CN108784688A - 一种柔性非接触心电传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性非接触心电传感器及其制备方法,柔性非接触电极传感器包括柔性非接触电极;柔性非接触电极通过电容耦合原理将心电信号耦合到电极上,人体皮肤相当电容一极板,电极相当于另一极板;人体皮肤上的心电信号,可以耦合到电极上面;耦合到的心电信号微弱易受外界干扰,因此需要屏蔽层屏蔽外界干扰;而人体与电极、电极与屏蔽层都不能直接接触,因此在人体与电极之间和电极与屏蔽层之间增加绝缘层。本发明不使用导电膏不会造成皮肤过敏,可以长时间监测,重复使用。电极设计成圆形避免方形佩戴的不舒适。制作方法简单,造价低廉。柔性非接触电极比较薄,有一定的柔韧性,焊接牢固,导线不易脱落。因为有屏蔽,外界信号干扰小。
Description
技术领域
本实用型涉及测量人体的电信号技术,具体说是一种柔性非接触心电传感器及其制备方法。
背景技术
我国心血管病的发病比例高,为预防和监测其病情,需测量人体的电信号,其中心电、肌电都特别重要。为让心电电极传感器更好地采集到人体心电信号,科学家对其不断改进。
目前广泛使用的心电电极是接触式凝胶Ag/AgCl湿电极。在使用这种电极时需要要涂抹导电膏,长时间使用会导致过敏接触性皮炎,不适于长期穿戴。并且这种湿电极都是一次性的不能重复使用。
鉴于此,本设计采用电容耦合原理设计出柔性非接触电极,该电极采集到的信号驱动能力弱,因此设计了预处理电路提高负载能力。本文也针对电极结构,提出了其制作方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种可重复使用的,不会造成皮肤过敏的柔性非接触心电传感器。
本发明采用的技术方案是:
一种柔性非接触心电传感器,柔性非接触电极传感器包括柔性非接触电极;柔性非接触电极通过电容耦合原理将心电信号耦合到电极上,人体皮肤相当电容一极板,电极相当于另一极板;人体皮肤上的心电信号,可以耦合到电极上面;耦合到的心电信号微弱易受外界干扰,因此需要屏蔽层屏蔽外界干扰;而人体与电极、电极与屏蔽层都不能直接接触,因此在人体与电极之间和电极与屏蔽层之间增加绝缘层。
柔性非接触电极结构具有5层,包括绝缘底层;
绝缘底层上部设有电极层,电极层上部设有中间绝缘层,中间绝缘层上部设有金属屏蔽层,金属屏蔽层上部设有绝缘顶层;
其中电极层接有电极引脚;金属屏蔽层接有屏蔽引脚。
在柔性非接触电极结构中绝缘顶层、中间绝缘层、绝缘底层都使用聚酰亚胺绝缘材料制成,形状采用圆形结构,圆形结构的半径16~20mm;绝缘顶层厚度0.05mm,避免下面金属屏蔽层暴露在空气中氧化;同时,为了将电极层固定在皮肤上,使用医用胶带从绝缘顶层粘在皮肤上,而顶层的聚酰亚胺容易和医用胶带分离;避免绝缘层与电极层产生较大寄生电容,中间绝缘层厚为0.4~0.8mm;屏蔽层和电极层都是金属,即使屏蔽层接地,仍会产生寄生电容,对电极层耦合过来的心电信号有影响;为了减小影响,需要将屏蔽层与电极层之间的距离增大,从而减小寄生电容;但过大距离使得电极层体积增大,屏蔽效果变差;采用0.4~0.8mm的距离最合适,因此选用此距离作为中间绝缘层厚度;绝缘底层厚度0.05mm,避免电极层与人体直接接触;电极层和屏蔽层材料是导电性良好的金属,金属厚度为0.02mm;屏蔽层和电极层形状一样,只是大小参数不同;电极层的圆形部分直径是12mm,长方形部分用于焊接导线,长是3mm,宽是2mm;屏蔽层圆形部分14~16mm,屏蔽引脚的长是2~4mm,宽是3mm;传输电极层耦合过来的心电信号使用屏蔽传输导线,屏蔽传输导线的外层有铜网屏蔽外界干扰;屏蔽铜网焊接屏蔽层的屏蔽引脚,传输导线焊接电极层的电极引脚;屏蔽传输导线的另一端,铜网接预处理电路的地端,传输导线接输入端。
柔性非接触电极传感器包括预处理电路;
预处理电路与柔性非接触电极连接,将柔性非接触电极耦合到驱动能力不足的信号微弱进行预处理,预处理电路提高驱动能力,便于后续的放大滤波;预处理电路是将低噪声精密放大器设计成电压跟随器,提高了驱动能力同时保证原始信号不被后续处理电路影响;选用低噪声精密放大器必须能够放大uA级别的信号,为让放大器的偏置电流有回路,在INA+端接输入端,并联电阻R一端接地;电阻R影响放大器的噪声大小,选择阻值大小是1M的电阻R。
一种柔性非接触心电传感器的制备方法,
1)制作电极层,将厚度为0.02mm铜箔裁剪成圆形和矩形连接的形状,将直径0.3mm的细导线丝与电极引脚焊接;
2)制作屏蔽层,用酒精将电极层和屏蔽层擦拭干净,准备好有单面胶性的聚酰亚胺材料,先做好绝缘底层,有胶性的一面粘贴好屏蔽层,屏蔽层位置居中;
3)制作中间绝缘层,电极层粘上0.4~0.8mm的聚酰亚胺;然后粘上屏蔽层,将屏蔽引脚与电极引脚设有5~15度的角度差,便于焊接屏蔽引线,避免屏蔽引线与电极引线相接触;
4)在屏蔽层和电极层就制作完成后,将电极层与传输导线的焊接,先焊接电极层的导线丝与传输导线,然后用电工胶带绝缘;其次焊接屏蔽层和屏蔽传输导线,用电工胶带绝缘;焊接时注意不要让铜网和传输导线连接上,采用焊锡焊接,焊接连接的连接强度高,不易断开。
本发明的优点是:
本发明的传感器,不使用导电膏不会造成皮肤过敏,可以长时间监测,可重复使用。电极设计成圆形避免了方形佩戴的不舒适。电极制作方法简单,造价低廉。柔性非接触电极比较薄,有一定的柔韧性,焊接牢固,导线不易脱落。因为有屏蔽,外界信号干扰小。
附图说明
图1是本发明的剖面图。
图2是本发明的立体示意图。
图3是本发明的电极层示意图。
图4是本发明的预处理电路图。
具体实施方式
下面结合说明书附图1-4对本发明进一步详细说明。
一种柔性非接触心电传感器,柔性非接触电极传感器包括柔性非接触电极;柔性非接触电极通过电容耦合原理将心电信号耦合到电极上,人体皮肤相当电容一极板,金属电极相当于电极的另一极板;人体皮肤上的心电信号,可以耦合到金属电极上面;耦合到的心电信号微弱易受外界干扰,因此需要金属屏蔽层屏蔽外界干扰;而人体与电极、电极与金属屏蔽层都不能直接接触,因此在人体与电极之间和电极与金属屏蔽层之间增加绝缘层。
柔性非接触电极结构具有5层,包括绝缘底层1;
绝缘底层1上部设有电极层2,电极层2上部设有中间绝缘层4,中间绝缘层4上部设有金属屏蔽层5,金属屏蔽层5上部设有绝缘顶层7;
其中电极层2接有电极引脚3;金属屏蔽层5接有屏蔽引脚6。
在柔性非接触电极结构中绝缘顶层、中间绝缘层、绝缘底层都使用聚酰亚胺绝缘材料制成,形状采用圆形结构,圆形结构的半径16~20mm,采用没有棱角的圆形,不会扎伤皮肤;绝缘顶层厚度0.05mm,避免下面金属屏蔽层暴露在空气中氧化;同时,为了将电极层固定在皮肤上,使用医用胶带从绝缘顶层粘在皮肤上,而顶层的聚酰亚胺容易和医用胶带分离,这样电极层使用后好清理,便于下次使用;中间绝缘层厚0.4~0.8mm,避免绝缘层与电极层产生较大寄生电容;屏蔽层和电极层都是金属,即使屏蔽层接地,仍会产生寄生电容,对电极层耦合过来的心电信号有影响;为了减小影响,需要将屏蔽层与电极层之间的距离增大,从而减小寄生电容;但过大距离使得电极层体积增大,屏蔽效果变差;采用0.4~0.8mm的距离最合适,因此选用此距离作为中间绝缘层厚度;绝缘底层厚度0.05mm,避免电极层与人体直接接触;电极层和屏蔽层材料是导电性良好的金属,如金,银,铜,铝等;从经济角度和导电性角度考虑,使用铜最为合适,厚度为0.02mm;屏蔽层和电极层形状一样,只是大小参数不同;电极层的圆形部分直径是12mm,长方形部分用于焊接导线,长是3mm,宽是2mm;屏蔽层圆形部分14~16mm,屏蔽引脚的长是2~4mm,宽是3mm。传输电极层耦合过来的心电信号使用屏蔽传输导线,屏蔽传输导线的外层有铜网屏蔽外界干扰。屏蔽铜网焊接屏蔽层的屏蔽引脚,传输导线焊接电极层的电极引脚。屏蔽传输导线的另一端,铜网接预处理电路的地端,传输导线接输入端。
柔性非接触电极传感器包括预处理电路;
预处理电路与柔性非接触电极连接,将柔性非接触电极耦合到驱动能力不足的信号微弱进行预处理,预处理电路提高驱动能力,便于后续的放大滤波;预处理电路是将低噪声精密放大器设计成电压跟随器,提高了驱动能力同时保证原始信号不被后续处理电路影响;选用低噪声精密放大器必须能够放大uA级别的信号,精密放大器可用德州仪器的LMP7702或者OPA124;为让放大器的偏置电流有回路,在INA+端接输入端,并联电阻R一端接地;电阻R影响放大器的噪声大小,所以选择较大阻值的电阻R,阻值大小是1M。
一种柔性非接触心电传感器的制备方法,具体步骤如下:
1)制作电极层,将厚度为0.02mm铜箔裁剪成圆形和矩形连接的形状,将直径0.3mm的细导线丝与电极引脚焊接;
2)制作屏蔽层,用酒精将电极层和屏蔽层擦拭干净,准备好有单面胶性的聚酰亚胺材料,先做好绝缘底层,有胶性的一面粘贴好屏蔽层,屏蔽层位置居中;
3)制作中间绝缘层,电极层粘上0.4~0.8mm的聚酰亚胺;然后粘上屏蔽层,将屏蔽引脚与电极引脚设有5~15度的角度差,便于焊接屏蔽引线,避免屏蔽引线与电极引线相接触;
4)在屏蔽层和电极层就制作完成后,将电极层与传输导线的焊接,先焊接电极层的导线丝与传输导线,然后用电工胶带绝缘;其次焊接屏蔽层和屏蔽传输导线,用电工胶带绝缘;焊接时注意不要让铜网和传输导线连接上,采用焊锡焊接,焊接连接的连接强度高,不易断开。
Claims (5)
1.一种柔性非接触心电传感器,其特征在于:
柔性非接触电极传感器包括柔性非接触电极;柔性非接触电极通过电容耦合原理将心电信号耦合到电极上,人体皮肤相当电容一极板,电极相当于另一极板;人体皮肤上的心电信号,可以耦合到电极上面;耦合到的心电信号微弱易受外界干扰,因此需要屏蔽层屏蔽外界干扰;而人体与电极、电极与屏蔽层都不能直接接触,因此在人体与电极之间和电极与屏蔽层之间增加绝缘层。
2.根据权利要求1所述的一种柔性非接触心电传感器,其特征在于:
柔性非接触电极结构具有5层,包括绝缘底层;
绝缘底层上部设有电极层,电极层上部设有中间绝缘层,中间绝缘层上部设有金属屏蔽层,金属屏蔽层上部设有绝缘顶层;
其中电极层接有电极引脚;金属屏蔽层接有屏蔽引脚。
3.根据权利要求1所述的一种柔性非接触心电传感器,其特征在于:
在柔性非接触电极结构中绝缘顶层、中间绝缘层、绝缘底层都使用聚酰亚胺绝缘材料制成,形状采用圆形结构,圆形结构的半径16~20mm;绝缘顶层厚度0.05mm,避免下面金属屏蔽层暴露在空气中氧化;同时,为了将电极层固定在皮肤上,使用医用胶带从绝缘顶层粘在皮肤上,而顶层的聚酰亚胺容易和医用胶带分离;避免绝缘层与电极层产生较大寄生电容,中间绝缘层厚为0.4~0.8mm;屏蔽层和电极层都是金属,即使屏蔽层接地,仍会产生寄生电容,对电极层耦合过来的心电信号有影响;为了减小影响,需要将屏蔽层与电极层之间的距离增大,从而减小寄生电容;但过大距离使得电极层体积增大,屏蔽效果变差;采用0.4~0.8mm的距离最合适,因此选用此距离作为中间绝缘层厚度;绝缘底层厚度0.05mm,避免电极层与人体直接接触;电极层和屏蔽层材料是导电性良好的金属,金属厚度为0.02mm;屏蔽层和电极层形状一样,只是大小参数不同;电极层的圆形部分直径是12mm,长方形部分用于焊接导线,长是3mm,宽是2mm;屏蔽层圆形部分14~16mm,屏蔽引脚的长是2~4mm,宽是3mm;传输电极层耦合过来的心电信号使用屏蔽传输导线,屏蔽传输导线的外层有铜网屏蔽外界干扰;屏蔽铜网焊接屏蔽层的屏蔽引脚,传输导线焊接电极层的电极引脚;屏蔽传输导线的另一端,铜网接预处理电路的地端,传输导线接输入端。
4.根据权利要求1所述的一种柔性非接触心电传感器,其特征在于:
柔性非接触电极传感器包括预处理电路;
预处理电路与柔性非接触电极连接,将柔性非接触电极耦合到驱动能力不足的信号微弱进行预处理,预处理电路提高驱动能力,便于后续的放大滤波;预处理电路是将低噪声精密放大器设计成电压跟随器,提高了驱动能力同时保证原始信号不被后续处理电路影响;选用低噪声精密放大器必须能够放大uA级别的信号,为让放大器的偏置电流有回路,在INA+端接输入端,并联电阻R一端接地;电阻R影响放大器的噪声大小,选择阻值大小是1M的电阻R。
5.一种柔性非接触心电传感器的制备方法,其特征在于:
1)制作电极层,将厚度为0.02mm铜箔裁剪成圆形和矩形连接的形状,将直径0.3mm的细导线丝与电极引脚焊接;
2)制作屏蔽层,用酒精将电极层和屏蔽层擦拭干净,准备好有单面胶性的聚酰亚胺材料,先做好绝缘底层,有胶性的一面粘贴好屏蔽层,屏蔽层位置居中;
3)制作中间绝缘层,电极层粘上0.4~0.8mm的聚酰亚胺;然后粘上屏蔽层,将屏蔽引脚与电极引脚设有5~15度的角度差,便于焊接屏蔽引线,避免屏蔽引线与电极引线相接触;
4)在屏蔽层和电极层就制作完成后,将电极层与传输导线的焊接,先焊接电极层的导线丝与传输导线,然后用电工胶带绝缘;其次焊接屏蔽层和屏蔽传输导线,用电工胶带绝缘;焊接时注意不要让铜网和传输导线连接上,采用焊锡焊接,焊接连接的连接强度高,不易断开。
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