CN106821365A - 一种具有精确采集能力的薄型柔性生物电信号传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有精确采集能力的薄型柔性生物电信号传感器，包括电极、放置电极的电极基座、底板和贴合层，传感器贴合在穿戴设备上，所述的电极基座与底板紧密贴合，电极基座贴合底板的一面设有凹槽，凹槽承载有信号放大电路，底板和贴合层之间设有接地的屏蔽层。整个装置厚度不超过3mm。传感器具有防静电，抗干扰功能，能有效提高生物电信号的连续性，完整性和稳定性。通过将屏蔽层接地处理，可以防止电路被静电击穿。同时，屏蔽层还能对外界的环境噪声干扰起到屏蔽作用。防止由于环境噪声干扰所产生的全频率段噪声影响传感器精准度。电极与电极基座与人体皮肤接触，贴合层用于将整个装置固定在传感器载体上。

Description

一种具有精确采集能力的薄型柔性生物电信号传感器
技术领域
本发明属于传感器领域，涉及柔性生物电信号传感器，尤其涉及一种具有精确采集能力的薄型柔性生物电信号传感器。
背景技术
随着科技的快速进步以及人们生活水平的提高，人们的运动健身意识也日益增强。技术的进步同时促进了运动监测设备的发展。这些监测设备通常使用连接至个体身体某些部位的传感器，通过传感器实时记录个体各部位在运动中与个体的体育运动或者健康相关联的各种物理和/或生理参数，并且提供关于个体体育表现的反馈信息或者为后续的运动健身指导提供物理依据。
常见的生物电信号传感器通常使用普通的导电织物或者导电硅胶作为电极来采集人体表生物电信号。
公告号为CN105326485A的中国专利文献公开了一种柔性传感器及柔性传感器模组。所述柔性传感器至少包括柔性导线以及面料衬底,所述面料衬底包括相对的第一表面和第二表面,所述第一表面用于与生物体接触,所述柔性导线往返穿梭并固定于所述面料衬底的第一表面和第二表面,且位于所述第一表面和第二表面上的所述柔性导线紧密排列且电性接触。
该发明的传感器没有采取静电屏蔽和抗干扰措施，也未设置前置信号放大电路，进行信号采集时易受各类噪声干扰影响，所采信号的信噪比也不高。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种具有精确采集能力的薄型柔性生物电信号传感器，具有防静电，抗干扰功能，能有效提高生物电信号的连续性，完整性和稳定性。
本发明的技术方案如下：
一种具有精确采集能力的薄型柔性生物电信号传感器，包括电极、放置电极的电极基座、底板和贴合层，所述的传感器贴合在穿戴设备上，所述的电极基座与底板紧密贴合，所述的电极基座贴合底板的一面设有凹槽，所述的凹槽承载有信号放大电路，所述的底板和贴合层之间设有接地的屏蔽层。
在上述技术方案中，通过将屏蔽层接地处理，可保护电路，防止静电击穿。同时，屏蔽层还能对外界的环境噪声干扰起到屏蔽作用。防止由于环境噪声干扰所产生的全频率段噪声影响传感器精准度。电极与电极基座与人体皮肤接触，贴合层用于将整个装置固定在传感器载体上。
此外，所述的电极基座上设有与电极形状相匹配且贯穿电极基座的电极槽，所述的电极固定在电极槽内。
本发明进一步的技术方案中，所述的电极包括等距离排列的三个，其中一个为参考电极，另两个为信号采集电极，参考电极放置在两个信号采集电极之间；所述两个信号采集电极的信号输出端通过导线连接所述信号放大电路的输入端，所述的参考电极的信号输出端与穿戴设备上的参考电位点连接。优选的，所述导线为金属纤维。
两个信号采集电极作为两个差分输入端，用于采集肌肉收缩或张弛时所产生的电位差。一个参考电极接参考电势点，参考电极能够有效降低频率为50Hz的工频干扰和传感器与皮肤摩擦所产生的全频率段噪声干扰，提高了传感器的共模抑制能力。同时，参考电极能够过滤，或者消除信号采集电极所获得的差分信号中存在的噪声，为下一级单元的信号处理做出优化。
另外，所述三个电极等距离排列，参考电极位于两个信号采集电极之间，使得参考电极到每一个信号采集电极的距离相等。因此参考电极上所获得的噪声分量与两个信号采集电极上的噪声分量基本一致。通过对三个电极上的信号进行叠加处理，使得下一级电路能够更加精确地去除噪声干扰。
作为优选，所述的电极和电极基座在与人体皮肤相接触的表面设有纹理。纹理状可以增大摩擦，使传感器与人体皮肤不易发生移动，从而保持信号的稳定性，减少由于摩擦产生的噪声干扰。
作为优选，所述的电极采用柔性高分子导电材料制成，包括聚合物、硅树脂、氯丁橡胶或热塑性塑料等亲和人体皮肤且不会对皮肤造成不良影响的材料。同时，所述电极的厚度为0.3～0.5mm。
作为优选，所述的电极基座采用柔性高分子绝缘材料制成，亲和人体皮肤且不会对皮肤造成不良影响，同时，所述电极基座的厚度为1～1.5mm。。
作为优选，所述的底板采用柔性非导电材料制成，将信号部分(电极和信号放大电路)与屏蔽层隔离，同时，所述底板的厚度为0.2～0.3mm。
作为优选，所述的屏蔽层由网状的导电材料构成，导电材料包括但不局限于金属、碳膜、金属或非金属合成物。网状屏蔽层可以消除外界的环境噪声干扰对信号的影响，以及防止静电感应影响电子电路。同时，所述屏蔽层的厚度为0.2～0.3mm。
作为优选，所述的贴合层以纤维或高分子材料制成，所述贴合层通过胶粘合或热压工艺贴合于传感器载体上。高分子材料包括但不局限于织物，尼龙，聚合物等。贴合层也可通过缝制的方式附着在传感器载体上。同时，所述贴合层的厚度为0.2～0.3mm。
作为优选，所述的电极基座与底板之间，底板与屏蔽层之间，以及屏蔽层与贴合层之间均通过胶合或者热压工艺贴合，实现总体厚度不超过3mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的传感器根据载体的需要可以经受反复洗涤和干燥，上述各个组件均由防水耐用的材料组成，再通过胶合、压合或者缝制等其他工艺，严丝合缝地进行组合，确保传感器的防水性和耐用性。传感器的各组成部分均采用薄型结构，使得传感器轻薄易用。传感器内置多个电极，通过差分信号输入与参考信号叠加处理，能够有效地去除噪声干扰。传感器内置的信号放大电路可以以最大不失真的形式将信号放大。同时传感器还能够抗干扰，防静电。通过传感器上的纹理工艺，能够使传感器最大程度地与人体皮肤表面贴合，防止由于滑动而产生的信号噪声。同时传感器和其组件的形状，位置可以根据载体的需要进行制作。
附图说明
图1是本发明传感器的组成图；
图2是本发明微型前置信号放大电路的框图；
图3是本发明不同形状的传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明一种具有精确采集能力的薄型柔性生物电信号传感器作进一步详细说明。
如图1所示，一种具有精确采集能力的薄型柔性生物电信号传感器，外形为椭圆状，包括两个信号采集电极100、一个参考电极101、放置信号采集电极100和参考电极101的电极基座200、底板500和贴合层700。
信号采集电极100和参考电极101均采用柔性高分子导电材料制成，厚度为0.4mm。信号采集电极100和参考电极101的形状大小相同，按照等距离排放，参考电极101放置在两个信号采集电极100之间。电极基座200采用柔性高分子绝缘材料制成，厚度为1.2mm。底板500采用柔性非导电材料制成，厚度为0.2mm，可以用来隔绝电信号。贴合层700以高分子材料制成，厚度为0.3mm，贴合层通过热压工艺贴合于传感器载体上。
底板500和贴合层700之间设有接地的屏蔽层600，屏蔽层600是一层金属网，厚度为0.3mm，用来消除静电影响，且屏蔽电磁干扰。
电极基座200贴合底板的一面设有凹槽，凹槽承载有信号放大电路300，同时设有与电极形状相匹配且贯穿电极基座200的电极槽，信号采集电极100和参考电极101固定在电极槽内。
信号采集电极100、参考电极101和电极基座200在与人体皮肤相接触的表面均设有纹理，用于增大摩擦，使传感器与人体皮肤不易发生移动。
两个信号采集电极100的信号输出端通过导线连接所述信号放大电路的输入端，参考电极101的信号输出端与穿戴设备上的参考电位点连接。电极基座与底板之间，底板与屏蔽层之间，以及屏蔽层与贴合层之间均通过热压工艺贴合。
导线400将信号采集电极100以及参考电极101与放大电路300相连，而且分别作为放大电路300中的信号线和正负电源线，在屏蔽层600中，导线400为接地线与屏蔽层600相连。
如图2所示，信号放大电路300的同相和反相输入端分别接两个信号采集电极100用来获取生物电信号。供电端VCC和VEE通过导线与外部电源相接，输出端OUTPUT通过导线对外输出信号。两个信号采集电极的信号输出端通过导线连接所述信号放大电路的输入端，所述的参考电极的信号输出端与穿戴设备上的参考电位点连接。
如图3所示，是另一种实施例，不同之处在于传感器800的形状为长方形。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有精确采集能力的薄型柔性生物电信号传感器，包括电极、放置电极的电极基座、底板和贴合层，所述的传感器贴合在穿戴设备上；
其特征在于：
所述的电极基座与底板紧密贴合，所述的电极基座贴合底板的一面设有凹槽，所述的凹槽承载有信号放大电路，所述的底板和贴合层之间设有接地的屏蔽层。
2.根据权利要求1所述的薄型柔性生物电信号传感器，其特征在于：所述的电极基座上设有与电极形状相匹配且贯穿电极基座的电极槽，所述的电极固定在电极槽内。
3.根据权利要求1所述的薄型柔性生物电信号传感器，其特征在于：所述的电极包括等距离排列的三个，其中一个为参考电极，另两个为信号采集电极，参考电极放置在两个信号采集电极之间；所述两个信号采集电极的信号输出端通过导线连接所述信号放大电路的输入端，所述的参考电极的信号输出端与穿戴设备上的参考电位点连接。
4.根据权利要求1～3任一所述的薄型柔性生物电信号传感器，其特征在于：所述的电极和电极基座在与人体皮肤相接触的表面设有纹理。
5.根据权利要求1～3任一所述的薄型柔性生物电信号传感器，其特征在于：所述的电极采用柔性高分子导电材料制成，所述电极的厚度为0.3～0.5mm。
6.根据权利要求1或2所述的薄型柔性生物电信号传感器，其特征在于：所述的电极基座采用柔性高分子绝缘材料制成，厚度为1～1.5mm。
7.根据权利要求1所述的薄型柔性生物电信号传感器，其特征在于：所述的底板采用柔性非导电材料制成，厚度为0.2～0.3mm。
8.根据权利要求1所述的薄型柔性生物电信号传感器，其特征在于：所述的屏蔽层由网状的导电材料构成，厚度为0.2～0.3mm。
9.根据权利要求1所述的薄型柔性生物电信号传感器，其特征在于：所述的贴合层以纤维或高分子材料制成，厚度为0.2～0.3mm，所述贴合层通过胶粘合或热压工艺贴合于传感器载体上。
10.根据权利要求1所述的薄型柔性生物电信号传感器，其特征在于：所述的电极基座与底板之间，底板与屏蔽层之间，以及屏蔽层与贴合层之间均通过热压工艺贴合。
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