CN107530008B - 传感器单元 - Google Patents

Abstract

一种可被用于同时测量意在确定有机体血液动力学参数的压力和测量人体组织阻抗的装置中的传感器单元。附着到人体表面的该装置的传感器单元包括具有凹部的基部，在该凹部中固定有压力传感器的压电元件。该单元还包括柔性薄膜，该柔性薄膜安装在基部上并覆盖上述凹部。第一和第二电极附接到薄膜的外表面。第一电极与凹部相对地安装并且能够与薄膜一起移动。第二静电极形成在第一电极周围。在第一电极和压电元件之间安装有中心支撑件。第一和第二电极被安装成能够与人体表面接触，并且用于测量阻抗的上述传感器的电引线连接到第一和第二电极。由此，提供了尺寸减小的传感器单元。而且，改进了传感器的操作稳定性和灵敏度。

Description

传感器单元

技术领域

本发明涉及医学领域，具体地，本发明涉及用于诊断目的的测量，更具体地，本发明涉及用于识别人体血液动力学参数的压力测量和人类组织阻抗的测量。

背景技术

近来，越来越多的用于诊断在自然行为过程中的人类状态的装置被开发出来。诊断是通过使用若干个传感器进行的，这些传感器监测各种人类生命体征，包括血液动力学参数和人体组织的阻抗。

监测系统的各种方法和实施例是已知的，其中不同的传感器用作单独的装置。

例如，申请US2004039254(2004年2月26日公布，IPC A61B05/00)描述了一种监测装置，其包括各种传感器，这些传感器可以安装在附接到前臂的装置中。该装置可以包括单独地制造的身体组织阻抗传感器和用于测量心率的压力传感器。

彼此单独地实施的压力和阻抗传感器的许多其它实施例是已知的。

例如，申请US20070287923(2007年12月13日公布，IPC A61B5/021)描述了安装在人类手腕上并用于体积描记法的压力传感器的实施例。该传感器包括壳体，在壳体中安装有压电元件。能够进行皮肤接触的敏感的可移动元件通过中心支撑件将压力传递给压电元件，从而使所述压电元件弯曲。

用于测量人类皮肤阻抗的传感器的另一实施例可见于申请US20040065158(2004年4月8日公布，IPC G01N1/00)。传感器包括基部，在基部上安装有平环电极；在所述环电极内侧，在同一基部上还安装有第二平带电极，该第二平带电极的宽度远小于其长度。

然而，对于申请人而言，没有在单个单元中组合压力传感器和阻抗传感器的技术方案是已知的。

然而，使用单独的传感器扩大了安装这些传感器的装置的尺寸，并使装置的应用更加复杂。

发明内容

由要求保护的发明实现的技术结果包括通过使传感器单元的尺寸比包含单独的传感器的装置更小而减小传感器单元的尺寸。巧合的是，组合成一个单元的传感器的操作变得更加稳定，同时其灵敏度提高。

传感器单元包括具有凹部的基部，该传感器单元构成与皮肤表面附接的装置的一部分并且包括压力传感器和用于测量皮肤部分的阻抗的传感器，其中压力传感器的压电元件是固定的。该单元还包括柔性薄膜，该柔性薄膜安装在基部上并与所述凹部叠置。第一电极和第二电极附接到薄膜的外表面。第一电极与凹部相对地安装并且能够与薄膜一起移动。第二静电极围绕第一电极。在第一电极和压电元件之间安装有中心支撑件。第一和第二电极对准以允许与皮肤表面接触，并且连接到所述阻抗测量传感器的电输出端。

该传感器单元在结构上集成了压力传感器，例如血压传感器和用于测量人类组织阻抗的传感器，从而可以同时测量上述参数。这样的实施例需要较小的皮肤表面区域来容纳传感器，这是因为压力传感器元件和阻抗传感器元件相互叠置以及传感器元件的最佳几何对准。第二电极围绕第一可移动电极，从而使整个装置压缩在其电极和压力传感器的感测元件的最大可能区域处，该最大可能区域由第一电极代表。所述第一可移动电极代表阻抗传感器电极之一，并且同时具有表示感测皮肤压力并将其传递到压力传感器的压电元件的元件。

传感器单元的实施例提供了增加两个传感器中的每一个传感器的操作稳定性的机会。通过扩大传感器的皮肤接触区域和将两个阻抗传感器电极放置在柔性薄膜上，可以实现这一结果。第一可移动电极在柔性薄膜上的放置确保由薄膜的弹性特性提供的稳定的皮肤接触。静电传感器也安装在由附接到基部的弹性材料制成的薄膜的边缘处。静电传感器下面的弹性薄膜材料可以在电极表面和身体表面之间提供更稳定的接触。

由于传感器单元的给定接触区域内每个传感器的皮肤接触区域最大化，所以传感器的灵敏度增加。

在特定情况下，基部中的所述凹部被容纳柔性薄膜的槽围绕，第二电极附接在该槽上并且附接在所述凹部上方。薄膜的这种定位在技术上更有效，因为它降低了传感器单元的横向尺寸。

此外，薄膜可以以使整个传感器单元防水的方式安装在基部上。

在一个实施例中，可以在薄膜中制成用于第一电极的电输出端的开口。

更具体地，第一电极可以以提供密封连接的方式附接到薄膜，这增加了传感器单元的整体密封性。

在此处，在用于第一电极的电输出端的薄膜中可以制成开口。

薄膜还可以包括用于安装所述中心支撑件的开口。在这种情况下，来自第一电极的压力直接转移到压电元件。

在一个实施例中，柔性薄膜由介电材料制成。

第二电极可以安装成具有将其与第一电极分开的间隙。

更具体地，当传感器是静电传感器时，第一电极的外表面升高超过第二电极的表面上方0.1-3mm。

此外，中心支撑件可以大致安装在压电元件的中心处。

附图说明

现在将参考以下附图材料来描述本发明：

图1示出了传感器单元的截面图，

图2给出了传感器单元的俯视图，

图3示出了基部视图(上视图)，

图4示出了薄膜视图(上视图)，

图5示出了第二电极的视图(上视图)，

图6示出了第一电极的视图(上视图)，

图7示出了中心支撑件的视图(侧视图)。

具体实施例

该装置的传感器单元包括：具有凹部8的基部1(图1、图2和图3)，其中压力传感器的压电元件5安装在凸缘9上；以及安装在基部1上并与凹部8叠置的柔性薄膜2(图1、图2和图4)。薄膜2可以安装在基部上，或者可以在凹部8中胶合到基部。第一电极3和第二电极4附接到薄膜2的外表面(图1、图2、图5和图6)。该两个电极可以胶合到薄膜2。薄膜2在其可移动部分上具有槽16(图1、图4)，这增强了其柔性。这在可移动电极3所安装的部位提供了充分的移动性。可移动电极3胶合到薄膜2上。薄膜和电极的胶合提供了传感器单元的整体性并使其不透水。薄膜2由介电材料制成，例如由基于橡胶的介电材料。薄膜2还包括用于安装静电极4的槽23。第一电极3与槽8相对地安装。第二静电极4围绕第一可移动电极3而被胶合在薄膜2的槽10中。将第二电极安装在薄膜的基于橡胶的材料上提供了第二电极和皮肤之间的接触稳定性。另外，这样的实施例使得传感器单元不透水。

中心支撑件6安装在第一电极3和压电元件5之间。中心支撑件6具有锥形部分(图1和图7)。中心支撑件6的锥形部分被放置在薄膜2的锥形孔15(图4)中，这使得中心支撑件6能够进行紧密配合。中心支撑件6由介电材料制成。阻抗测量传感器的电端子20和21分别连接到第一电极3和第二电极4。压力传感器端子22连接到压电元件5(图1)。第一电极3的端子20穿过薄膜2的开口13(图4)和基部1的开口11(图3)。相应地，静电极4的端子21穿过薄膜2的开口14和基部1的开口12(图3和图4)。当传感器是静电传感器时，第一可移动电极3的外表面升高超过第二固定电极4的表面0.1至3mm，这提供了电极3和4与皮肤的紧密接触，并稳定了压力传感器的功能。

传感器单元可应用于这样的装置，该装置需要关于身体部分的皮肤和皮下层的阻抗的数据，以及例如识别身体的血液动力学参数所需的压力。传感器单元允许固定在人体的各个部位，包括颈椎、胸部和四肢。传感器单元特别适用于可穿戴装置，该可穿戴装置附接到身体的有限的平坦部分，例如手腕。

传感器单元可以通过各种紧固装置(例如带)附接到身体。传感器单元的第一电极3和第二电极4必须以能够与皮肤表面可靠接触的方式进行附接。阻抗传感器的第一电极3和第二电极4与皮肤的接触使得能够使用已知方法测量生物组织的阻抗。第一可移动电极3与皮肤的接触提供了将例如由动脉压变化导致的皮肤脉动从可移动电极传递到薄膜、中心支撑件和压电元件5的可能性，使得压力传感器的操作成为可能。

工业应用

压力传感器单元具有简单的方案，在技术上是有效的。传感器单元可用于医学和健康监测中使用的各种监测装置，原因在于其尺寸小、防水性好、并且其压力和阻抗传感器的灵敏度高。

Claims (11)

1.一种设置在身体上以用于诊断测量的传感器单元，所述传感器单元包括：

压力传感器和用于测量身体部分的阻抗的传感器；

传感器单元包括具有容纳压力传感器的压电元件的凹部的基部和安装在基部上并与该凹部叠置的柔性薄膜；

设置在柔性薄膜的外表面的第一电极和第二电极，第一电极与凹部相对地定位并且能够与薄膜一起移动，第二电极是不可移动的并且围绕第一电极；

设置在第一电极和压电元件之间的中心支撑件；以及

第一电极和第二电极被设置成允许与身体的皮肤接触并且联接到用于测量阻抗的传感器的电端子。

2.根据权利要求1所述的传感器单元，其中第二电极设置在凹部上方的柔性薄膜上。

3.根据权利要求1所述的传感器单元，其中柔性薄膜气密地安装在基部上。

4.根据权利要求3所述的传感器单元，其中薄膜包括用于第一电极的电输出的开口。

5.根据权利要求1所述的传感器单元，其中第一电极气密地附接到柔性薄膜。

6.根据权利要求5所述的传感器单元，其中柔性薄膜包括用于第一电极的电输出的开口。

7.根据权利要求5所述的传感器单元，其中柔性薄膜包括用于中心支撑件的开口。

8.根据权利要求1所述的传感器单元，其中柔性薄膜由介电材料制成。

9.根据权利要求1所述的传感器单元，其中第二电极和第一电极通过间隙分开。

10.根据权利要求1所述的传感器单元，其中第一电极的外表面升高超过第二电极的表面上方0.1mm至3mm的范围。

11.根据权利要求1所述的传感器单元，其中中心支撑件设置在压电元件的中心处。

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