CN110403592A - 一种腕带式心率计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种腕带式心率计，包括腕带、设置在腕带上的排线和多根柔性导电纤维束导线，所述多根柔性导电纤维束纵横交叉叠放，且与排线连接构成阵列式应力传感器，多根柔性导电纤维束通过纺织线结编织在所述腕带上；所述列式应力传感器通过导线与外电路实现电连接。本发明具有使用方便快捷、不易脱落、抗运动干扰、分辨率高以及灵敏度高的优点。

Description

一种腕带式心率计

技术领域

本发明涉及可穿戴设备技术领域，特别是涉及一种腕带式心率计。

背景技术

随着社会经济的飞速发展，以至于生活生存所引起的压力不断威胁着人类的健康，而压力过大、精神紧张时往往会引起人的心率不正常，最后长期的心率不正会导致各种疾病。因此，人们的关注点已从饮食安全与医疗保障领域，转移到了对身体状况的实时监控领域中。国内外各类企业与科研机构为了满足这种日益增大的技术需求，纷纷开发出各种可穿戴式设备，尤其对于便携式心率计的研究引起广泛的关注。

目前市场上的心率计主要以腕带式结构作为主体，通过搭配不同类型的心率传感器组装成可穿戴式的心率计。根据探测原理，心率传感器的种类可分为光电式、压容式和压阻式，其中光电式因其具有非侵入、非接触的好处而被应用得最为广泛，然而由于腕带的松紧程度难以掌握，易造成光电式心率传感器测量误差，过松会引起探测信号过弱、过紧则使得穿戴者不适。除此之外，由于光电式心率传感器是通过光反射来测量心率：它是根据心脏跳动时，人体全身血管会有微小波动的原理，通过对皮下血管发射光束，实时检测反射光周期性的强度变化，从而得出人体的脉搏信号。该传感器使用时，会因为环境引起的光干扰、穿戴者的肤色、汗液以及脂肪厚度等因素也容易造成测量误差，且一旦传感器功能异常，则需要心率计整体更换，花费高昂。

因此，发明一种能准确、实时测量且保证良好的穿戴体验的腕带式心率计是便携式医疗设备发展的迫切需求。

发明内容

基于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种腕带式心率计，其具有使用方便快捷、不易脱落、抗运动干扰、分辨率高以及灵敏度高的优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种腕带式心率计，包括腕带、设置在腕带上的排线和多根柔性导电纤维束导线，所述多根柔性导电纤维束纵横交叉叠放，且与排线连接构成阵列式应力传感器，多根柔性导电纤维束通过纺织线结编织在所述腕带上；所述列式应力传感器通过导线与外电路实现电连接。

由此，本发明所述的腕带式心率计利用具有疏松结构的导电纤维束来构建基于导电纤维丝的阵列式应力传感器。在该阵列式应力传感器中，每个应力传感单元在外应力的作用下会发生压缩，导致每个应力传感单元分别有不同程度的电阻下降，通过测量每个应力传感单元电阻的变化率从而感应不同受力传感单元受到的力的大小，同时还利用了导电纤维本身的导电性，可充当导线无需要外加引线，从而降低器件的复杂性。另外，通过腕带卡合固定使得本发明的腕带式心率计能够使用方便快捷，而且不易脱落，从而提高穿戴体验感。

为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述多根柔性导电纤维束均包括多个疏松结构，多根柔性导电纤维束上的多个疏松结构互相纵横交叉叠放并形成多个应力传感单元。

为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述多个疏松结构均包括多根导电纤维丝，多根导电纤维丝之间存在多个空隙；每个应力传感单元表面的互相接触的导电纤维丝之间形成的导通电流通道的数量以及导电纤维丝之间的空隙随着外力的改变相应地发生改变。

为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述导电纤维丝为碳、金属或导电高分子材料。

为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述排线的数量为四条，四条排线排列成矩形结构，且分别与多根柔性导电纤维束连接。

为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述导线与排线连接。

为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述阵列式应力传感器包括4*4阵列的16个应力传感单元。

为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述腕带的两端设有卡扣件，用以卡合固定在人体上。

附图说明

图1为本发明的腕带式心率计的结构示意图；

图2为本发明的应力传感单元的结构示意图；

图3为本发明的柔性导电纤维束的结构示意图；

图4为本发明的腕带式心率计测量手腕脉搏的心率响应图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域的普通技术人员应能理解其他可能得实施方式以及本发明的优点。

请参阅同时图1至图4。

本发明的腕带式心率计，其包括腕带10、设置在腕带10上的排线20和多根柔性导电纤维束导线30，所述多根柔性导电纤维束30纵横交叉叠放，且与排线20连接构成阵列式应力传感器，多根柔性导电纤维束30通过纺织线结编织在所述腕带10上；所述列式应力传感器通过导线40与外电路实现电连接。另外，所述导线40与排线20连接。

其中，所述多根柔性导电纤维束30均包括多个疏松结构50，多根柔性导电纤维束30上的多个疏松结构50互相纵横交叉叠放并形成多个应力传感单元60。

具体地，所述多个疏松结构50均包括多根导电纤维丝51，多根导电纤维丝51之间存在多个空隙；每个应力传感单元60表面的互相接触的导电纤维丝51之间形成的导通电流通道的数量以及导电纤维丝51之间的空隙随着外力的改变相应地发生改变。另外，所述导电纤维丝51为碳、金属或导电高分子材料。

本实施例中，优选地，所述排线20的数量为四条，四条排线20排列成矩形结构，且分别与多根柔性导电纤维束30连接。另外，所述阵列式应力传感器包括4*4阵列的16个应力传感单元60。所述腕带10的两端设有卡扣件，用以卡合固定在人体上。

另外，本发明的4*4个应力传感单元60编织在腕带10的内侧形成一个传感器阵列，贴在人的手腕处，测量人静止状态的脉搏信号。测试的结果如图4所示，在脉搏的所产生的应力作用下，阵列式传感器的电阻迅速下降，并随着脉搏的鼓动呈现出周期性的变化，每个波峰的间隔约为0.75s(相当于心率为80/min),处于人的正常心率范围之内，而且脉搏的应力作用可产生约为1.8％的电阻变化率，后续可通过电路将信号放大和滤波处理，以达到更加清晰直观的心率信号。基于此，通过变力响应测试和心率的测试，充分证明本发明的一次性心率计从原理上具有一定的可行性，能够配合相关的电路和纺织制作工艺拓展应用前景，以合理简单的生产工艺制作出一款高灵敏度的具有全纺织材料应力传感器的一次性心率计。

以下说明本发明的腕带式心率计的工作原理：

首先采用多根导电纤维丝51组成具有疏松结构50的导电纤维束30，并通过设置多根导电纤维束30的多个疏松结构50分别一一对应交叉叠放并形成多个应力传感单元60；其次，利用导电纤维束30作为引线与外围电路实现电连接，使得电流流过具有疏松结构50的应力传感单元60；最后，在不同应力的作用下，具有疏松结构50的每个应力传感单元60的电阻分别有不同程度的下降，并且每个应力传感单元60的电阻的变化率与所受外力的大小成对应关系，在撤外力后，每个应力传感单元60可恢复到初始的电阻值。

与现有技术相比，本发明所述的腕带式心率计利用具有疏松结构的导电纤维束来构建基于导电纤维丝的阵列式应力传感器。在该阵列式应力传感器中，每个应力传感单元在外应力的作用下会发生压缩，导致每个应力传感单元分别有不同程度的电阻下降，通过测量每个应力传感单元电阻的变化率从而感应不同受力传感单元受到的力的大小，同时还利用了导电纤维本身的导电性，可充当导线无需要外加引线，从而降低器件的复杂性。另外，通过单面柔性贴纸使得本发明的腕带式心率计能够使用方便快捷，而且不易脱落，从而提高穿戴体验感。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明腕带式心率计范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种腕带式心率计，其特征在于：包括腕带、设置在腕带上的排线和多根柔性导电纤维束导线，所述多根柔性导电纤维束纵横交叉叠放，且与排线连接构成阵列式应力传感器，多根柔性导电纤维束通过纺织线结编织在所述腕带上；所述列式应力传感器通过导线与外电路实现电连接。

2.根据权利要求1所述的腕带式心率计，其特征在于：所述多根柔性导电纤维束均包括多个疏松结构，多根柔性导电纤维束上的多个疏松结构互相纵横交叉叠放并形成多个应力传感单元。

3.根据权利要求2所述的腕带式心率计，其特征在于：所述多个疏松结构均包括多根导电纤维丝，多根导电纤维丝之间存在多个空隙；每个应力传感单元表面的互相接触的导电纤维丝之间形成的导通电流通道的数量以及导电纤维丝之间的空隙随着外力的改变相应地发生改变。

4.根据权利要求3所述的腕带式心率计，其特征在于：所述导电纤维丝为碳、金属或导电高分子材料。

5.根据权利要求1所述的腕带式心率计，其特征在于：所述排线的数量为四条，四条排线排列成矩形结构，且分别与多根柔性导电纤维束连接。

6.根据权利要求1所述的腕带式心率计，其特征在于：所述导线与排线连接。

7.根据权利要求2所述的腕带式心率计，其特征在于：所述阵列式应力传感器可以包括4*4阵列的16个应力传感单元。

8.根据权利要求1所述的腕带式心率计，其特征在于：所述腕带的两端设有卡扣件，用以卡合固定在人体上。