件、一个或多个完整的信号检测单元或者一个或多个电路部件，在对原始信号的测量去激活的情况下关闭信号检测单元的一个或多个诸如灯和/或处理器的电子部件、一个或多个完整的信号检测单元或者一个或多个电路部件，或者将其切换至备用模式。例如，所述控制器单元可以是上级单元，例如，中央监测单元。例如，所述控制器单元可以通过连接或中断信号检测单元的电源供应而对信号检测单元激活或者去激活。这一目的还通过一种用于通过包括信号导体和参考导体的信号电缆电传导信号的方法，所述方法包括如下步骤-通过所述信号导体电传导至少包括原始信号的第一信号；以及-通过所述参考导体检测并电传导由所述信号电缆的移动或电磁干扰诱发的噪声信号。
在根据本发明的方法的优选实施例中，所述方法还包括通过从第一信号中减去由所述参考导体检测到的噪声信号而从所述第一信号中提取所述原始信号的步骤。所述电缆的移动不仅会在参考导体中诱发噪声信号，还会在信号导体中诱发噪声信号。因而，所述信号导体中的第一信号包括组合信号，所述组合信号包括所述原始信号和所述噪声信号。通过利用已知的信号处理技术从所述作为原始信号和噪声信号的组合的第一信号中减去可单独通过参考导体得到的噪声信号来提取所述原始信号。在根据本发明的方法的优选实施例中，所述方法还包括基于噪声信号控制原始信号的测量的步骤。通过这种方式提供了一种反馈环，其中，可经由所述参考导体获得的噪声信号是用于控制原始信号的测量过程的输入参数，例如，所述测量过程为传感器测量。在优选实施例中，所述控制步骤包括在检测到的噪声信号低于选定阈值的情况下启动对原始信号的测量的步骤。通过这种方式，在电缆几乎不存在移动的情况下执行对原始信号的测量，因而噪声信号低，从而降低噪声信号对第一信号的干扰。这样做提高了原始信号测量的准确度。在另一优选实施例中，所述控制步骤包括在检测到的噪声信号大于等于选定阈值的情况下停止正在进行的原始信号的测量的步骤。通过这种方式，在(例如)电缆的移动不可忽略的情况下不执行原始信号的测量，因为这时噪声信号相对较高，其将导致噪声信号对 第一信号的干扰增大。这一目的还通过电传导信号的信号电缆实现，其中所述信号电缆包括-用于电传导包括原始信号的第一信号的信号导体；以及-仅用于检测和电传导由信号电缆的移动或者电磁干扰诱发的噪声信号的参考导体。根据本发明的参考导体提供了对由(例如)信号电缆的移动导致的摩擦电效应所诱发的噪声信号的简单测量，其无需向参考导体增加任何电压或电流信号，因而不会提高信号电缆中的功耗。因而可通过参考导体单独获得供任何进一步的信号处理之用的噪声信号。所述参考信号能够检测到信号电缆的移动，因为假设电缆发生了移动，例如，产生了弯曲或拉伸，那么将在参考导体中生成由(例如)摩擦电效应或电磁干扰诱发的信号噪声。采用信号电缆传导电信号，例如，电压或电流信号，从而将这些信号从电缆的一端传送至电缆的相对端。例如，所述信号电缆在一端连接至诸如用于检测原始信号的传感器的信号源，所述信号电缆在相对端连接至用于处理测量信号的装置。在所述信号电缆的优选实施例中，所述参考导体的电特性和几何特性与所述信号导体的电特性和几何特性相似。在所述信号电缆的优选实施例中，所述信号导体包括由第一屏蔽件包围的第一和第二信号导线，并且其中，所述参考导体包括由第二屏蔽件包围的第一和第二参考导线，并且其中，所述第一参考导线在所述参考导体的一端经由端接器连接至所述第二参考导线。在所述信号电缆的优选实施例中，所述参考导体还传导第二信号。通过这种方式，不需要任何额外的导体，而且可以利用已经用于另一目的的导体，例如用于传导控制信号的导体。
本发明的这些和其他方面将通过下文描述的实施例变得显而易见，并将参考其得到阐述。在下述附图中图I是根据本发明的信号电缆的实施例的示意性截面图；图2是根据本发明的信号测量系统的实施例的示意性表示；图3是根据本发明的信号测量系统的另一实施例的示意性表示；以及图4是根据本发明的信号测量系统的另一实施例的示意性表示。
具体实施例方式图I示出了根据本发明的信号电缆10的示意性截面图。在这一实施例中，信号电缆10包括由第一屏蔽件3包围的第一信号引线I和第二信号引线2。第一信号引线I和第二信号引线2适于电传导第一信号，其与第一屏蔽件3结合形成了信号导体。所述第一信号可以是任何电信号，例如，幅度作为时间的函数变化的电压信号或电流信号。例如，所述第一信号包括传感器测得的原始信号，必须通过信号电缆10将所述原始信号从传感器传 送至信号处理单元。信号电缆10还包括由第二屏蔽件13包围的第一参考引线11和第二参考引线12。所述第一参考引线11、第二参考引线12和第二屏蔽件13的组合形成了参考导体。参考导体是信号导体的备份，即，第一和第二参考引线具有与第一和第二信号引线I、2相同的尺寸，并且包括与之相同的材料，从而使所述参考导体和信号导体的电特性和几何特性或者尺寸特性所表现出的差异可以忽略不计。这意味着，第一屏蔽件3和第二屏蔽件13应当具有类似的电特性和几何特性，并且所述引线相对于彼此的以及相对于屏蔽件的相对位置也应当表现出最小的差异。所述信号电缆还包括围绕所述信号导体和所述参考导体的第三屏蔽件21。在这一实施例中，信号电缆10还包括用于传送第二信号的第三信号引线31和第四信号引线32。例如，这一第二信号是控制原始信号的测量的信号。例如，在脉搏氧饱和度仪中，所述第三和第四信号引线31、32传输控制照明装置的信号。所述参考导体优选只检测并传导噪声信号，所述噪声信号是在信号电缆10发生移动的情况下，例如，在信号电缆10发生弯曲、拉伸或压缩的情况下由于摩擦电效应而产生的。所述参考导体还拾�。蚨贾钊绲绱鸥扇诺钠渌肷�。所述参考导体优选不传送除了噪声信号以外的其他信号。除了原始信号以外，噪声信号也将存在于信号电缆10内并由其传导。例如，信号电缆10的移动还将在信号导体的第一和第二信号引线1、2中诱发噪声信号。由于参考导体和信号导体之间的特性存在最小的差异，因而所述参考导体和信号导体中的诱发噪声也将显示出最小的差异。因而，所述信号导体传输原始信号和噪声信号的组合，而参考导体则只承载噪声信号。因而参考导体起着因信号电缆10的移动而生成的噪声的参考的作用。参考导体不会提高信号导体的功率使用，因为并没有应用有源补偿技术来降低由于电缆移动而诱发的噪声，相反采用了无源的方式，通过这种方式，参考导体能够仅通过传导由于摩擦电效应生成的噪声信号而检测到诸如信号电缆10的移动的不同噪声源。图2是根据本发明的信号测量系统100的实施例的示意性表示。信号测量系统100包括测量原始信号的信号检测单元41。通过信号导体的第一和第二信号引线1、2将这一原始信号传输至信号处理单元42。例如，信号检测单元41是检测患者的生理信号的传感器，例如，脉搏氧饱和度仪的光电二极管，所述信号处理单元处理从信号导体接收的信号，并且在脉搏氧饱和度仪的例子中由从信号导体接收的信号计算血氧饱和度。在脉搏氧饱和度仪的例子中，采用第三和第四信号引线31、32将信号传送至控制脉搏氧饱和度仪的照明的信号检测器。所述参考导体的参考引线11、12—侧连接至信号处理单元42，并且在相反侧连接至端接器43。为了清晰起见，在图2中没有示出图I所示的屏蔽件，但是应当理解，在这一实施例中也存在第一、第二和第三屏蔽件3、13、21。由(例如)信号电缆10的移动而诱发的噪声信号通过这种方式由参考导体传输至信号处理单元42。因而，信号处理单元42具有可用来做进一步处理的噪声信号。例如，所述信号处理单元利用从参考导体的第一和第二参考引线11、12接收的噪声信号从接收自所述信号导体的第一信号提取原始信号。在脉搏氧饱和度仪的例子中，之后重新从原始信号计算血氧饱和度，其结果将最低限度地受到(例如)摩擦电效应或电磁干扰生成的噪声的影响。图3是根据本发明的信号测量系统200的实施例的示意性表示。信号测量系统200与图2所示的信号测量系统100的区别仅在于，其包括采用噪声信号被用于控制原始信号的测量的反馈环14。出于该目的，所述信号检测单元还包括控制单元(未示出)，其接收噪声信号，并基于所述噪声信号控制原始信号的测量。或者，所述信号处理单元包括控制单元 (未示出)。可以有利地采用基于信号电缆10生成的噪声信号的测量控制启动或停止测量，通过这种方式控制必须在信号处理单元42中进行处理或补偿的噪声量。例如，如果几乎没有电缆移动，那么能够在未在信号电缆10中诱发显著噪声的情况下起动对原始信号的测量。在另一个例子中，如果正在执行测量，并且在一定时间之后信号电缆开始移动，那么控制单元和反馈环14放弃或停止测量，从而避免向信号导体中的原始信号增加太多噪声。—般而言，优选使参考导体只承载噪声信号而不承载任何其他信号，但是在一个实施例中，参考导体可能已经具有了另一种主要用途，例如，编码电阻器或控制引线。图4是根据本发明的信号测量系统300的实施例的示意性表示。信号测量系统300与图3的信号测量系统200的差别仅在于其不包括单独的参考引线11、12。在这一实施例中，采用第三和第四引线31、32作为参考引线。在这种情况下，信号处理单元42将采用不同的处理技术从第一信号中提取原始信号，因为所述第三和第四引线31、32不仅传输噪声信号，还传输其他信号。在脉搏氧饱和度仪的例子中，采用第三和第四引线31、32向所述信号检测装置41传导照明控制信号。尽管已经在附图和上述说明中详细示出和描述了本发明，应当将这样的图示和说明看作是示范性或示例性的，而不是限定性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员将认识到，在不背离权利要求界定的本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员能够想到文中描述的内容的其他实现。相应地，上述说明只是为了举例，而并非意在做出限制。本发明的范围由所附权利要求及其等同要件界定。在互不相同的从属权利要求中陈述某些措施不表示不能有利地采用这些措施的组合。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，单数冠词不排除复数。不应将权利要求中的附图标记推断为限制本发明的范围。
权利要求
1.一种用于測量信号的信号測量系统(100，200，300)，所述系统包括 -用于检测原始信号的信号检测单元(41)， -信号处理单元(42)， -使所述信号检测单元(41)与所述信号处理单元(42)电连接的信号电缆(10)，所述信号电缆(10)包括 -用于将第一信号从所述信号检测单元(41)电传导至所述信号处理单元(42)的信号导体(I，2)，所述第一信号至少包括所述原始信号；以及 -仅用于检测由所述信号电缆(10)的移动诱发的或者由电磁干扰诱发的噪声信号，并且将所述噪声信号电传导至所述信号处理单元(42)的參考导体(11，12)。
2.根据权利要求I所述的信号測量系统(100，200，300)，其中，所述信号处理单元(42)适于从由所述信号导体(1，2)传导的所述第一信号和由所述參考导体(11，12)传导的所述噪声信号中提取所述原始信号。
3.根据权利要求I所述的信号測量系统(100，200，300)，其中，所述原始信号是患者的生理信号。
4.根据权利要求1所述的信号测量系统(100，200，300)，其中，所述參考导体(11，12)的电特性和几何特性与所述信号导体(I，2)的电特性和几何特性相似。
5.根据权利要求4所述的信号測量系统(100，200)，其中，所述信号导体包括由第一屏蔽件(3)包围的第一和第二信号导线(1，2)，并且其中，所述參考导体包括由第二屏蔽件(13)包围的第一和第二參考导线(11，12)，并且其中，所述第一參考导线(11)在所述參考导体的一端经由端接器(43)连接至所述第二參考导线(12)。
6.根据权利要求I所述的信号測量系统(100，200，300)，其中，所述信号測量系统还包括用于基于所述參考导体(11，12)的所述噪声信号来控制所述原始信号的测量的控制器单J Li ο
7.—种经由信号电缆(10)电传导信号的方法，所述信号电缆包括信号导体(1，2)和參考导体(11，12)，所述方法包括如下步骤 -经由所述信号导体(1，2)电传导至少包括原始信号的第一信号；以及 -经由所述參考导体(11，12)检测并电传导由所述信号电缆(10)的移动或由电磁干扰诱发的噪声信号。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括通过从所述第一信号中减去由所述參考导体(11，12)检测到的所述噪声信号而从所述第一信号中提取所述原始信号的步骤。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括基于所述噪声信号控制所述原始信号的测量的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述控制步骤包括在检测到的噪声信号低于选定阈值的情况下启动所述原始信号的测量的步骤。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述控制步骤包括在检测到的噪声信号大于等于选定阈值的情况下停止正在进行的所述原始信号的测量的步骤。
12.一种用于电传导信号的信号电缆(10)，所述信号电缆包括 -用于电传导包括原始信号的第一信号的信号导体(1，2);以及 -仅用于检测并电传导由所述信号电缆(10)的移动诱发的或者由电磁干扰诱发的噪声信号的參考导体(11，12)。
13.根据权利要求12所述的信号电缆(10)，其中，所述參考导体(11，12)的电特性和几何特性与所述信号导体(1，2)的电特性和几何特性相似。
14.根据权利要求13所述的信号电缆(10)，其中，所述信号导体包括由第一屏蔽件(3)包围的第一和第二信号导线(1，2)，并且其中，所述參考导体包括由第二屏蔽件(13)包围的第一和第二參考导线(11，12)，并且其中，所述第一參考导线(11)在所述參考导体的一端经由端接器(43)连接至所述第二參考导线(12)。
15.根据权利要求12所述的信号电缆(10)，其中，所述參考导体(11，12)还传导第二信号。
全文摘要
本发明涉及用于测量信号的信号测量系统(100，200，300)，所述系统包括用于检测原始信号的信号检测系统(41)、信号处理单元(42)以及使所述信号检测单元(41)与所述信号处理单元(42)电连接的信号电缆(10)。所述信号电缆(10)包括用于将第一信号从所述信号检测单元(41)电传导至所述信号处理单元(42)的信号导体(1，2)，所述第一信号至少包括原始信号，所述信号电缆还包括参考导体(11，23)，其仅用于检测由所述信号电缆(10)的移动或者由电磁干扰诱发的噪声信号并将其电传导至所述信号处理单元(42)。通过这种方式，降低了噪声对信号质量的影响，同时又不会提高功率使用或功率损耗，所述噪声是由信号电缆(10)的移动或者其他在信号电缆(10)中诱发噪声信号的诸如电磁干扰的噪声源导致的。
文档编号G01R33/28GK102822682SQ201180017323
公开日2012年12月12日 申请日期2011年3月29日 优先权日2010年4月1日
发明者A·杜比尔钦克, M·施文克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
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