CN102525439A

CN102525439A - 一种柔性多点脉搏传感器装置

Info

Publication number: CN102525439A
Application number: CN2012100346034A
Authority: CN
Inventors: 相建南
Original assignee: WUXI IPRECARE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUXI IPRECARE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明涉及一种医疗装置和监测技术，尤其涉及一种使用电容式传感器阵列的脉搏检测装置。本发明提供了一种电容传感器，包括：柔性基板；固化在柔性基板上的由传感元件形成的第一电极；由金属材料与纤维材料编织而成的第二电极；所述第一电极与第二电极交叉的部分形成电容感应单元。本发明还提供了一种柔性多点脉搏传感器装置，包括数据线，还包括：如上所述的电容传感器；安装于柔性基板上的模数转换装置。本发明的有益之处在于之间其优点结构简单，灵敏度高，由因为使用柔性材料，可以方便的将本装置与腕式手表型医疗器械表带整合，具有舒适、方便、灵活特点，并且制造成本低。

Description

一种柔性多点脉搏传感器装置

技术领域

本发明涉及一种医疗装置和监测技术，尤其涉及一种使用电容式传感器阵列的脉搏检测装置。

背景技术

脉搏是人体的重要参数之一，可以反映压力、放松、生理状况等参数，对脉搏的测量对了解人体的健康状况很有帮助。中医技法中的“切”就是关于诊脉的技术。西方医用的脉搏测量装置已经有几百年的历史，随着科技的进步，特别是传感器技术的发展，使用传感器进行脉搏等身体参数的测量带来了相比于以往更多的便利，可以实现测量装置的小型化、测量数据的精确化，进而把检测装置和计算机技术结合起来，可以实现检测数据的形象化。传感器是一种将压力、电位、电流等物理量转化成可识别的电信号，从而可以进行数据测量的装置。传感器主要有电阻式传感器、压电式传感器、和电容式传感器三种，这三种传感器均可用在检测心跳或其他人体参数装置上。现有技术中，使用电阻式传感器测量的精确度不高。使用压电式传感器的装置，精确度高，但是难以将传感器单元微小化，从而实现检测装置的便携化。虽然通过使用半导体制造工艺，利用压电元件和半导体应变计形成的压敏二极管或压敏晶体管作为压力传感器, 能够实现微细化，但其制造成本较高并且制成的传感器为刚性体，不具有柔性，因此难以实现弯曲等变形，所以不适用于需要柔性的应用场合。和电阻式和压电式元件相比，使用电容元件作为的传感方式的优点在于结构简单，

三种不同类型的传感器具体比较结果如下表所示：

特点	电容式	电阻式	压电式
				最大范围	好	好	好
敏感度	优	差	好
				最小单元尺寸	好	优	差
可重复性	优	差	好
				温度稳定性	优	优	差
设计的敏感性	优	优	好

各种压力传感器的比较

以传感器测定动脉压力变动是公知技术，技术手段为通过将传感器单元放置人体动脉表面上，通过感受动脉带来张力变化来测定血管内的压力状态。动脉直径通常为1.2mm-3.5mm，为了能够精确的检查到动脉引起的压力变化，需要将传感器尽量覆盖在动脉的上方。单体面积大的传感器容易实现这个目标，但是带来的副作用是与之适应的装置不容易实现小型化，且使用时舒适度差。更重要的是动脉内压力分布是随着血管延伸的方向有所变化，用单体大面积传感器无法精确确定上述的动脉内压力分布变化的。为了能更精确检测压力分布的细微之处，而且满足检测装置的小型化的要求，可以采用单体尺寸微小的传感器，这样更适于检测沿着动脉延伸方向的微小的压力变化。对于使用微型传感器元件来检测动脉压力，因为每个单体传感器尺寸小，为了保证测量位置的准确性（保证传感器单元位于动脉之上），通常将微型的传感单元在与动脉的延伸方向上大致正交的排列多个，这种排列方式会保证至少某一个传感元件在测量时，配置在动脉的上面。

中国专利申请号：200510083261的文献公开了一种使用电容传感器，利用张力法原理测定脉搏张力的装置，具体来说用在与动脉的延伸方向大致正交的方向上配置微小的多个传感元件的压力传感器测定动脉内压。该装置包括上部电极、下部电极、底座构件，底座构件具有在上部电极和下部电极之间起支撑的功能。电极由铜箔制成，垫片由硅橡胶制成。上部电极和下部电极交叉排列，其中重叠的部分形成作为传感元件的电容元件。使用时，将手腕放入带有电容传感器的检测装置中，保证动脉位置位于传感器单元的下方，按压检测装置使得传感器紧贴皮肤，从而动脉内压的变化引起传感元件的电容元件之间的电压变化，通过检测这种变化可以计算出动脉内压的变化情况。

该专利的问题在于，由于传感器元件与支撑件的质地、大小形状限制，该检测单元较大、质地较硬，而且使用时需要主动按压施加压力，造成用户使用上的不便与不舒适感觉，使用这种传感器单元的检测装置体积较大，不易携带。而且该专利所提出的折线型的传感器，单元的信号与面积比值（S/A）较小，精度容易受噪音信号的影响，因此不能满足后期计算分析的要求。

为了满足用户随时随地方便的监测自身生理指数，特别是动脉内压的需求，需要实现检测装置的小型化，便携化和高精度，同时使用时具有舒适、易用的特点。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种使用柔性电容传感器阵列的多点脉搏传感器装置，具有结构简单和生产成本低、测量结果的精确、稳定性高等优点，且适用于如手表表带等柔性结构的。使用柔性传感器阵列进行脉搏测量的方法与装置，具有准确稳定的检测脉搏压力的能力，同时与腕式表型医疗装置配合，可以实现随时随地方便的监控动脉压力等生理数据，使用方便。

本发明首先提供了一种制造柔性电容传感器的方法，包括的步骤为：

将规则排列的柔性传感元件固化在柔性基板（FPCB）上，形成电容传感器的第一电极。

将金属丝/箔与纤维材料混编，形成与第一电极相对的电容传感器的第二电极；

该方法进一步包含将两端电极连接、固定的步骤。

其中，所述形成第二电极的金属丝/箔成网状交叉排列。

本发明还提供了一种电容传感器，包括：

柔性基板（FPCB）；

固化在柔性基板上的由柔性传感元件形成的第一电极；

由金属材料与纤维材料混编形成与第一电极相对的第二电极；

所述第一电极与第二电极交叉的部分形成电容感应单元。

所述第一电极包含规则排列的m个电容元件，m是大于等于2的自然数。

所述形成第二电极的金属丝/箔与纤维材料编织成网状。

所述柔性基板上设有至少一个连接、固定装置。

本发明还提供了一种柔性多点脉搏传感器装置，包括数据线，其特征在于，还包括：

如上所述的电容传感器；

安装于柔性基板上的模数转换装置。

所述第一电极的区域面积为20mm x15 mm。

所述柔性基板宽度为18mm。

本发明的有益之处在于其优点结构简单，灵敏度高，由因为使用柔性资料，可以方便的将本装置与腕式手表型医疗器械表带整合，具有舒适、方便、灵活特点，并且制造成本低。

附图说明

附图1 为电容传感器的原理图。

附图2 为本发明的传感器装置示意图。

附图3 为本发明的传感器装置的第二电极的平面以及侧面示意图。

附图4 为本发明的实施方式1的第一电极的示意图。

附图5 为本发明的实施方式2的第一电极的示意图。

附图6 为本发明的实施方式3的第一电极的示意图。

附图7 为本发明的实施方式4的第一电极的示意图。

具体实施例

本发明所利用电容传感器检测动脉内压力是基于电容的基本电性质，如附图1所示，电容的两电极被长度为d空气间隙分隔，如果空气间隙减少，电容C上升，反之，电容C下降。基于此原理，将电容传感器应用于脉搏的检测上，首先使用一种制作新型电容传感器的方法：将带有作为电极材料与纤维材料混编作为电容的一极，布料可以作为与人体接触的触觉垫。将固着于柔性基板柔性电容元件通过校准成阵列状配置作为电容的另一极，和与纤维材料混编的金属等电极材料相对配合组成电容传感器，两者电容元件交叉的部分形成电容感应单元，这些电容感应单元将用于检测电容量的变化。当将此种传感器装置固定在人体手臂上，其中含有电极的纤维材料接触人体表面，且将柔性基板上的传感器阵列大致放于动脉上方。当动脉内压会压缩布料，从而改变柔性电容器之间的距离，电容感应单元两级之间电势发生变化。通过检测这种电势变化，将电势的变化信号通过模拟数字转换器转换成数字信号发送到腕式手表医疗装置，进行进一步的分析处理，就可以检测到相应的动脉内压力等人体参数。目前，通过现有的制造技术可实现柔性传感器的可靠性及灵敏度，另外本发明所具有的柔性特点易于实现舒适的、可伸展的、工业化的及其它混合传感器的混合设计。

实施例1

本实施例是将本发明应用在腕式表型医疗设备的实施方案。其中传感器装置方面，如附图2所示，包含柔性基板（FPCB）（1）、固着于柔性基板（1）上的第一电极（2）、模拟数字转换器（3）。以及如附图3所示的包含第二电极的布料。柔性基板（1）用来承载第一电极（2）与模数转换装置（3），并与表型医疗设备的表带固接。模塑的柔性电容元件阵列组成的第一电极（2）固着于柔性基板（1）上，所述固着在柔性基板上第一电极（2），由M（M是大于等于2的自然数）个柔性电容元件排成阵列；本实施例中第一电极在与动脉方向大致平行的方向延伸排列，其每个电容元件的宽度在1mm-2mm之间，两个电容元件之间的距离为0.1-0.3mm。如此的安排能够保证在动脉的上方必定有至少一个电容元件，从而保证测量的精确性。柔性基板的一端安装有模数转换器（3），其型号为AD7147，用于收集电容传感器发来的模拟信号，并将此模拟信号还转换成数字信号通过数据线（4）传输到表型医疗装置。柔性基板（1）上可设有至少一个的连接、固定装置（5），用于连接、固定柔性基板以及第一电极与包含第二电极的布料。

附图3所示为第二电极的一种排列方法，作为电极材料的金属丝或箔编织成网状；再与纤维材料混编在一起，成为第二电极。因为纤维材料的存在起到的间隔作用，使得第一电极和第二电极之中存在间隙。所述第一电极与所述第二电极交叉的部分形成电容感应单元。

本例中传感器装置的最低工作电压为3.3V，最大工作电流为1mA。所述柔性电容元件为12个排成阵列，其区域面积为20mmx15mm。柔性基板宽度为18mm，大致与表带的宽度相适应。整个传感器装置固着在腕式表型医疗设备的表带上，通过数据线从腕式表形医疗设备取电与接收指令，当接收到医疗设备的开始指令之后，传感器开始工作，收集并传送数据，当腕式表形医疗设备发出停止指令，对传感器装置的供电停止，则装置停止检测。

实施例2

在本实施例中，部件的型号与材料与实施例1相同，不同之处在于，如附图5所示，组成第一电极的电容元件单元在与动脉垂直的方向上延伸平行排列，第一电极每个电容元件单元的宽度仍然为1mm-2mm之间，长度方面相对于实施例1适当延伸，电容元件单元之间的间隔可以适当扩大，这样的排列方式可以保证动脉上方同时存在多个电容元件单元。

实施例3

在本实施例中，部件的型号与材料与实施例1相同，不同之处在于，如附图6所示，组成第一电极的电容元件单元相对于柔性基板底边成45度平行排列，这样的排列方式可以保证动脉上面有至少1个电容元件单元起作用。这种方式的优点是两个电容元件单元之间的空隙可以稍微大一些，便于设计、生产和操作。

实施例4

在本实施例中，部件的型号与材料与实施例1相同，不同之处在于，如附图7所示，组成第一电极的电容元件单元以2mm x 2 mm 的正方形排列成矩阵形式，单元之间的距离同样为0.1-0.3mm，这样的好处在于可以提高S/A（Signal to Area）的比率。并且能提供更好地测量精度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应带指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围,如传感器尺寸的改变。

Claims

1.一种柔性电容传感器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

将规则排列的柔性传感元件固化在柔性基板（FPCB）上，形成电容传感器的第一电极；

将金属丝/箔与纤维材料混编，形成与第一电极相对的电容传感器的第二电极。

2.如权利要求1所述的一种柔性电容传感器的制造方法，其特征在于，包含将两端电极连接、固定的步骤。

3.如权利要求1所述的一种柔性电容传感器的制造方法，其特征在于，形成第二电极的金属丝/箔成网状交叉排列。

4.一种电容传感器，其特征在于，包括：

柔性基板（FPCB）；

固化在柔性基板上的由柔性传感元件形成的第一电极；

所述第一电极与第二电极交叉的部分形成电容感应单元。

5.如权利要求4所述的电容传感器，其特征在于，第一电极包含规则排列的m个电容元件，m是大于等于2的自然数。

6.如权利要求4所述的电容传感器，其特征在于，形成第二电极的金属丝/箔与纤维材料编织成网状。

7.如权利要求4所述的电容传感器，其特征在于，所述柔性基板上设有至少一个连接、固定装置。

8.一种柔性多点脉搏传感器装置，包括数据线，其特征在于，还包括：

具有如权利要求4、5、6、7所述的电容传感器；

安装于柔性基板一端的模数转换装置。

9.如权利要求8所述的柔性多点脉搏传感器装置，其特征在于，所述第一电极的区域面积为20mm x15 mm。

10.如权利要求8所述的柔性多点脉搏传感器装置，其特征在于，所述柔性基板宽度为18mm。