CN108370645A - 生物感测服装 - Google Patents

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sensing clothes
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M·E·努尔卡
T·杜蒙
P·福蒂埃-泊松
A·贝格里切
P·拉泽米
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Abstract

在本文中描述的实施例一般涉及可穿戴电子生物感测服装。在一些实施例中，一种装置包括生物感测服装和多个电连接器，电连接器机械地紧固到生物感测服装。多个印刷电极布置在生物感测服装上，其每个经由对应的导电通路电联接到多个电连接器中的对应的一个上。装置还可以包括细长构件，该细长构件包括导电构件，该导电构件以弯曲图案联接到多个弹性构件并且配置成当细长构件拉伸时从第一构造改变为第二构造。从第一构造到第二构造的改变可以导致导电构件的电感的改变。

Description

生物感测服装
相关申请的交叉参考
本申请要求提交于2015年11月2日的题为“Conductive Elastic Band forWearable Electronic Applications”的美国临时申请No.62/249,721的优先权和权益，其公开内容在此以全文引用的方式并入本文。
本申请还要求提交于2015年11月20日的题为“Electrode System for WearableElectronic Applications”的美国临时申请No.62/258,338的优先权和权益，其公开内容在此以全文引用的方式并入本文。
本申请还要求提交于2015年12月1日的题为“Printed Electrodes”的美国临时申请No.62/261,465的优先权和权益，其公开内容在此以全文引用的方式并入本文。
本申请还要求提交于2015年12月8日的题为“Biosensing Garment”的美国临时申请No.62/264,580的优先权和权益，其公开内容在此以全文引用的方式并入本文。
本申请还涉及提交于2016年8月31日的题为“Systems and Methods forMonitoring Respiratory in a Biosensing Garment”的国际专利申请No.PCT/CA2016/051034，其公开内容在此以全文引用的方式并入本文。
背景技术
目前，可穿戴消费电子产品或“智能服装”的使用正在兴起。生物感测服装(可穿戴电子产品的子集)设计成与服装的穿戴者交互，并且确定例如穿戴者的心率、呼吸速率、活动水平、身体位置等的信息。此种特性可以经由传感器部件测量，所述传感器部件接触穿戴者的皮肤并从穿戴者的身体接收信号。通过这些传感器部件，信号被传输到一个或多个传感器和/或微处理器以用于转导、分析等。然而，如今市场上许多生物感测服装的缺点在于它们没有实现可接受的信号质量(例如，信号太嘈杂)。而且，许多生物感测服装包含笨重的电子硬件、电线和其它部件，其使得穿戴者感到不舒服。如此，普遍需要具有改进的性能和/或穿戴更舒适的生物感测服装。
发明内容
在本文中描述的实施例一般涉及可穿戴电子生物感测服装。在一些实施例中，一种装置包括生物感测服装和多个电连接器，所述多个电连接器机械地紧固到生物感测服装。多个印刷电极布置在生物感测服装上，所述多个印刷电极中的每个经由对应的导电通路电联接到多个电连接器中的对应的一个上。所述装置还可以包括细长构件，所述细长构件包括导电构件，所述导电构件以弯曲图案联接到多个弹性构件并且配置成当细长构件拉伸时从第一构造改变为第二构造。从第一构造到第二构造的改变可以导致导电构件的电感的改变。
附图说明
图1是根据实施例的生物感测服装的示意性框图。
图2A示出了根据实施例的生物感测服装及其内部部件的前视图。
图2B示出了图2A的生物感测服装的另一前视图，其中隐藏了内部部件。
图2C示出了适用于图2A的生物感测服装的细长构件。
图2D示出了进行了标记的图2A的生物感测服装的另一前视图。
图2E示出了根据实施例的在附接到带之前的带调节器的剖视图。
图2F示出了根据实施例的在附接到带之后的图2E的带调节器的剖视图。
图2G示出了根据实施例的组装后的带调节器的透视图。
图2H示出了图2F的组装后的带调节器的平面图。
图3示出了图2A的生物感测服装的后视图，该图示出了其内部部件。
图4A至图4D示出了根据实施例的组装过程。
图5A至图5C示出了根据实施例的组装过程。
图6A示出了根据实施例的示例性的组装后的电极组件的平面图和剖视图。
图6B还示出了根据实施例的示例性的组装后的电极组件的平面图和剖视图，其包括粘合层。
图7A至图7C示出了根据实施例的组装/折叠过程。
图8A示出了根据实施例的电连接器的布置。
图8B示出了根据实施例的组件，所述组件包括导电通路、电连接器、电极阵列和细长构件。
图9A示出了根据实施例的生物感测服装的内部网状衬里和模制罩杯。
图9B示出了图9A的内部网状衬里，其上缝制有外部衬里织物。
图10示出了图9A至图9B的生物感测运动胸罩的最终外部视图，其包括胸带弹性体。
图11示出了根据实施例的具有双工字背构造(double racerbackconfiguration)的生物感测服装的后视图，并且示出了支撑轴。
图12是根据实施例的导电带的示意性框图。
图13示出了根据实施例的导电带的平面图。
图14示出了根据实施例的导电带的平面图。
图15是图14的导电带的细节图。
图16A是根据实施例的层压到衬底的导电带的剖视图。
图16B是根据实施例的粘合到衬底的导电带的剖视图。
图16C是根据实施例的缝合到衬底的导电带的剖视图。
图17A是根据实施例的已经被引导通过衬底中的一系列狭缝的导电带的透视图。
图17B是图17A的导电带和衬底的侧视图。
图18A是根据实施例的已经通过一系列环固定到衬底的导电带的透视图。
图18B是图18A的导电带和环“L”的侧视图。
图19A是根据实施例的布置在衬底上的通道结构内的导电带的透视图。
图19B是图19A的导电带和通道的端视图。
图20是根据实施例的布置在服装或其一部分内的导电带的剖视图，其中导电带的一部分暴露在服装的表面处。
图21A至图21C是根据一些实施例的层压到衬底的导电带的剖视图。
图22是根据实施例的布置在织物管内的导电带的剖视图。
图23示出了根据实施例的铆钉电极的构造。
图24示出了根据实施例的铆钉电极的构造。
图25示出了根据实施例的铆钉电极的构造。
图26示出了根据实施例的铆钉电极的构造。
图27示出了根据实施例的铆钉电极的构造。
图28A示出了根据实施例的包括电极阵列的生物感测服装。
图28B示出了图28A的生物感测服装的一部分的外部视图。
图28C示出了图28A的生物感测服装的一部分的内部视图。
图28D是图28A的生物感测服装连接器的图。
图28E是图28A的生物感测服装连接器和肩带电极的图。
图29示出了根据实施例的包括电极构造的生物感测服装的外部视图。
图30A示出了图29的生物感测服装的内部视图。
图30B示出了图29的生物感测服装的另一内部视图。
图30C示出了图29的生物感测服装的又一内部视图。
图31示出了根据实施例的包括卡扣电极构造的生物感测服装的内部视图。
图32示出了根据实施例的包括铆钉电极构造的生物感测服装的内部视图。
图33是图32的生物感测服装的侧视图。
图34是图32的生物感测服装的另一侧视图。
图35是根据实施例的多个三电极(例如，卡扣盖和/或铆钉)电极阵列以及所述电极阵列与生物感测服装连接器的卡扣盖端子相应的对应关系的示意图。
图36示出了根据实施例的电极支承衬底的剖视图。
图37示出了根据实施例的经由连接点连接的电极和导体的平面图。
图38示出了根据实施例的经由连接点连接的电极和导体的平面图。
图39示出了根据实施例的与导体部分地重叠的电极的平面图。
图40示出了根据实施例的电极支承衬底的剖视图。
图41示出了根据实施例的电极支承衬底的剖视图。
图42示出了根据实施例的电极支承衬底的剖视图。
图43示出了图42的电极的平面图。
图44示出了根据实施例的电极支承衬底的剖视图。
图45示出了根据实施例的电极支承衬底的剖视图。
图46示出了根据实施例的电极组件构造。
图47示出了根据实施例的与电极重叠的实心框架的平面图。
图48A至图48F示出了根据一些实施例的实心框架形状的示例。
图49示出了根据实施例的与电极重叠的穿孔框架的平面图。
图50示出了根据实施例的与电极重叠的图案化框架的平面图。
具体实施方式
可穿戴电子产品(例如生物感测服装(以及制造其的电子纺织品))经受到与传统电子系统不同的机械应力。例如，生物感测服装在穿衣、脱衣服和穿戴期间(例如，在穿戴者的身体活动期间)可能被拉伸。这种拉伸可能导致嵌入在生物感测服装的表面内和/或固定到所述表面上的导体和/或传感器元件的变形。结果，可穿戴电子产品在仅使用一段有限的时间后性能往往会受到损害。另外，设计用于接触穿戴者皮肤的生物感测服装电极在活动期间通常易于移位，从而导致不一致的信号强度和/或断断续续的信号可靠性。由于高的皮肤电极阻抗、对运动伪影的敏感度以及较差的信噪比，因此在生物感测应用中使用的现有的基于纺织品的电极也可能在其性能上受到限制。
在本公开中，描述了包括改进的导体和电极构造的生物感测服装，其导致改进的信号质量、耐用性和可靠性。本文描述的一些实施方式包括可伸缩的基于金属的电极系统、基于碳的电极系统、或在干燥环境和潮湿环境两者中(例如，在存在汗的情况下)均能克服与其它基于纺织品的电极通常相关的缺点的构造。本文描述的实施例实现了增加的设计灵活性、用于信号检测的增加的测量表面积、增加的冗余度、对运动伪影的增加的抵抗性、增加的灵活性以及对身体形状变化的适应性。本文描述的生物感测服装可以包括用于各种应用的功能性(例如心电图(ECG)、肌电图(EMG)、阻抗呼吸描记术(IP)或呼吸感应体积描记术(RIP))，以用于例如从ECG信号(例如来自心率变异性(HRV)或R峰值振幅(即，ECG的R波偏转中的最大幅度))导出呼吸率。本公开的导体和电极可以集成到任何类型的服装/纺织品或其它生物感测组件中。本文描述的电极可以直接连接至任何类型的导电通路，例如导线、编织导电线路、和/或导电弹性带等。
在本文中描述的实施例一般涉及可穿戴电子生物感测服装。在一些实施例中，一种装置包括生物感测服装和多个电连接器，所述多个电连接器机械地紧固到生物感测服装。多个印刷电极布置在生物感测服装上，每个印刷电极经由对应的导电通路电联接到多个电连接器中的对应的一个上。所述装置还可以包括细长构件，所述细长构件包括导电构件，所述导电构件以弯曲图案联接到多个弹性构件并且配置成当细长构件拉伸时从第一构造改变为第二构造。从第一构造到第二构造的改变可以导致导电构件的电感的改变。
在其它实施例中，装置包括生物感测服装和多个电连接器，所述多个电连接器机械地紧固到生物感测服装。在一些此种实施例中，铆钉或卡扣电极的至少一个阵列(例如，构造、集群、和/或布置等)经由导电通路电联接到多个电连接器中的对应的一个上，并且电极阵列的每个铆钉或卡扣电极机械地紧固到生物感测服装。所述装置还可以包括细长构件，所述细长构件包括以弯曲模式联接到多个弹性构件的导电构件，所述导电构件配置成当细长构件拉伸时从第一构造改变为第二构造。从第一构造到第二构造的改变可以导致导电构件的电感的改变。
现在转到图1，其示出了根据实施例的生物感测服装的示意性框图。具体地，生物感测服装110包括将一个或多个电极130电连接至多个相应的电连接器140的一个或多个导电通路120。一个或多个细长构件150也可选地连接到多个电连接器140的相应的电连接器。生物感测服装110可以包括衬衫、乳罩(例如，如本文进一步讨论的“运动胸罩”，例如参考下面的图2A至图2C)、短裤、内裤、臂套或腿套、夹克/外套、手套、臂带、头带、有边帽/无边帽、衣领、腕带、长袜、短袜、鞋或任何其它可穿戴服装或其部分、或尚未塑造为可穿戴形式的织物片段。在一些实施例中，一个或多个导电通路120是导电弹性带，所述导电弹性带例如包括基本上彼此平行设置并且通过一个或多个导电和/或非导电细丝彼此机械联接的多个弹性细丝，所述导电和/或非导电细丝围绕弹性细丝编织或织造。在其它实施例中，附加地或可选地，一个或多个导电通路120包括一根或多根导线、导电线路、金属化物、印刷导体、和/或导电层压件(laminate)等。导电通路的示例包括如本文中进一步详细公开的一个或多个导电带。在一些实施例中，电极130是丝网印刷、喷墨印刷、转印、升华印刷、移印、涂布、转印涂布、喷涂或挤出到生物感测服装的表面上的电极。例如，电极130可以由一种或多种导电油墨、导电浆料和/或导电涂层或其任何组合形成。适用于形成电极130的油墨可以是基于银、碳或石墨烯的。换句话说，导电油墨可以包括颗粒(例如，微粒和/或纳米颗粒)、薄片、丝线、细丝等。在一些实施例中，电极130包括导电聚合物。在其它实施例中，每个电极130是包括多个电极的阵列，所述多个电极的阵列机械地固定到生物感测服装上，例如，通过卡扣盖(snap-cap)、按压配合或穿过生物感测服装的织物其它类型的连接进行固定，可选地所述其他类型的连接还包括层压或粘结剂层和/或缝合，如下面更详细讨论的。电极阵列的每个此种电极可以包括铆钉、卡扣盖、插口(socket)、销、触头(stud)、接线柱(post)(例如S形弹簧、环形弹簧、叉形)、和/或盖按钮等。如本文所定义的，“电极阵列”是成任何构造的多个单独电极，其中多个电极中的电极可以均匀或不均匀地间隔或分布。在一些实施例中，电极130包括电极的二维布置，其可以是对称或不对称的。在一些实施例中，电极130包括电极的一维布置，其可以是单行或列。在一些实施例中，电极130是电极的三维布置。每个电极可以包括金属，例如黄铜、不锈钢或任何其它金属或其它材料，其是生物相容(即，可以安全地布置在生物感测服装的穿戴者的皮肤上)、低变应原和/或不会引起过敏的。电极130的电极可以全部是相同类型的，或者可以包括本文所述的电极的任何组合。合适的电极和电极阵列的示例在本文的部分中进一步详细公开。在一些实施例中，无论是包括电极阵列还是单个电极的电极130均经由单个/公共导电通路电联接到电连接器140中的相应的一个。电连接器140共同地包括/限定生物感测服装连接器区域，例如其配置成与发射器或其它通信或测量设备交互(例如，以测量和/或处理经由生物感测服装收集的生物信号)。电连接器140的每个连接器可以包括铆钉、卡扣盖、插口、和/或销等，并且多个电连接器可以包括全部为相同类型的连接器或其任何组合。
可选的一个或多个细长构件150可以包括RIP传感器，所述RIP传感器例如包括导电构件，所述导电构件以弯曲模式机械联接(例如，通过编织、织造、针织、扭曲、折叠、缠绕、编造、粘结或任何其它附接方法)到多个弹性构件，导电构件配置成当细长构件拉伸时从第一构造改变为第二构造，从第一构造到第二构造的所述改变导致导电构件的电感的改变。细长构件的示例可以在题为“Systems and Methods for Monitoring Respiration in aBiosensing Garment”的国际申请PCT/CA2016/051034中找到，其在此以引用方式并入本文。在一些实施例中，细长构件不包括在生物感测服装110中。在一些实施例中，一个细长构件包括在生物感测服装110中。在一些实施例中，多个细长构件包括在生物感测服装110中。每个所述细长构件150例如经由RIP传感器的导电构件电联接到电连接器140的相应的对上(即，电联接到多个电连接器140中的两个)。在一些实施例中，电连接器140的每个连接器电连接到生物感测服装的仅一个部件(即，连接到电极130或连接到细长构件150)。
在一些实施例中，生物感测服装110包括三个ECG电极阵列，每个ECG电极阵列包括直径约9mm的三个圆形铆钉。铆钉连接到导电通路120，导电通路包括约6mm宽的编织导电弹性带，编织导电弹性带用4根弹性单纤维丝和双股X-Static纱线(即，银包覆(silver-clad)的聚合物纤维)或任何其它导电细丝(例如，金属包覆的细丝、股线、纱线等)编织。
在一些实施例中，使用4根弹性体细丝和5股导电线编织导电通路120。在5股导电线中，1股用于横跨导电通路120的宽度以将弹性体细丝结合在一起，并且4股用于在弹性体纤维周围缝合或编织。在其它实施例中，使用8股导电线代替5股导电线，其中4股用于横跨导电通路120的宽度以将弹性体细丝结合在一起并获得改进的覆盖率和更高的导电率/更低的电阻，并且其中4股用于在弹性体纤维周围缝合或编织。在其它实施例中，弹性体细丝可以用一根或多根导电纤维(例如银纤维)缠绕。
在一些实施例中，如下文更详细描述的，生物感测服装110是具有附接到生物感测运动胸罩的胸带的ECG和/或呼吸(例如，RIP)传感器的生物感测运动乳罩(或“运动胸罩”)。
图2A示出了根据实施例的生物感测服装210及其内部部件的前视图。具体地，图2A示出了生物感测运动胸罩210，其具有可调节肩带；多个网状增强区域；多个电连接器240(例如共同限定“生物感测服装连接器区域”，该区域配置成接收发射器或其它通信或测量设备/与发射器或其它通信或测量设备交互)；两个电极阵列230，每个电极阵列经由对应的导电通路220电连接到生物感测服装连接器区域240(即，电连接到生物感测服装连接器区域的单个对应连接器)；以及细长构件250。图2B示出了图2A的生物感测服装的另一前视图，其中隐藏了内部部件。图2C示出了适用于图2A的生物感测服装中的细长构件250(包括例如包含热塑性聚氨酯“TPU”的附接材料254)。图2D示出了图2A的生物感测服装的另一前视图，其标记出了网状区域(网状覆盖层214、网状侧部片216、网状排气口218)和带调节器212硬件。根据实施例，可以省略图2D中所示的一个或多个网状区域。此外，尽管图2D中的网状区域示出为布置在胸罩罩杯之间和所述胸罩罩杯之下，但是也可以设想其它构造。例如，一个或多个网状区域可以布置在生物感测运动胸罩210的任何区域中(例如，布置在全部或部分胸罩罩杯上、在背侧上和/或在胸带上等)。
图2A至图2C的生物感测运动胸罩包括胸带，其具有足够宽度(即，如图2A至图2C所示的竖向尺寸)(例如，大约2英寸)以容纳多个感测元件(即，细长构件250和电极阵列230/导电通路220)以及多个电连接器240。对于此种设计，其中感测元件设置在带内，生物感测运动胸罩的上部部分可以自由地改变并且独立于(或不干扰)生物感测技术/元件。尽管可能需要2英寸宽的胸带以容纳一些硬件的构造/集合，和/或2英寸宽的胸带可能足以容纳一些硬件的构造/集合，但是具有其它硬件构造(例如，涉及不同数量和/或尺寸的硬件部件)的实施例可以提出、允许或需要使用更窄或更宽的胸带。
胸带在背部具有钩环紧固件(参见例如图3)，其包括三个钩的排和相应的三个环的排以允许调节带的松紧度。可调节性使得带可以灵活地进行调整以用于训练中的不同强度和/或用于不同的身体形状和尺寸。可调节性对于确保带足够紧密地配合以赋予期望的压缩水平，使得电极与皮肤形成/建立良好的电接触也是重要的。在压缩水平太低的情况下，在较高强度的运动中，电极可能容易产生噪声，其可能遮蔽ECG信号。在一些实施例中，当在胸罩侧面(参见图2B中的圈出的区域)处在胸带下方进行测量时，保持穿戴者的高舒适度和良好的信号质量(甚至在高强度运动中)的优选的压缩水平约15mmHg。在一些实施例中，生物感测服装配置成在穿戴者上施加高于15mmHg(例如，约20mmHg)的压缩力，而不影响舒适性。穿戴者对压缩的敏感性可能是主观的，并且因此，不同用户的合适/期望的压缩水平可以变化。
如图2A至图2H和图3所示，ECG电极阵列230中的两个及其相应的导电通路220布置在胸带的前部部分上：一个靠近连接器区域，以及一个在最右侧(从穿戴者的角度)。第三ECG电极阵列230(例如，接地电极阵列)及其对应的导电通路可以设置在胸带的背部部分上，与连接器区域相对接近(参见图3)。尽管传统的心率监测器通常在胸部上具有彼此非常接近地布置的两个ECG电极，但此种电极布置会降低信号检测的可靠性。电极在穿戴者胸部上越彼此靠近，R峰值振幅越低，使得将目标信号与噪声区分变得更加困难，并且可能需要信号放大和/或附加的信号处理。为了增加在本文中描述的系统中的R峰值振幅，正面电极尽可能彼此远离地布置在生物感测服装上，并因此在使用期间在尽可能远地分开的距离上与使用者的胸部接触。在一些实施例中，第一电极阵列配置成使得接触穿戴者的皮肤的第一侧表面(或者靠近穿戴者的皮肤的第一侧表面的表面)，并且第二电极阵列配置成使得接触穿戴者的皮肤的与第一侧表面基本相对的第二侧表面(或远离穿戴者的皮肤的第一侧表面的表面)。在一些实施例中，第一电极阵列配置成使得接触穿戴者的皮肤的第一内侧表面(或者靠近穿戴者的皮肤的第一内侧表面的表面)，并且第二电极阵列配置成使得接触穿戴者的皮肤的与第一内侧表面基本相对的第二内侧表面(或远离穿戴者的皮肤的第一内侧表面的表面)。可以选择第一电极阵列和第二电极阵列之间的距离，使得可以在所有尺寸的胸罩中使用相同的电极阵列布置，从而显著地降低制造复杂性。
细长构件250(例如，呼吸/RIP传感器)布置在胸带的前部部分上的2个导电通路(例如，导电弹性体、导电线路等)之间，并且部分地覆盖前胸部区域。
图2A至图2D的生物感测运动胸罩的前部(或第一侧部)包括中心的网状片覆盖层214(例如，应用为在“本体”织物或“同料”织物(self fabric)的顶部上的覆盖层)、以及在下胸围区域(即，胸部区域下方的区域)的中心的前部处的网状排气口218、以及细长网状侧部片216，所述细长网状侧部片各自从中心的前部的网状排气口延伸至生物感测运动胸罩的相应的侧部部分。下胸围的网状区域可以成形为使得其增加对下胸围区域的支撑和稳定性和/或成形(例如弯曲)作为美学元件。生物感测运动文胸的前部也具有稍微V形领口。在一些实施例中，生物感测运动胸罩的所有边缘通过收边(binding)来完成，所述收边包括柔性弹性收边和/或由“本体”织物自身形成的收边。本文所述的网状排气口可以配置成增加生物感测服装的水分蒸发速率或“透气性”(与不包括网状排气口的服装相比)。本文描述的网状覆盖层可以配置成增加生物感测服装的稳定性和/或支撑(与不包括网状覆盖层的服装相比)。
如本文所用，术语“织物”可以指棉花、聚酯、莱卡、斯潘德克斯弹力纤维、竹、戈尔特克斯纤维、尼龙、聚丙烯、天丝纤维、羊毛、X-Static或任何其它人造或天然纺织品、或适合用于生物感测应用和/或高性能运动服装的衬底。
生物感测胸罩可以包括模制/装填的胸罩罩杯，其被缝合或以其它方式固定到内部网状衬里，并且因此“完全集成”。完全集成的罩杯可以配置成为大多数形式的锻炼(例如，高强度运动，例如跑步)提供足够的物理支撑的水平(例如，“中等”支撑)。尽管完全集成，但罩杯不需要被移除以进行清洗，并且它们在清洗过程中不会被折叠或弄皱，而是保持它们的形状(例如，比不固定罩杯或可移除罩杯更有效)。不同尺寸的罩杯可以用于不同的乳房大小，例如，A、B、C、D等。在一些实施例中，例如因为它们不可以在衬里内四处移动，完全集成的罩杯配置成提供比不固定罩杯更大的生物力学支撑。在一些实施例中，生物感测胸罩可以包括可移除垫(例如，不同尺寸的可移除垫等)。
生物感测胸罩210的带可以通过使用热粘结热塑性(例如热塑性聚氨酯“TPU”)膜将多个层粘合在一起来构造，并且所述带中的一个或两个带可以在前部(如图2A至图2D所示)或在后部包括调节元件/机构212，所述调节元件/机构连接到钩，所述钩附接到生物感测胸罩本体上(生物感测胸罩“本体”包括罩杯、一个或多个网状件、覆盖层等)。例如，在一些实施例中，带调节器212由“同料”织物212A和作为粘合剂的热塑性粘结剂膜212B的分层结构构造，使得具有膜的织物折叠在其自身下方，如图2E的剖视图所示。例如，使用其它热塑性粘结剂膜212E、缝合212C和/或焊接将带调节器212附接到带212F上，留下部分带调节器未结合，从而形成开口212D(例如，具有约10mm的长度)以使钩穿过，如图2F的剖视图所示。在一些实施例中，每个开口大约10mm宽，并且具有大约5至10mm长度的结合区域布置在开口之间。结合区域的长度可以根据特定的实施方式而变化，并且可以在整个带调整器上是均匀的，或者可以变化。带调节器可以包括多个开口，例如4个或5个，或者高达7个或8个，以增加带中可调节性的范围。图2G和图2H分别示出了带调节器212的透视图和平面图。图2H示出了示例性的钩和插入带调节器212的方向(由箭头表示)。
将生物感测胸罩配置成使得调节元件/机构布置在生物感测胸罩的前部中允许了穿戴者在穿戴胸罩时容易地调节带。钩调节器可以调节带的松紧度以增加或减少支撑水平，并更好地适应不同的乳房尺寸和身体形状。而且，当调节元件/机构布置在生物感测胸罩的前部时，穿戴者能够仰卧而不会使钩压抵她的身体。此种设计优选于传统的胸罩，传统胸罩具有布置在背部的带上的金属钩或滑块，这可能给穿戴者带来疼痛，例如当仰卧时。
在某些应用中可能需要更高水平的支撑，例如，在高强度或高冲击运动中(例如跑步)。结合的带(bonded strap)构造允许使用/组合不同的材料，使得可以实现具有有限弹性水平的带。例如，可能期望生物感测胸罩的带的低弹性，使得带配置成更安全且可靠地支撑乳房的重量。在一些实施例中，在使用期间，带在带的配置成布置在穿戴者的肩上的位置处大约3cm宽，以允许比较窄的带提供更高水平的支撑、舒适性和稳定性。比起较窄的带，较宽的带将带支撑的乳房的重量分布到更宽的区域，从而减小单位面积施加的压力以及穿戴者感知的肩上的压力。
图3示出了图2A的生物感测服装的后视图，该图示出了其内部部件。具体地，图3示出了布置在胸带的下部区域内/上的电极阵列230、以及包括工字背形状的网状增强区域的工字背服装构造。
图4A至图4D示出了根据实施例的组装过程。具体地，热粘结剂TPU/阻挡层322围绕导电通路320(例如，导电弹性体)折叠，使得其包覆导电通路的区段的两侧。TPU 322包括多个基本上方形的窗口“W”和限定在其中的相应的多个较小的基本上圆形的窗口“w”(尽管也可以设想其它形状和相对尺寸)，其中电极阵列的电极(例如铆钉)穿过所述窗口，使得每个所述电极与导电通路电接触。TPU 322围绕导电通路320折叠(如图4B所示)，使得方形窗口“W”和圆形窗口“w”彼此对准。在一些实施例中，随后在导电通路320中限定开口“O”(例如，对应于圆形窗口“w”的尺寸/形状，如图4D所示)，使得其它连接器的一个或多个铆钉可以更容易地布置在其中。在一些实施例中，在折叠TPU 322之前在导电通路320中限定多个孔，并且然后折叠TPU 322使得方形窗口“W”与圆形窗口“w”以及导电通路320的孔彼此对准。在一些实施例中，较大的孔布置在组件的其中铆钉的底部穿过导电弹性体的侧部上。
图5A至图5C示出了根据实施例的组装过程。在图5A至图5C的每一个中，上部图像示出了通过使顶部织物半透明时的顶部织物下方的组件的元件，并且下部图像示出了顶部织物不透明时的上部图像的组件。具体地，图5A示出了导电通路420(例如，导电弹性体)，其例如在将胸带弹性体附接到(例如服装的)织物部分之前经由Z字形缝合固定到胸带弹性体。还设想了将导电通路附接到胸带弹性体的其它方法，例如粘结和/或其它缝合模式。在一些实施例中，导电通路420不固定到或仅部分固定到胸带弹性体。导电通路420被热粘结剂TPU/阻挡层422部分包覆，并且线性电极阵列的三个电极430(例如，铆钉)中的每一个附接到TPU包覆的导电通路(例如，如图4A至图4D中所述)。在图5B中，TPU层的第一端部(以及层压在其中的导电通路)经由已经沿第一方向折回的(例如，服装的)外部织物部分下方的线性缝合422A固定到胸带弹性体，以及在图5C中，TPU层的第二端部(以及层压在其中的导电通路)经由已经沿第二方向折回的(例如，服装的)织物部分下方的线性缝合422B固定到胸带弹性体。也可以设想附接TPU/导电通路的其它方法，例如粘结剂和/或其它缝合模式。
图6A示出了根据实施例的示例性的组装后的电极组件的平面图和剖视图。如图所示，导电通路520被基本上矩形的热粘结剂TPU/阻挡层522部分地包覆，并且线性电极阵列的三个电极530(例如，铆钉)中的每一个附接到TPU包覆的导电通路(例如，如图4A至图4D中所述)。TPU层的所有四条侧边(两条长边和两条短边)均经由线性缝合固定到2英寸的弹性带。如剖视图所示，铆钉530的第一端部(例如，“头部”)布置在(例如，服装或其部分的)织物的第一表面上，并且铆钉的第二端部(例如，“尾部”)布置在弹性带附近。铆钉的轴穿过织物的第一表面、折叠的TPU 522的两个层和导电通路520(例如，导电弹性体)。在铆钉电极530的位置中，(从图6A中的顶部到底部)的层是：铆钉头部、织物的第一区段/层(例如，织物的围绕弹性带和/或导电通路折叠的区段，并且铆钉轴穿过其中)、TPU的第一区段(例如，TPU的围绕导电通路折叠的区段，并且铆钉轴穿过其中)、导电通路520(铆钉轴穿过其中)、TPU的第二区段(铆钉轴穿过其中)、铆钉尾部、弹性带、以及织物的第二区段/层(例如，织物的围绕弹性带和/或导电通路折叠的区段)。图6B示出了根据实施例的又一示例性的组装后的电极组件的平面图和剖视图，其包括图6A中所示的层，但仅包括沿着包覆TPU的短边的缝合，并且还包括粘合层624(例如另一TPU)，所述粘合层布置在TPU的包覆导电通路的第一区段与织物的第一区段/层之间。通过将组件的一部分直接结合到织物上，包覆TPU的长边被同时结合到铆钉下方的弹性带上。
图7A至图7C示出了根据实施例的组装/折叠过程。具体地，图7A示出了细长构件750，所述细长构件750包括联接到三个弹性构件753的导电构件752，所述导电构件752具有弯曲/锯齿图案，所述细长构件750具有固定到其上并间隔开的TPU 754的两个区段。在TPU的两个区段之间示出了虚切割线。在图7B中，三个弹性构件中的两个已经沿切割线进行切割，并且细长构件在平面内折回到自身上(在弯曲部“B”处)，使得导电构件形成连续的、基本上U形的路径，并且细长构件的第一区段布置成与细长构件的第二区段基本平行(并且在一些实施例中处于镜像构造)。换句话说，细长构件的第一区段的弹性构件平行于细长构件的第二区段的弹性构件。TPU的两个区段部分地重叠。在图7C中，TPU 756的另一更大区段布置在平行的细长构件区段的一部分的顶部上以及重叠的TPU区段的顶部上，并且经由两个纵向线性长度的缝合部固定到胸带弹性体、织物或其它衬底上(尽管也设想了其它附接方法，例如粘合和/或其它缝合模式)。在一些实施例中，当细长构件拉伸时，细长构件(例如，呼吸传感器、RIP传感器、IP传感器等)配置成从第一构造改变为第二构造(例如，使得导电构件从第一模式改变到第二模式)。从第一构造到第二构造的改变可以导致导电构件的电感的改变。
图8A示出了根据实施例的电连接器840(即，统称为“生物感测服装连接器区域”)的布置。在一些实施例中，本文描述的导电通路经由不锈钢卡扣(例如，包括S形弹簧插口和隐藏盖，或“卡扣盖”)在胸罩左侧上的连接器区域处(从穿戴者的角度)连接到连接器A、B和C。盖可以包括不锈钢、黄铜或任何其它合适的(即生物相容的)材料。连接器可以布置在连接器基座上，所述连接器基座包括多层热粘结剂TPU膜和/或柔性但不可拉伸的PET膜，使得实现期望水平的支撑、增强和绝缘。在5个卡扣中的每一个的插口和盖之间，可以插入/设置导电带的区段(例如，圆形区段)以确保隐藏盖和附接到其的导电通路(例如导电弹性体、线路(trace)、导线等)之间的适当电连接。例如，导电带环可以在按压卡扣之前插入隐藏盖的金属板和导电通路之间。
连接器D和E可以连接到沿胸罩胸带的前侧延伸或围绕其环绕的(looped around)细长构件(例如，RIP/呼吸传感器)。细长构件可以是可伸缩带，其通过布置成正弦形状的导电线或细丝编织。细长构件可以部分地附接到胸带弹性体，例如，通过用于将细长构件结合到胸带弹性体的TPU片/条。TPU片/条还可以进一步缝合以确保与胸带弹性体的连接。可以使用与上述相同的卡扣(不锈钢S形弹簧插口和隐藏盖)将细长构件连接到连接器D和E。在卡扣D和E的插口和盖之间，可以插入/布置薄PET膜的层(例如，环)以例如在连接时(例如，在组装期间)将细长构件和/或细长构件的导电构件固定成紧紧地抵靠卡扣底板。另选地或附加地，为了进一步确保电连接，可以在卡扣的插口和盖之间插入导电粘结带环(例如，使得导电构件夹在卡扣盖和导电粘结带环之间，并且导电粘结带环附接到PET环的下部/内部表面)。在此种构造中，部件按照以下顺序布置：卡扣盖、导电构件、导电粘结带、PET膜环。
完整的胸带弹性体(例如，包括一个或多个集成传感器(细长构件850)、导电通路850、电极阵列830和/或连接器，如图8B所示)可以固定(例如缝合或以其它方式附接)到生物感测服装本身，或者胸带弹性体可以与生物感测服装成集成。
在一些实施例中，从连接器D测量的处于其折叠状态的细长构件的长度为大约30cm(例如，30.5cm)。细长构件的整个长度因此大约是该长度的两倍(即，大约60cm、或61cm)。在一些实施例中，处于其折叠状态的细长构件的长度横跨穿戴者的大约半个周长，使得细长构件在折叠之前的总长度大约为穿戴者的全部周长(例如，整个胸围)。如此，使用相同的硬件并且利用基本上相同水平的可靠性和信号检测，本文描述的实施例可以实现与横跨穿戴者(例如其胸部)的整个周长的传感器中可以实现的传感器参数和一个或多个电阻值基本上相同的传感器参数和一个或多个电阻值。
图9A示出了根据实施例的生物感测服装910的内部网状衬里和模制罩杯的轮廓。生物感测运动胸罩910的前部衬里可以包括两层。“内部”衬里插入在“本体”和“外部”衬里之间。内部衬里是开放的网状(“弹力网(powermesh)”)，其中衬垫罩杯可以缝合到其上。内部衬里还增加了对胸罩的支撑和稳定性。外部衬里是面向皮肤的层，其包括封闭的网状结构和在中心前部处的网状排气口。由于内部衬里是开放的网状结构，因此允许湿气蒸发通过织物。外部衬里也具有网状结构，但是其比内部衬里更紧密/密度更高(孔不太明显，但在织物拉伸时变得更为可见)，但其仍然允许比实心编织物更高的水分蒸发速率。例如，沿着连结顶部部分和底部部分的接缝，将带状修饰物(trimming)缝合到前部衬里的顶部部分。此种构造通过降低可拉伸性来增加下胸围处的稳定性，起到“胸托(underwire)”的作用，但不会增加塑料或金属胸托的体积，如果胸托没有良好地适配到胸部则塑料或金属胸托可能会导致不适或疼痛。可以缝合带，使得其在到达侧接缝之前终止，从而不会使接缝厚重(其中在穿戴胸罩时厚重的接缝可能以其它方式导致压力或疼痛)。图9B示出了图9A的内部网状衬里，其上缝制有外部衬里织物。图10示出了图9A至图9B的生物感测运动胸罩910的最终外部视图，其包括胸带弹性体。
图11示出了根据实施例的具有双工字背构造的生物感测服装1010的后视图，并且示出了支撑轴。生物感测运动胸罩1010的背面由双层工字背构成。具有工字背形状的内部层(即面向皮肤的层)由本体织物(例如，“同料(self-fabric)”织物或与用于生物感测服装的外部织物的相同织物)制成。外部层(也具有工字背形状)由网状织物构成。外部网状层在两侧处都布置在身体织物下方并连接到侧接缝。两个层连接在侧接缝处以及领口和肩部处。这使得两个层可以独立运作以在运动过程中提供动态支撑，并且还适应不同的身体形状和尺寸。两个层的重叠在两侧处为生物感测运动胸罩提供了支撑和稳定性。因为两个重叠的工字背层具有不同的形状，所以它们通过从两个不同的方向拉动来支撑胸部，并且充当“支撑轴线”或“支撑矢量”，从而将胸部的重量分布到更大的区域并更动态地支撑胸部。部分或全部服装边缘可以通过收边来完成，所述收边为软弹性体收边或由“本体”织物自身形成的收边。
导电通路(导电带)
如本文所述，一个或多个导电通路120是导电弹性带，例如包括基本上彼此平行设置并且通过一个或多个导电和/或非导电细丝彼此机械联接的多个弹性细丝，导电和/或非导电细丝围绕弹性细丝编织或织造。在其它实施例中，附加地或可选地，一个或多个导电通路120包括一根或多根导线、导电线路、金属化物、印刷导体、和/或导电层压件等。导电通路的示例包括一个或多个导电带，如下面详细描述的。
本文描述的实施例一般涉及可穿戴电子应用，其包括一个或多个导电带。在一些实施例中，导电带包括一根或多根导电细丝(或纤维、丝线、纱线、导线等)和通过导电细丝机械地结合在一起的多个弹性构件。在一些实施例中，弹性构件彼此分离。换句话说，弹性构件可以彼此不同或不联接，直到添加导电细丝使得从而形成导电带。如此，导电细丝可以被认为既用作电导体又用作将导电带保持在一起的结构元件。在一些实施例中，弹性构件基本上彼此平行。导电带具有第一主纵向表面和第二主纵向表面。在一些实施例中，第二主纵向表面与第一主纵向表面相对。在一些实施例中，联接到弹性构件以形成导电带的导电细丝布置成使得导电细丝将导电性赋予第一主纵向表面和第二主纵向表面两者。
在本文描述的一些实施例中，适合用于可穿戴电子应用的导电弹性带或“导电带”配置成用作导体(以传输信号)和/或用作应变传感器(以检测例如运动或呼吸)。导电带也可以用作电极以检测例如来自穿戴者的皮肤的心电图(ECG)信号和肌电图(EMG)信号的信号。在一些实施例中，导电带是至少部分地由一个或多个弹性构件和一根或多根细丝(或纤维、丝线、纱线、导线等)制成的弹性带，其中一根或多根细丝中的全部或部分是导电的(例如，X-Static纤维和/或任何合适的导电材料，例如不锈钢镀覆材料、其它类型的金属包覆材料等)。导电细丝可以编织、织造、针织和/或以其它方式联接到弹性构件以形成复合导电带。例如，导电细丝可以围绕弹性构件织造，使得弹性构件机械地固定在织造图案内。在一些实施例中，导电带包括一根或多根非导电细丝(或纤维、丝线、纱线、导线等)。带构造(无论是导电还是非导电)可以根据给定应用的所需特性而变化。例如，细丝(导电细丝或导电与非导电细丝的组合)的层数、纱线支数/织物经纬密度、捻类型(例如S捻、Z捻或非加捻)、每英寸的捻数等可以选择成使得实现期望的性能参数，例如导电性、弹性、拉伸到特定程度所需的力、和/或厚度等。例如，所有或一些细丝都是导电的以实现所需的导电性水平。在一些实施例中，所有细丝都是导电的(例如，以最大化导电性)。在一些实施例中，使用多个细丝来形成复合导电带，并且仅有“一些”细丝(即，细丝的子集)是导电的，使得导电带包括导电和非导电细丝两者。在其它实施例中，所有或一些细丝的“部分”是导电的，或者被修改以使得导电(即，一根或多根细丝可以仅沿其长度的一部分导电)。在一些实施例中，细丝可以是绝缘的，并且只有绝缘部分可以被移除以暴露细丝的导电部分。换句话说，细丝可以选择性地被绝缘以在一些部分上提供绝缘并且在一些部分上提供导电通路。通过全部或部分细丝导电产生了带，所述带在其两个表面上(例如，在其两个主纵向表面上)均导电以及在遍及带的横截面厚度上也导电(即，表现出体积电阻率)。弹性构件可以是弹性纤维，其包含任何弹性体材料(例如斯潘德克斯弹力纤维或橡胶)，并且可以具有任何合适的纤维尺寸(也称为“旦尼尔”)。弹性纤维的旦尼尔可以根据实施例或应用来选择，例如以实现导电带的期望厚度、弹性和/或力。在一些实施例中，弹性体材料可以用导电纤维缠绕。
根据期望的物理和电学性质，导电带可以使用针织、织造、编织或任何其它合适的技术来制造。导电带可以具有任何期望的宽度，例如1/8英寸、1/4英寸、1/2英寸、3/4英寸、1英寸等。在一些实施例中，导电带具有基本平坦的形状。在一些实施例中，导电带可以具有基本上圆形或椭圆形的横截面。
在一些实施例中，导电带可以包括具有多个弹性构件和多个非导电细丝(或纤维、丝线、纱线、导线等)的支撑带(其也可以被称为“弹性带”)。例如，非导电细丝可以围绕弹性构件编织以形成支撑带，使得弹性构件嵌入在支撑带内并且沿着支撑带的纵向轴线(例如以彼此基本平行的关系)布置。一根或多根导电细丝可以被引入到(例如，以周期性的图案(例如正弦曲线)编织、针织、织造、插入、固定、缠绕等)支撑带的仅一个表面或者支撑带的两个表面，例如使得在整个带的仅一个表面或者两个表面上都产生导电性和/或表面电阻率。在一些实施例中，一根或多根导电细丝以正弦(或其它)形状被进给，同时利用一根或多根非导电细丝编织支撑带。
导电带可以与生物感测服装中的各种电极集成和/或配对。例如，导电带可以通过经由例如缝合、铆接、卡扣、卷曲、胶合、粘合、焊接等方法连接ECG或EMG电极而与所述ECG或EMG电极配对。由于导电带(其例如用作导电线路)内的导体的柔性和弹性性质，实现了电极在任何生物感测服装上的灵活布置，使得电极可以布置在身体上的任何位置或任何类型的服装上。如下面参照附图进一步讨论的，导电带可以在其连接点之间不附接到纺织品(例如，自由垂下或悬垂)，或者可以使用多种方法(例如缝合、层压、粘合、超声波焊接、行进通过通道或一系列环路、和/或狭缝等)(例如，部分地或沿着其全长)附接到纺织品。
现在参考图12，示出了根据一些实施例的导电带的示意性框图。导电带1120(例如，图1中的导电通路120)包括一个或多个弹性构件1103，所述弹性构件1103联接到一根或多根导电细丝1102以及可选地一根或多根非导电细丝1104。导电带1120可以具有带状或条状形状，使得其是细长的(即，长于它的宽度)，并且具有沿着其纵向轴线延伸的两个主面部(例如，前部和后部或顶部和底部)。导电细丝1102(以及可选地非导电细丝1104)例如通过织造、编织、缠绕、钩编或打结而机械地联接到弹性构件1103。通过导电细丝1102的形状/图案和/或弹性构件1103，导电带1120能够沿其纵向轴线拉伸。在一些实施例中，导电带1120沿其短轴或横轴基本上无弹性(即，不可拉伸)。弹性构件1103可以由任何可拉伸材料制成，例如由包含任何弹性材料(例如潘德克斯弹力纤维或橡胶)的弹性纤维或线制成，并且可以具有任何合适的旦尼尔。弹性纤维的尺寸(例如旦尼尔和/或长度)可以根据其对于给定应用的适用性来选择，例如以实现导电带1120的期望厚度、弹性和/或力。导电细丝1102可以包括实心金属(例如，金属丝)或金属涂覆的非金属(例如X-Static纤维或Circuitex)，涂覆有例如银的金属、Lurex或任何其它导电材料的柔性聚合物材料，例如不锈钢镀覆细丝(例如纱线)，其它类型的金属包覆细丝(例如纱线)等。在一些实施例中，导电细丝1102是不可拉伸的或基本上不可拉伸的。在其它实施例中，导电细丝1102是可拉伸的。在一些实施例中，导电细丝1102是抗微生物的。在一些实施例中，弹性构件1103和非导电细丝1104共同地形成中间支撑带1135，该中间支撑带1135可以是非导电的，并且其中导电细丝编织或以其它方式布线在中间支撑带中，或者其中导电细丝固定到中间支撑带。非导电细丝1104可以包括丝线、纱线、或其它类型的细丝，所述细丝由例如在纺织品的制造中使用的天然或人造材料制成，例如棉花、羊毛、亚麻、聚酯、芳族聚酰胺、丙烯酸树脂、尼龙、潘德克斯弹力纤维、烯烃纤维、和/或英吉尔纤维等。
图13示出了根据实施例的导电带的平面图。如图所示，四个弹性构件1203沿着导电带1220的纵向轴线彼此平行地布置。一根或多根导电细丝1202(例如，单层细丝或双层导电细丝)围绕四个弹性构件1203编织或织造，由此将四个弹性构件1203机械联接在一起并产生沿着导电带1220的长度重复的织造图案。在一些实施例中，四根第一导电细丝1202在四个弹性构件1203中对应的一个弹性构件周围或围绕所述弹性构件进行编织、织造或缝合(即，使用四根单独的导电细丝)，并且一根或多根其它导电细丝1202随后与四根第一导电细丝交织以产生导电带1220。
图14示出了根据另一个实施例的导电带的平面图。如图所示，导电细丝束1302(统称为“导电纱线”或“导体”)穿过支撑带，其包括多个弹性构件1303和围绕弹性构件1303织造的一根或多根非导电细丝1304。导电细丝1302以周期性的图案被供给通过支撑构件，其在图14中示出为基本Z字形(即，三角波或锯齿)，但是在一些实施例中可以呈现其它形状(例如正弦曲线、非周期性形状等)，并且可以具有恒定或变化的周期(“周期性”)或频率。支撑带和一根或多根导电细丝1302共同地形成导电带1320。图15是图14的导电带1320的细节图。在一些实施例中，导电纱线1302与支撑带的编织或织造同时被供给，以使导电纱线1302与非导电细丝1304交错或交织。在一些实施例中，导电带1320在导电带1320的任一主纵向表面上基本不导电，并且因此适用于例如数据传输目的和/或作为导电线路或通路。
在一些实施例中，图14中所示的导电带构造可以通过将导电细丝插入/添加到已经制造的支撑带来形成导电带而获得。在其它实施例中，导电带通过利用一根或多根导电细丝替换支撑带的非导电细丝中的一根而形成。在其它实施例中，同时使用非导电细丝和一根或多根导电细丝形成导电带。例如，并非从非导电支撑带开始，而是可以通过围绕多个弹性构件编织(或织造、缠绕、打结等)一根或多根非导电细丝以及一根或多根导电细丝来形成导电带。在另外的实施例中，导电带通过围绕多个弹性构件编织(或织造、缠绕、打结等)一根或多根导电细丝(例如，两根导电细丝或“双层”导电细丝)而形成，并且不包括任何非导电细丝。
为了将如本文所述的导电带结合到纺织品(例如服装或其它可穿戴纺织品或其部分)中，可以使用几种方法。作为示例，图16A是根据实施例的层压到衬底1406的导电带1420的剖视图。如图16A所示，导电带1420布置在衬底1406(例如纺织品)表面上，并且层压层1405布置在导电带1420的顶部上。层压层1405可以包括例如热塑性材料或任何其它可热封或自密封材料层。在一些实施例中，层压件用作电绝缘体以及附接装置。根据应用，层压件可以沿导电带的整个长度布置，或者可以选择性地布置在期望的位置处，例如以确保导电带的部分保持暴露给用户和/或外部环境，例如使得其可以容易地连接到测量或通信装置，和/或使得其可以用作电极以用于收集(例如来自传感器的)生物信号和/或其它信号。
图16B是根据实施例的结合到衬底1406(例如，纺织品(例如织物或服装))表面的导电带1420的剖视图。在图16B中的导电带1420下方布置层压件或其它粘合材料(例如，热塑性塑料、粘结剂等)1472，以便将导电带机械地附接到衬底1406表面。此种构造使得导电带1420的一个整个主纵向表面以及潜在地两个次纵向边缘暴露，并且因此可用作电极和/或用于连接到测量或通信设备。
图16C是根据实施例的(例如，使用细丝(例如丝线或纱线1474)，其可以是导电的或非导电的)被缝合到衬底1406导电带1420的剖视图。在其它实施例中，导电带1420焊接到衬底1406。
图17A是根据实施例的导电带1520的透视图，其被引导通过衬底1506(例如纺织品)中的一系列狭缝“S”。图17B是图17A的导电带1520和衬底1506的侧视图。
图18A是根据实施例的已经通过一系列环“L”固定到衬底1606的导电带1620的透视图。图18B是图18A的导电带1620和环“L”的侧视图。
图19A是根据实施例的布置在衬底上的通道结构“T”内的导电带1720的透视图。图19B是图19A的导电带1720和通道“T”的端视图。
图20是根据实施例布置在纺织品/服装1806或其部分内的导电带1820的剖视图，其中导电带的区段1820B在服装1806的表面处暴露，并且导电带的区段1820A布置在服装1806的表面下方。通过选择性地使导电带1820向上穿过纺织品表面(例如，穿过狭缝，如图20所示)，或者替代地，通过选择性地在导电带1820的至少一侧上使织物中包括开口，导电带1820可以与穿戴者的皮肤接触，使得导电带1820可以(例如，在ECG和/或EMG应用等中)同时用作导体线路和电极。
当用作导电线路和/或用作应变传感器时，导电带可以根据应用在一侧或两侧上部分地或完全地绝缘或不绝缘。绝缘件(例如，热塑性粘结剂膜)可以应用以包覆导电带的期望区域，和/或导电带可以布置在织物管内。图21A至图21C是根据一些实施例的层压到衬底的导电带的剖视图。具体地，图21A示出了导电带1920，其在导电带1920的一侧上(经由层压件1905)层压到衬底1906。图21B示出了导电带1920，其使用两个单独的层压元件1972(例如，膜区段)层压在两侧上。图21C示出了导电带1920，其使用单个折叠的层压元件1974(例如，膜区段)层压在两侧上。图22是根据实施例的布置在织物管2005内的导电带2020的剖视图。关于图21B、图21C和图22，一旦绝缘(例如，层压件或织物)已经应用到导电带上，则随后可以使用在本文描述的任何方法将绝缘导电带附接到纺织品/服装(例如，1906、2006)。
电极阵列
如下面进一步详细描述的，电极130的示例包括多个电极，其包括至少两个金属铆钉或卡扣的阵列。如本文所述，多个电极130可以机械地联接到生物感测服装110，电联接到导电通路120，并且配置成在使用期间接触穿戴者的皮肤。
在本文中描述的实施例通常涉及可穿戴电子应用，其包括基于金属的电极系统或构造，克服了通常与现有电极相关的缺点。在一些实施例中，生物感测装置包括具有布置在其中或其上的导电通路的服装，以及包括至少两个金属铆钉或卡扣盖的阵列的多个电极。多个电极机械地联接到服装，电联接到导电通路，并且配置成在使用期间接触穿戴者的皮肤。包括多于一个制品(例如金属铆钉)的电极构造的优点是多方面的：增加的设计灵活性、用于信号检测的测量表面积的增加、增加的冗余度、对运动伪影的抵抗性的增加、增加的灵活性以及对身体形状变化的适应性。本文描述的电极可以用于生物感测服装和配件以用于各种应用，例如心电图(ECG)和肌电图(EMG)。本文描述的电极还可以用作呼吸速率传感器电路的一部分(例如，用于基于导线的阻抗呼吸描记术(IP)或呼吸感应体积描记术(RIP))，和/或从ECG信号(例如来自心率变异性(HRV)或R峰值振幅(即，ECG的R波偏转中的最大幅度))推导出呼吸率。本公开的铆钉型金属电极可以集成到任何类型的服装/纺织品或其它生物感测组件，并且可以直接连接到任何类型的导电通路，例如导线、编织导电线路、和/或导电弹性带等。
如本文所定义的，“电极阵列”是成任何构造的一个或多个单独的电极，其中多个电极的电极可以均匀或不均匀地间隔或分布。在一些实施例中，电极阵列包括电极的二维布置，其可以是对称或不对称的。在一些实施例中，电极阵列包括电极的一维布置，其可以是单行或单列。在一些实施例中，电极阵列是电极的三维布置。电极阵列130的每个电极是例如卡扣盖、插口、触头、接线柱(例如S形弹簧、环形弹簧、叉形)、铆钉、和/或盖按钮等的制品。电极阵列的电极可以具有圆形、三角形、矩形或任何其它形状的形状。电极阵列130的电极的直径可以是例如3mm、5mm、9mm、12mm、15mm或任何其它尺寸，例如以改善穿戴者的信号质量和/或舒适度。在如下面更详细讨论的构造中，电极阵列130可以包括一个或多个物品，例如2个、3个、4个、5个、6个或更多个。在集群或构造中，单个生物感测服装(例如，图1中的110)可以包括一个或多个电极阵列(例如，图1中的130)，每个分组包括2个或多个电极，例如3个、4个或更多。在其它实施例中，单个生物感测服装(例如，图1中的110)可以由多个电极阵列(例如，图1中的130)(即，具有相同或不同构造的多个集群)组成。电极阵列的电极可以包括任何合适的金属，例如黄铜、银、金、不锈钢等或其组合。附加地或替代地，电极阵列的电极可以包括任何合适的导电材料的局部涂层，例如银、金、导电聚合物等或其组合。电极阵列可以位于生物感测服装上的任何位置，例如在胸部区域、背部、手臂、腿部、肩部或身体上的任何其它所需位置。在一些实施例中，生物感测服装(例如，图1中的110)包括多个电极阵列(例如，图1中的130)，每个电极阵列包括定位/布置在生物感测服装上的不同位置的制品(例如，铆钉、卡扣等)的一个或多个集群或分组。
根据实施例或应用，电极阵列的一些或全部电极配置成在使用期间接触穿戴者的皮肤。换句话说，电极阵列的电极具有皮肤接触表面和与皮肤接触表面相对的非皮肤接触表面。在一些实施例中，电极阵列的电极包括小直径铆钉，使得它们可以精确地和/或舒适地布置在例如内衣和胸罩的服装内，例如在胸罩带或胸罩胸带上。电极阵列的电极可以附接到任何合适的衬底上(在生物感测服装本身内进行附接，或者在附接到生物感测服装之前进行附接)，并且可以被层压、缝合、粘合或以其它方式附接到生物感测服装上，所述合适的衬底例如为弹性带、织物、热活化热塑性粘结剂膜、塑料片等。电极阵列的电极也可以直接附接到生物感测服装的织物上，例如通过将所述电极按压穿过织物并且同时将电极连接到导电通路上。在一些情况下，电极阵列的一个或多个电极可以通过绝缘材料层(例如，热活化热塑性粘结剂膜(“TPU”)、涂层、喷涂或任何其它期望的方法)在非皮肤接触表面(或“反面”侧)上进行绝缘处理，以例如使电极免受湿气、静电干扰、外部电干扰和/或机械干扰影响。卡扣、铆钉或其它制品的非皮肤接触表面可以例如另外地或替代地在将其附接到服装之前用例如塑料的非导电材料进行涂覆/处理。
当在单个电极阵列中使用多个铆钉、卡扣和/或盖时，它们可以以任何期望的距离(例如5mm、10mm、15mm、30mm等)彼此间隔开，并且可以布置在任何所需的构造处。例如，图23示出根据实施例的电极阵列2230，其包括布置在生物感测服装2210(在这种情况下为纺织品带)上的三个铆钉电极，所述电极的间距为约1cm。铆钉已经被按压穿过织物，使得当穿戴生物感测服装时它们与穿戴者的皮肤接触。尽管在图23中示出为包括铆钉，但是在一些实施例中，电极阵列2230可以替代地包括卡扣盖，或者卡扣盖和铆钉的组合等。图24示出了根据实施例的电极阵列2230，其包括基本上线性构造的铆钉电极。图25示出了根据实施例的电极阵列2230，其包括Z字形(或“三角波”、“锯齿”或“曲折”)构造的铆钉电极。图26示出了根据实施例的电极阵列2230，其包括铆钉电极，铆钉电极包含正交阵列(也称为“正方形封装”)。图27示出了根据实施例的电极阵列2230，其包括菱形构造的铆钉电极。本公开所考虑的其它构造包括六边形封装、圆形、椭圆形和弯曲构造。
通过使用带有插口和盖的S形弹簧式卡扣(或取决于与生物感测服装一起使用的发射器使用其它合适的卡扣式)，电极可以直接连接到发射器(和/或其它硬件)并且同时用作连接器和电极两者。换句话说，在此种构造中，盖朝向穿戴者的皮肤并且用作电极，并且插口接收发射器连接。这可以应用到任何类型的具有卡扣触头(snap studs)作为连接器的发射器，并且可以选择插口构造和数量以使得适应所需的卡扣数量(例如，2个、3个或更多)。
图28A示出了生物感测服装2310，其包括布置在生物感测胸罩2310的下部胸带部分上的电极阵列“1”、“2”和“3”(例如，卡扣、插口、盖和/或铆钉)，以及两个连接器“B1”和“B2”，所述电极阵列和连接器共同形成“生物感测服装连接器”2340(或“可穿戴设备连接器”或“可穿戴设备接口”或“可穿戴连接器”)，例如图1中的电连接器140，所述“生物感测服装连接器”2340配置成与测量和/或通信设备(例如发射器、移动设备、控制器盒等)交互。在一些实施例中，生物感测服装连接器2340配置成捕获和/或监测生物信号，例如ECG信号。电极“3”是可选的“接地”电极。不希望受限于理论，在一些实施例中，接地电极可以用于以下功能中的一个或多个：防止电干扰(噪声)、通过对来自其它电极的电压求差来获得差分电压(例如，电极“1”和“2”，其可以分别对应于正(+)或“启用”电极和负(-)或“参比”电极)。正电极和负电极可以称为“激活”电极。在一些实施例中，接地电极可以用于比较电极“1”和“2”处的信号，并且减去这些相应的信号中电极“1”和“2”两者所共有的分量(例如信号的噪声分量)。
另一电极“4A”电连接到(经由导电通路，例如导电弹性体、金属线路、导线、可拉伸导线、导电印刷等)生物感测服装连接器区域的电极“2”，但远离所述电极布置(即，布置在生物感测胸罩的肩带上)。尽管电极“4A”(例如卡扣、插口、盖或铆钉)示出为布置在生物感测胸罩的左肩带的前部上(从穿戴者的角度)，但是本公开的电极可以替代地或附加地布置在生物感测服装上的任何其它位置(例如，在左肩带的后部上(参见图28A中的位置4B)、在右肩带的前部或后部上、在上部胸部上等)。根据实施例，电极“4”可以用于单独地替代电极“2”，或者电极“2”和“4”两者可以同时与皮肤接触。在一些实施例中，省略电极“4”。图28B示出了图28A的生物感测服装连接器2340的一部分的外部视图，该部分包括标记为“1”、“2”、“(3)”、“B1”和“B2”的(卡扣连接器的)5个S形弹簧式插口，其共同形成生物感测服装连接器。图28C示出了图28A的生物感测服装的一部分的内部视图，其示出了电极阵列2330，该电极阵列2330包括三个盖电极(每个连接到图28B的对应的S形弹簧式插口，例如电极1、2和3)，所述盖电极配置成接触生物感测服装的穿戴者的皮肤。可以说单个电极包括盖和插口两者(例如，穿过生物感测服装的织物的厚度彼此机械联接和电联接)。以导电带的形式向上延伸的导电通路2320(例如，图1中的导电通路120)在图28C中的最上面的盖附近部分可见(并且电连接到最上面的盖上)。
图28D是图28A的生物感测服装连接器2340的图，其包括电极“1”、“2”和“3”以及连接器“B1”和“B2”，并且图28E是图28A的生物感测服装连接器2340另一图，其也示出了肩带电极“4”。如上所述，电极“3”是可选的，并且可以用作信号接地。而且，如上所述，电极“2”是可选的(即，电极“2”和“4”可以都包括在生物感测服装中和/或使用，或者仅其中一个可以包括在生物感测服装中和/或使用)。在其中省略了电极“3”的一些实施例中，以下构造(指定哪些电极是“激活的”(active)，换句话说，哪些电极正被主动测量和/或监测)可以成功地捕获一个或多个ECG信号：
1.电极1和2激活
2.电极1和4激活
3.电极1、2和4激活
图28B、图28D和图28E中标记为“B1”和“B2”的位置对应于用于RIP呼吸电路的电连接点(例如，其还可以包括以下中的一个或多个：卡扣盖、插口、触头、接线柱(例如，S形弹簧、环形弹簧、叉形)、铆钉、和/或盖按钮)。在一些实施例中，“B1”和“B2”不是电极。
图29示出了根据实施例的包括电极阵列2440的生物感测服装2410的外部视图。具体地，图29示出了运动胸罩2410的外部视图，其包括3个或4个激活ECG电极(其每个由1个黄铜卡扣盖组成)和RIP呼吸电路(包括剩余的2个卡扣盖)，在所述电极中第三或第四电极是接地电极。在一些实施例中，ECG电极中的至少一个是接地电极。3个ECG电极位于其中发射器连接到服装的位置处；电极被按压穿过织物，并且卡扣盖与皮肤接触，而相应的插口面向外以用于连接到发射器或其它通信和/或测量设备。可选的第四电极(参见例如卡扣2430B，图30A)可以(例如，经由导电通路)电连接到3个ECG电极中的任何一个并且布置在服装上的任何位置处，并且当与仅3个ECG电极相比时可以改善捕获的信号质量。在一些此种实施例中，全部四个卡扣在电气上激活和/或用于给定的生物感测应用。在其它此种实施例中，其中第四电极电连接到的电极是在电气上未激活。
图30A示出了图29的生物感测服装2410的内部视图，并且示出了电极阵列2430A。电极“1”可以用于感测ECG信号。电极“2”可以单独使用，或者与电极“4”(2430B)结合使用(其中电极“2”可以经由导电通路电联接到电极“4”，在图30A中部分可见)，或者可以单独使用电极“4”(2430B)(例如，电极“2”将被生物感测服装的布覆盖并且在使用期间不布置成与穿戴者的皮肤接触)。可以将电极“4”(2430B)布置在生物感测服装2410的前部中/上(例如，“胸部”或生物感测服装的肩带的前部部分上)，或布置在生物感测服装2410的背部中/上(例如，生物感测服装的肩带的后部部分)。图30B和图30C示出了图29的生物感测服装2410的另外的/详细的内部视图。图30B示出了生物感测服装2410的一部分被拉开以露出导电通路2420。
图31示出了根据实施例的包括卡扣电极构造的生物感测服装2510的内部视图。具体地，图31示出了运动胸罩2510的内部视图，其包括3个ECG电极(一个正电极、一个负电极和一个接地电极)，其中每个电极由一个黄铜卡扣盖构成，所述黄铜卡扣盖配置成接触穿戴者的皮肤。ECG电极是卡扣盖，所述卡扣盖可以位于生物感测服装2510上的任何位置。在使用中，电极经由导电通路(其可以是例如导线、导电弹性带、编织导电线路或任何其它合适的导体)电联接到“卡扣连接器”，该卡扣连接器接收发射器(或其它通信或测量设备)。尽管图31所示的电极构造包括卡扣盖，但是在一些实施例中，电极构造可以替代地包括铆钉，或者可以包括卡扣盖和铆钉的组合等。
图32示出了根据实施例的生物感测服装2610的内部视图，其包括电极阵列2630，所述电极阵列2630包括铆钉电极。具体地，图32示出了运动胸罩2610的内部视图，其包括3个ECG电极(一个正电极、一个负电极和一个接地电极)，其中每个电极包括3个铆钉的电极阵列2630(也称为“集群”、“分组”或“构造”)。在一些实施例中，接地电极布置在服装的背面(即，服装的配置成在使用期间与穿戴者的背部接触的一部分)。在一些实施例中，生物感测服装2610与硬件(例如，发射器)和/或固件交互，所述硬件和/或固件配置成处理来自电极的信号，所述电极处于接地电极布置在服装的背面上的构造中。在其它实施例中，生物感测服装2610与硬件(例如，发射器)和/或固件交互，所述硬件和/或固件配置成使得电极阵列2630的每个电极的功能(例如，接地或测量)是可互换的。换句话说，可以选择布置在服装背面的电极用作正测量电极、负测量电极或接地电极。
图32的铆钉直径为约9毫米，并且在电极阵列内彼此间隔开约10毫米。由3个铆钉组成的每个电极阵列构成一个ECG电极，其中3个铆钉全部连接到一个导电通路，所述导电通路通向接收发射器的“卡扣连接器”。图33是图32的生物感测服装2610的侧视图，其示出了布置在运动胸罩2610胸带的内表面上的三铆钉式电极阵列2630中的一个，并示出了位于运动胸罩2610胸带的外表面上的生物感测服装连接器2640(用于在使用期间机械连接和电连接到发射器)，所述生物感测服装连接器2640包括电极阵列以及可选地用于RIP传感器电路的两个连接点。图34是图32的生物感测服装的另一侧视图，其示出了布置在运动胸罩胸带的内表面上的三铆钉式电极阵列2630中的三个。尽管图32至图34中示出了包括铆钉，但是在一些实施例中，电极构造可以替代地包括卡扣盖，或者可以包括卡扣盖和铆钉的组合等。
图35是根据实施例的多个三电极(例如，卡扣盖和/或铆钉)电极阵列2730以及所述电极阵列与生物感测服装连接器的所卡扣盖端子的相应的对应关系的示意图。
印刷电极
电极130的示例包括基于膜的电极，例如下面进一步详细描述的印刷电极。如本文所述，多个电极130可以机械地联接到生物感测服装110，电联接到导电通路120，并且配置成在使用期间接触穿戴者的皮肤。
在一些实施例中，生物感测服装110包括织物衬底(例如纺织品)，所述织物衬底具有第一主表面、与第一主表面相对的第二主表面以及厚度。导体(例如图1中的导电通路120)布置在织物衬底的第一主表面上或与其相邻。印刷电极布置在织物衬底的第二主表面上或与其相邻，并且穿过织物衬底的厚度电联接到导体。
可穿戴电子产品(例如生物感测服装(以及制造其的电子纺织品))经受到与传统电子系统不同的机械应力。例如，生物感测服装可以在穿衣、脱衣服和穿戴期间(例如，在穿戴者的身体活动期间)被拉伸。这种拉伸可能导致嵌入在生物感测服装的表面内和/或固定到所述表面的导体和/或传感器元件的变形。结果，可穿戴电子产品在仅使用一段有限的时间后性能往往会受到损害。另外，设计成用于接触穿戴者皮肤的生物感测服装电极在活动期间通常易于移位，从而导致不一致的信号强度和/或断断续续的信号可靠性。生物感测服装电极通常也具有固定的几何形状和/或刚性结构，使得它们倾向于与穿戴者的皮肤不充分接触(例如，表面积不足、低相符性等)。根据本公开的实施例，描述了基于“膜”的改进电极，其导致改进的设计灵活性、信号质量、耐用性、可靠性。
本文描述的实施例一般涉及用于生物感测应用(例如生物感测服装)的基于膜的电极。参考图1，在一些实施例中，例如图1中的110的生物感测服装包括衬底，所述衬底具有机械联接到其第一表面的一个或多个电极(例如图1中的130)。例如，电极可以固定到衬底的第一表面，或者可以布置成与所述第一表面相邻。例如图1中的导电通路120的导体电联接到电极，并且可以机械地联接到电极、衬底或两者。导体可以布置在衬底的第二表面(其与衬底的第一表面相对)上或附近，和/或可以布置在衬底的第一表面上，和/或可以形成衬底的一部分(例如织造、编织或以其它方式集成在其中)。衬底可以包括织物或其一部分，所述织物例如为例如衣服或服装(例如衬衫或运动胸罩)的制品，所述织物的一部分例如为织物片段，所述织物片段用于稍后结合到服装中或用作独立配件，例如臂带、腿带、头带、腕带等。如本文所用，术语“织物”可以指棉花、聚酯、莱卡、斯潘德克斯弹力纤维、竹、戈尔特克斯纤维、尼龙、聚丙烯、天丝纤维、羊毛、X-Static或任何其它人造或天然纺织品、或适合用于生物感测应用和/或高性能运动服装的其它衬底材料。替代地或另外地，衬底可以包括非织物，例如热塑性塑料、橡胶、硅树脂、塑料或任何其它合适的材料。
电极130可以由一种或多种导电油墨、导电浆料和/或导电涂层或其任何组合形成。例如，适用于形成电极130的油墨可以是基于银、碳或石墨烯的。换句话说，导电油墨可以包括颗粒(例如，微粒和/或纳米颗粒)、薄片、丝线、细丝等。在一些实施例中，电极130包括导电聚合物。电极130经由应用到衬底的第一表面机械地联接到衬底的第一表面。所述应用可以通过丝网印刷、喷墨印刷、转印，升华印刷、移印、涂布、转印涂布、喷涂、挤出或任何其它合适的应用技术来执行。当结合在生物感测服装110中时，电极130可以用于检测穿戴者的生物信号(例如心电图(ECG)和/或肌电图(EMG)信号)，并且可以结合到任何类型的可穿戴服装或配件中。对电极130进行印刷允许以任何期望的形状和尺寸(例如，矩形、长方形(oblong)、椭圆形、圆形、环形等)形成电极130，并且还允许将电极130直接布置在衬底上。当直接应用于衬底的表面时，电极130可以呈现与衬底的高相符性，使得电极130对穿戴者而言较不明显，与传统电极构造相比在使用期间与穿戴者更好地接触，和/或可以呈现改进的机械耐用性。
在一些实施例中，比起直接应用到衬底的表面，在将电极130应用到衬底之前将电极130印刷到底“层”(例如热塑性粘结剂膜)上，其中在该点处电极130可以例如通过热粘合固定到衬底。在一些此种实施例中，底层(primer layer)包括非导电材料，并且包括通孔，其中电极130通过通孔与衬底上的连接点(例如导电缝合部)物理接触，所述连接点将印刷电极130电连接到导体130。
在下面进一步详细描述的一些实施例中，在应用电极130之前，可以用导电或非导电“底层”制备衬底，所述“底层”例如为热塑性膜(例如热塑性聚氨酯、“TPU”)、电介质油墨、浆料或涂层、或导电油墨、浆料或涂层。例如，该方法可用于帮助或改善电极130材料对衬底的粘附，在电极130与衬底之间形成绝缘层，降低衬底表面的孔隙度，和/或在导电底层的情况下影响电极130的电性能和/或改善导体120线路和电极130之间的电连接的导电性。
图36示出了根据实施例的电极支承衬底的剖视图。如图所示，电极2830(例如，印刷电极)布置在衬底2806的第一表面上(例如形成生物感测服装2810的一部分)，并且导体2820(例如图1中的导电通路120)布置在衬底2806的第二表面上。连接点2840延伸穿过衬底2806并且将电极2830与导体2820电连接。连接点可以包括例如由导电线、导线、细丝或穿过衬底2806的其它材料形成的导电缝合部，并且可选地将导体2820机械地固定到衬底2806。在一些实施例中，在应用电极2830之前，在衬底2806中形成导电缝合部。在其它实施例中，在应用电极2810之后，在衬底2806中形成导电缝合部。
图37示出了根据实施例的经由连接点连接的电极和导体的平面图。如图所示，长方形电极2930的区域(例如，印刷电极)与导体2920的区域(例如图1中的导电通路120)重叠，并且由导电线、导线、细丝或其它材料形成的成Z字形导电缝合部图案形式的连接点2940(例如图1中的电连接器140(其也可以称为连接“区域”))布置在电极2930和导体2920之间的重叠区域的至少一部分内。在一些实施例中，导电缝合部图案包括穿透衬底2906(例如，织物服装或其部分)的缝合部。换句话说，缝合部形成为“穿过”衬底2906。在一些实施例中，电极2930布置在衬底2906的第一表面上，并且导体2920布置在衬底2906的与衬底2906的第一表面相对的第二表面上。在其它实施例中，导体2920布置在衬底2906的第一表面上，并且电极2930也布置在衬底2906的第一表面上(即，电极2930直接应用到衬底的第一表面并直接应用到导体2920的一部分上)。尽管描述为Z字形缝合部，但也可以考虑其它类型的缝合部，例如直针绣、飞鸟绣、平针绣、回针绣、双线连锁缝、链式线迹、包边线迹、暗缝线迹、叠针法、卷边针和/或十字缝。而且，也可以考虑其它附接方式，例如装订和/或导电粘结剂。
图38示出了根据实施例的经由连接点连接的电极和导体的平面图。如图所示，长方形电极3030(例如，印刷电极)与导体3020重叠，并且由导电线、导线、细丝或其它材料形成的成具有矩形螺旋图案的平针导电缝合部形式的连接点3040布置在电极3030和导体3020之间的重叠区域的一部分上，并且也占据电极3030的非重叠区域的一部分。在一些实施例中，平针导电缝合部穿透衬底3006(例如，织物服装或其部分)。换句话说，缝合部形成为“穿过”衬底3006。在一些实施例中，电极3030布置在衬底3006的第一表面上，并且导体3020布置在衬底3006的与衬底3006的第一表面相对的第二表面上。在其它实施例中，导体3020布置在衬底3006的第一表面上，并且电极3030也布置在衬底3006的第一表面上(即，电极3030直接应用到衬底的第一表面并直接应用到导体3020的一部分上)。尽管描述为直针绣，但也可以考虑其它类型的缝合部，例如Z字形线迹、飞鸟绣、平针绣、回针绣、双线连锁缝、链式线迹、包边线迹、暗缝线迹、叠针法、卷边针和/或十字缝。而且，也可以考虑其它附接方式，例如装订和/或导电粘结剂。
图39示出了根据实施例的与导体部分地重叠的电极的平面图。长方形电极3130(例如，印刷电极)与布置在衬底3106内的导体3120重叠，并且电极3130直接应用到导体3120上，使得在其间的重叠区域中形成电连接。还示出了可选的电绝缘“隔离”层3132，其覆盖导体3120不与电极3130重叠的部分。隔离层3132可以包括任何电绝缘体，例如热塑性塑料、塑料、橡胶、电介质油墨或其它材料形式、和/或织物等。在一些实施例中，并非布置在衬底3106自身内，图39的导体3120而是可以是布置在与电极3130相同的衬底3106的相同表面上的导电线路(例如，印刷线路)。
图40示出了根据实施例的形成生物感测服装3210的一部分的电极支承衬底的剖视图。电极3230(例如印刷电极)布置在衬底3206的第一表面上，并且暴露出连接区域3240，在所述连接区域3240内导电通路编织、嵌入或以其它方式结合到衬底3206中。如此，当电极3230应用(例如印刷)到衬底3206上时，在电极3230和由连接区域3240暴露的导电通路之间建立电连接。在一些此种实施例中，还可以采用另外的连接方法(例如导电缝合、导电粘结剂等)，以例如增强导电通路和电极3230之间的电连接。在一些实施例中，可以使用多个连接区域3240。
图41示出了根据实施例的形成生物感测服装3310的一部分的电极支承衬底的剖视图。电极3330(例如印刷电极)布置在衬底3306的第一表面上，并且导体3320布置在衬底3306的第二表面(与第一表面相对)上。连接点3340在衬底3306的布置在电极3330和导体3320之间的区域中布置在衬底3306内，所述连接点3340可以包括穿过衬底3306的缝合部、铆钉、导电浆料、导电油墨和/或孔。连接点3340或者直接经由导电缝合部或者导电硬件，或者间接通过经由衬底3306中的孔接触导体3320的印刷电极来建立电极3330与导体3320之间的电连接，并且还可以机械地将导体3320固定到衬底3306。
图42示出了根据实施例的形成生物感测服装3410的一部分的电极支承衬底的剖视图。电极3430(例如印刷电极)布置在衬底3406的第一表面上，并且导体3420布置在衬底3406的第二表面(与第一表面相对)上。连接点3440在衬底3406的布置在电极3430和导体3420之间的区域中布置在衬底3406中，所述连接点3440可以包括穿过衬底3406的缝合部、铆钉、和/或孔。连接点3440或者直接经由导电缝合部或者导电硬件，或者间接通过经由衬底3406中的孔接触导体3420的印刷电极来建立电极3430与导体3420之间的电连接，并且还可以机械地将导体3420固定到衬底3406。电极3430的边缘也由框架3434覆盖，所述框架3434包括例如使用本文所述的任何应用方法应用的热塑性膜(例如TPU)，或印刷层或涂层(例如，使用基于硅树脂的油墨、基于塑料溶胶的油墨等)。该框架可以是实心的(参见例如图43)、穿孔的(参见例如图47)或图案化的(参见例如图48)。图43示出了图42的电极3430和框架3434的平面图，其示出了与电极3430的边缘重叠的框架3434。
图44示出了根据实施例的形成生物感测服装3510的一部分的电极支承衬底的剖视图。电极3530(例如印刷电极)布置在导电底层3544上。导电底层3544布置在衬底3506的第一表面上。导体3520布置在衬底3506的第二表面(与第一表面相对)上。连接点3540在衬底3506的布置在电极3530/导电底层3544和导体3520之间的区域中布置在衬底3506内，所述连接点3540可以包括穿过衬底3506的缝合部、铆钉、和/或孔。导电底层3544可以包括导电带或其它导电片材料，例如各向异性导电膜、导电硅树脂橡胶片、导电硅树脂、柔性印刷电路板材料(例如Pyralux)、压敏导电片(例如Velostat/Linqstat)、可拉伸油墨、导电聚酰胺(例如)等。连接点3540例如经由导电缝合部或导电硬件在导电底层3544、电极3530和导体3520之间建立电连接，并且还可以将导体3520机械地固定到衬底3506(并且可选地固定到导电底层3544)。
图45示出了根据实施例的形成生物感测服装3610的一部分的电极支承衬底的剖视图。电极3630(例如印刷电极)布置在非导电底层3642上。非导电底层3642布置在衬底3606的第一表面上。导体3620布置在衬底3606的第二表面(与第一表面相对)上。衬底3606在衬底3606的布置在电极3630、非导电底层3642和导体3620之间的区域内包括/限定第一连接点3640A，所述第一连接点3640A可以包括穿过衬底3606的缝合部、铆钉、和/或孔。非导电底层3642在在非导电底层3642的布置在电极3630/非导电底层3642与导体3620之间的区域内包括/限定第二连接点3640B，所述第二连接点3640B可以包括穿过非导电底层3642的缝合部、铆钉、和/或孔。第一连接点3640A和第二连接点3640B可以基本上彼此对准，并且可以共享一个或多个共同的缝合部、铆钉等。非导电底层3642可以包括绝缘带或其它非导电片材料，例如硅树脂橡胶、硅树脂、聚酰胺等。连接点3640A和3640B共同地例如经由导电缝合部或导电硬件在电极3630和导体3620之间建立电连接，并且还可以将导体3620机械地固定到衬底3606(并且可选地固定到非导电底层3642)。
图46示出了根据实施例的电极组件构造。如图46所示，织物衬底3706布置在分层堆叠的底部处，并且包括缝合区域3740(例如，“加固套结”或一系列机器制造或手工制造的缝合，例如双线连锁缝、链式线迹或任何其它合适的缝合模式)。缝合区域3740的缝合部由一根或多根导电线(或纤维、细丝、纱线、导线等)形成，其中一根或多根细丝中的全部或部分是导电的(例如，X-Static纤维和/或任何合适的导电材料，例如不锈钢镀覆材料、其它类型的金属包覆材料、金属线等)。布置在织物衬底3706上方的是粘结剂层3742，所述粘结剂层3742可以是绝缘的，并且可以包括例如TPU(例如ET312)或例如本文所述的任何其它合适的阻挡层材料的弹性体。导电织物区段3744围绕粘结剂层3742的第一边缘缠绕，使得粘结剂层3742的一部分被导电织物区段3744接收或“包封”。导电织物区段3744可以包括镀银尼龙(例如Medtex)、或导电导电编织物、导电膜(例如Velostat、柔性Pyralux)、导电硅树脂片、导电聚乙烯、Zytel聚酰胺等。导电通路布置在织物衬底3706下方(即，在与图46中示出的织物衬底3706的主表面相对的织物衬底3706的主表面上)，并且缝合区域3740将导电通路连接到导电织物区段3744。在制造电极组件期间，将印刷电极3730应用到粘结剂层3742的主表面上(注意粘结剂层3742的两个主表面都包括导电织物区段3744的一部分)。换句话说，导电织物区段3744的一部分用作衬底(或衬底的一部分，其中衬底包括导电织物区段3744的一部分和粘结剂层3742的主表面)，其中印刷电极3730应用到衬底上。在制造期间，织物衬底3706、粘结剂层3742和印刷电极3730中的每一个组装在一起，使得形成多层的、基本上平面的电极组件，其中经由缝合区域3740和导电织物区段3744建立从导电通路到印刷电极3730的导电路径。
图47示出了根据实施例的与电极3830重叠(例如，布置在其顶部上)的实心框架3836的平面图。
图48A至图48F示出了根据一些实施例的实心框架形状的示例。如图48A所示，实心框架3936A具有大致椭圆形的外周边形状以及大致矩形的内周边形状，所述外周边形状大致为矩形但具有圆形/圆状角部。换句话说，大致矩形的闭合凹部3937A由框架3936A限定。图48B示出了实心框架3936B，其具有大致椭圆形的外周边形状以及大致矩形的内周边形状，所述外周边形状具有两个相对的半圆形端部。换句话说，框架3936B的角部的曲率半径比框架3936A的角部的曲率半径更大。大致矩形的闭合凹部3937B由框架3936B限定。图48C示出了实心框架3936C，其具有大致椭圆形的外周边形状，所述外周边形状大致为矩形，但具有圆形/圆状角部。换句话说，框架3936C的角部的曲率半径比框架3936A的角部的曲率半径更小。大致矩形的闭合凹部3937C由框架3936C限定。在其它实施例中，框架的中央凹部可以具有大致椭圆形、圆形或三角形形状(分别地，在图48D、图48E和图48F中分别示出在3937D、3937E和3937F处)，和/或框架可以具有大致圆形(如图48D和图48E所示)或三角形(如图48F所示)的形状。也设想了前述形状的任何组合以及其变型。例如，框架的外周边的形状和由框架限定的凹部的周边的形状可以具有相同或不同的形状。
图49示出了根据实施例的与电极4030重叠的穿孔框架4038的平面图。例如，可以通过移除实心框架(例如图47的框架3836)的多个部分来制造穿孔框架4038。移除的部分可以各自具有大致圆形的形状(如图49所示)或任何其他合适的形状，例如正方形、矩形、线性条等。穿孔框架4038包括比等效尺寸的实心框架更小的表面积，并且例如当布置在织物衬底上时用于增加柔韧性可能是令人满意的。
图50示出了根据实施例的与电极4130重叠的图案化框架4139的平面图(即，与图49中所示的基本上相反的构造)。例如，可以通过移除实心框架(例如图47的框架3836)的区域使得保留框架的多个部分来产生图案化框架4139。剩余的部分可以各自具有大致圆形的形状(如图50所示)或任何其他合适的形状，例如正方形、矩形、线性条等。类似于图49的穿孔框架4038，图案化框架4139包括比等效尺寸的实心框架更小的表面积，并且例如当布置在织物衬底上时用于增加柔韧性可能是令人满意的。
如本文所使用的，术语“细丝”是指适合于编织的任何细长材料，并且可以指纤维、丝线、纱线、导线等。单根细丝可以包括单股材料或紧密结合的多股材料。
如本文所用，术语“编织”或“编织的”是指包含在基于纺织品的电极系统中的层、部分或部件，其通过将细丝(例如，纱线或线)用针交织在一系列连接环中而形成。
如本文所用，术语“约”和“近似”通常意指所述值的正负10％，例如约250μm将包括225μm至275μm，约1000μm将包括900μm至1100μm。
如本文所使用的，术语“电极”是指配置成接触包括用户(例如，人或动物)的皮肤的非金属表面并且测量对应于该用户的一个或多个生理参数的电信号的电导体。
如本文所用，术语“相符”或“相符性”是指物体(例如电极)贴合表面(例如穿戴者的皮肤)的能力。“高度相符”或“高相符性”是指物体具有或呈现与其施加的下表面的形状基本匹配的形状，例如使得物体和表面紧密接触或基本上在其之间的整个界面上接触。
尽管上文已经描述了系统、方法或设备的各种实施例，但是应当理解，它们仅作为示例呈现而非限制。在其中上述方法和步骤表明某些事件以某种顺序发生的情况下，具有本公开内容的益处的本领域普通技术人员将认识到，某些步骤的顺序可以被修改，并且此种修改符合本发明的变化。另外，如果可能的话，可以在并行处理中同时执行某些步骤，以及按照如上所述顺序执行。已经具体示出和描述了实施例，但是应当理解，可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (23)

1.一种装置，所述装置包括：
生物感测服装；
多个电连接器，所述多个电连接器机械地紧固到所述生物感测服装；以及
多个印刷电极，所述多个印刷电极布置在所述生物感测服装上，并且经由相应的导电通路电联接到所述多个电连接器。
2.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括：
细长构件，所述细长构件包括导电构件，所述导电构件以弯曲图案联接到多个弹性构件，所述细长构件配置成当所述细长构件拉伸时从第一构造改变为第二构造，从所述第一构造到所述第二构造的所述改变导致所述导电构件的电感的改变。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个电连接器配置成与发射器、测量设备和通信设备中的至少一个交互。
4.一种装置，所述装置包括：
生物感测服装；
多个电连接器，所述多个电连接器机械地紧固到所述生物感测服装；以及
卡扣电极阵列，所述卡扣电极阵列经由导电通路电联接到所述多个电连接器，所述卡扣电极阵列中的每个卡扣电极机械地紧固到所述生物感测服装。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述卡扣电极阵列配置成在使用期间接触穿戴者的皮肤。
6.根据权利要求4所述的装置，所述装置还包括：
细长构件，所述细长构件包括导电构件，所述导电构件以弯曲图案联接到多个弹性构件，所述细长构件配置成当所述细长构件拉伸时从第一构造改变为第二构造，从所述第一构造到所述第二构造的所述改变导致所述导电构件的电感的改变。
7.一种导电带，所述导电带包括：
导电细丝；以及
多个弹性构件，所述多个弹性构件由所述导电细丝机械地连结，
所述导电带具有第一主纵向表面和第二主纵向表面，
所述导电细丝布置在所述导电带内，使得所述导电细丝将导电性赋予所述第一主纵向表面和所述第二主纵向表面两者。
8.根据权利要求7所述的导电带，其中，所述导电细丝编织、针织、钩编、缠绕、打结或织造到所述多个弹性构件。
9.根据权利要求7所述的导电带，所述导电带还包括：
支撑带，所述支撑带包括多个弹性构件和多个非导电细丝。
10.根据权利要求7所述的导电带，其中，所述多个弹性构件配置成能够沿着所述导电带的纵向轴线拉伸。
11.根据权利要求7所述的导电带，其中，所述导电细丝配置成能够沿着所述导电带的纵向轴线拉伸。
12.一种生物感测装置，所述生物感测装置包括：
服装，导电通路布置在所述服装中或所述服装上；以及
多个电极，所述多个电极包括金属铆钉或卡扣，所述多个电极：(1)机械地联接到所述服装，(2)电联接到所述导电通路，以及(3)配置成在使用期间接触穿戴者的皮肤。
13.根据权利要求12所述的生物感测装置，其中，所述多个电极包括第一电极阵列和第二电极阵列，所述第一电极阵列配置成接触所述穿戴者的所述皮肤的第一侧表面，以及所述第二电极阵列配置成接触所述穿戴者的所述皮肤的第二侧表面，所述第二侧表面与所述第一侧表面相对和/或远离所述第一侧表面。
14.根据权利要求12所述的生物感测装置，其中，所述多个电极配置成进行捕获生物信号和监测生物信号中的至少一种。
15.一种生物感测服装，所述生物感测服装包括：
织物衬底，所述织物衬底具有第一主表面、与所述第一主表面相对的第二主表面以及厚度；
导体，所述导体布置在所述织物衬底的所述第一主表面上或附近；以及
印刷电极，所述印刷电极布置在所述织物衬底的所述第二主表面上或附近，并且穿过所述织物衬底的所述厚度电联接到所述导体。
16.根据权利要求15所述的生物感测服装，其中，所述织物衬底集成到所述生物感测服装中。
17.根据权利要求15所述的生物感测服装，其中，所述织物衬底是所述生物感测服装的一部分。
18.根据权利要求15所述的生物感测服装，其中，所述印刷电极配置成进行捕获生物信号和监测生物信号中的至少一种。
19.根据权利要求15所述的生物感测服装，其中，所述印刷电极配置成与所述织物衬底具有高相符性。
20.一种方法，所述方法包括：
将包括电极膜的电极应用到织物衬底的第一主表面，所述应用包括印刷和喷涂中的至少一种；以及
在所述电极和布置在所述织物衬底的第二主表面上的导体之间形成电连接，所述第二主表面与所述第一主表面相对，使得所述电连接延伸穿过所述织物衬底的厚度。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述应用包括丝网印刷、喷墨印刷、转印印刷、升华印刷和移印中的至少一种。
22.根据权利要求20所述的方法，所述方法还包括：
将所述电极固定到所述织物衬底上，所述固定包括将所述电极稍后印刷到底层上。
23.根据权利要求20所述的方法，所述方法还包括：
用导电底层和非导电底层中的至少一种制备所述织物衬底。
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