CN111358461B

CN111358461B - 生理信号传感器及生理信号感测方法

Info

Publication number: CN111358461B
Application number: CN201910103211.0A
Authority: CN
Inventors: 游奕欣
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2023-03-07
Anticipated expiration: 2039-02-01
Also published as: CN111358461A; TW202023471A; TWI686171B

Abstract

一种生理信号传感器，其包含有电极层、压力感测层及控制器。电极层设置于皮肤上以感测生理信号。压力感测层感测电极层的压力信号。控制器与电极层及压力感测层连接，并输出生理信号及根据压力信号输出测量提示信号。

Description

生理信号传感器及生理信号感测方法

技术领域

本发明涉及一种生理信号传感器，特别涉及一种能判断生理信号是否受到噪声干扰的生理信号传感器。本发明还涉及此生理信号传感器的生理信号感测方法。

背景技术

一般而言，为了测量受测者的生理信号，通常会利用绑带将干式电极固定于此受测者的皮肤上，以感测此受测者的生理信号，再通过测量仪器显示此生理信号。然而，干式电极容易受到环境因素的影响；例如，若此受测者没有适当的配戴干式电极，干式电极可能没有完全服贴此受测者的皮肤；此时，干式电极测量的生理信号可能受到噪声干扰；例如，若此受测者没有适当的配戴干式电极，导致有不当外力施加于干式电极；此时，干式电极测量的生理信号同样可能受到噪声干扰。因此，现有的生理信号技术并无法有效地判断生理信号是否有受到噪声干扰。

此外，由于现有的干式电极容易受到噪声的干扰，因此测量仪器可能需要通过复杂的算法才能滤除噪声；因此，现有的生理信号技术使用上极为不便且缺乏效率。

另外，为了使干式电极能具有柔软度提升，干式电极的阻抗通常大于100Ω，使干式电极能服贴受测者的皮肤，使受测者能舒适地配戴干式电极，并降低接触阻抗；然而，干式电极的高阻抗容易影响生理信号的精确度。

再者，部分干式电极采用硬度较高的材料制成，其可降低干式电极的阻抗，以提升生理信号的精确度；然而，由于上述的干式电极采用硬度较高的材料制成，故可能会导致较高的接触阻抗，且受测者无法舒适地配戴干式电极。

因此，如何提出一种生理信号测量技术，能够有效改善现有技术的生理信号测量系统的各种限制已成为一个刻不容缓的问题。

发明内容

有鉴于上述现有技术的问题，本发明的其中一目的就是在提供一种生理信号传感器及其方法，由此解决现有技术的生理信号测量系统的各种限制。

根据本发明的其中一目的，提出一种生理信号传感器，其包含有电极层、压力感测层及控制器。电极层设置于皮肤上以感测生理信号。压力感测层感测电极层的压力信号。控制器与电极层及压力感测层连接，并输出生理信号及根据压力信号输出测量提示信号。

根据本发明的其中一目的，再提出一种生理信号传感器，其包含有电极层、压电感测层及控制器。电极层设置于皮肤上以感测生理信号。压电感测层感测电极层的压电信号。控制器与电极层及压电感测层连接，并输出生理信号及根据压电信号输出测量提示信号。

根据本发明的其中一目的，又提出一种生理信号感测方法，其包含有下列步骤：通过电极层感测皮肤以产生生理信号；利用压力感测层感测电极层的压力信号；以压电感测层感测电极层的压电信号；以及通过控制器输出生理信号，并根据压力信号及压电信号输出测量提示信号。

附图说明

图1为本发明的第一实施例的生理信号传感器的结构图。

图2为本发明的第一实施例的流程图。

图3为本发明的第二实施例的生理信号传感器的结构图。

图4为本发明的第二实施例的流程图。

图5为本发明的第三实施例的生理信号传感器的结构图。

图6为本发明的第三实施例的流程图。

符号说明

1、2、3 生理信号传感器

11、21、31 电极层

12、32 第一绝缘层

13、33 压力感测层

14、24、34 控制器

25、35 第二绝缘层

26、36 压电感测层

S 皮肤

PS 生理信号

P 压力信号

E 压电信号

MC 测量正确信号

MR 测量错误信号

S21～S24、S41～S44、S61～S66 步骤流程

具体实施方式

以下将参照相关图式，说明根据本发明的生理信号传感器及其方法的实施例，为了清楚与方便图式说明之故，图式中的各部件在尺寸与比例上可能会被夸大或缩小地呈现。在以下描述和/或权利要求中，当提及元件「连接」或「耦合」至另一元件时，其可直接连接或耦合至该另一元件或可存在介入元件；而当提及元件「直接连接」或「直接耦合」至另一元件时，不存在介入元件，用于描述元件或层之间的关系的其他字词应以相同方式解释。为使便于理解，下述实施例中的相同元件以相同的符号标示来说明。

请参阅图1，其为本发明的第一实施例的生理信号传感器的结构图。如图所示，生理信号传感器1包含有电极层11、第一绝缘层12、压力感测层13及控制器14。

电极层11设置于受测者的皮肤S上以感测生理信号PS；其中，电极层11可由柔性可弯折且可拉伸的材料制成。在实施例中，电极层11可由硅-银基材料制成；在实施例中，生理信号PS可为肤电(Electrodermal activity，EDA)信号或肌电(Electromyography，EMG)信号。

压力感测层13感测电极层11的压力信号P，此压力信号P能作为判断生理信号PS的优劣的辅助信号；在实施例中，压力感测层13可为压阻材料或压电材料制成。

第一绝缘层12设置于电极层11及压力感测层13之间以隔离电极层11及压力感测层13；在实施例中，第一绝缘层12可为塑胶制成。

控制器14与电极层11及压力感测层13连接，并输出生理信号PS；在实施例中，控制器14可为微控制器或其它类似的元件。

控制器14能根据压力信号P判断生理信号PS的优劣，并根据压力信号P产生测量提示信号，再输出生理信号PS及测量提示信号。当压力信号P落在预设范围内，控制器14判断电极层11与皮肤S有接触；然后，控制器14输出生理信号PS及测量正确信号MC。相反的，当压力信号P未落在此预设范围内，控制器14判断电极层11与皮肤S未接触；然后，控制器14输出生理信号PS及测量错误信号ME。不同的测试项目可能有不同的测试范围；测试者可根据测试项目的测试条件决定上述的预设范围；在实施例中，上述的预设范围可为0.098牛顿至4牛顿之间；在另一实施例中，上述的预设范围可为4牛顿至6牛顿之间；在又一实施例中，上述的预设范围可为6牛顿至10牛顿之间。

通过上述的机制，控制器14则能够有效地判断生理信号传感器1的电极层11有没有脱落及是否确实有接触皮肤S，并在电极层11与皮肤S未接触时产生测量错误信号ME，使测量人员可以得知生理信号PS并没有正确地被测量，故可以有效地提升生理信号测量的精确度。

此外，电极层11可由硅-银基材料制成，其为柔性可弯折且可拉伸的材料，且其阻抗小于10Ω；因此，电极层11能有效地提升生理信号的精确度，使用者也能舒适地配戴生理信号传感器1。

当然，上述仅为举例，生理信号传感器1的结构及其各元件之间的协同关系均可根据实际需求变化，本发明并不以此为限。

请参阅图2，其为本发明的第一实施例的流程图。如图所示，本实施例的生理信号传感器1的生理信号感测方法包含下列步骤：

步骤S21：通过电极层感测皮肤以产生生理信号。

步骤S22：利用压力感测层感测电极层的压力信号。

步骤S23：当压力信号落在预设范围内时，控制器判断电极层与皮肤有接触，并输出生理信号及测量正确信号。

步骤S24：当压力信号未落在预设范围内时，控制器判断电极层与皮肤未接触，并输出生理信号及测量错误信号。

请参阅图3，其为本发明的第二实施例的生理信号传感器的结构图。如图所示，生理信号传感器2包含有电极层21、第二绝缘层25、压电感测层26及控制器24。

电极层21设置于受测者的皮肤S上以感测生理信号PS。

压电感测层26感测电极层21的压电信号E，此压电信号E能作为判断生理信号PS的优劣的辅助信号；在实施例中，压电感测层23可为压阻材料或压电材料制成。

第二绝缘层25设置于电极层21及压电感测层26之间以隔离电极层21及压电感测层26；在实施例中，第二绝缘层25可为塑胶制成。

控制器24与电极层21及压电感测层26连接，并输出生理信号PS。

控制器24能根据压电信号E判断生理信号PS的优劣，并根据压电信号E产生测量提示信号，再输出生理信号PS及测量提示信号。当压电信号E显示压电感测层26为固定形变，控制器24判断施加电极层21的外力为稳定；然后，控制器14输出生理信号PS及测量正确信号MC。相反的，当压电信号E显示压电感测层26为非固定形变，控制器24判断施加电极层21的外力不稳定；然后，控制器14输出生理信号PS及测量错误信号ME。

通过上述的机制，控制器14则能够有效地判断生理信号传感器1的电极层11是否适当地固定于皮肤S上及是否有被因不当外力而产生的噪声干扰，并在电极层11被噪声干扰时产生测量错误信号ME，使测量人员可以得知生理信号PS并没有正确地被测量，故可以有效地提升生理信号测量的精确度。

当然，上述仅为举例，生理信号传感器2的结构及其各元件之间的协同关系均可根据实际需求变化，本发明并不以此为限。

请参阅图4，其为本发明的第二实施例的流程图。如图所示，本实施例的生理信号传感器2的生理信号感测方法包含下列步骤：

步骤S41：通过电极层感测皮肤以产生生理信号。

步骤S42：利用压电感测层感测电极层的压电信号。

步骤S43：当压电信号显示压电感测层为固定形变时，控制器判断施加电极层的外力为稳定，并输出生理信号及测量正确信号。

步骤S44：当压电信号显示压电感测层为非固定形变时，控制器判断施加电极层的外力不稳定，并输出生理信号及测量错误信号。

值得一提的是，现有的干式电极容易受到环境因素的影响，故测量的生理信号可能受到噪声干扰；然而，现有的干式电极缺乏有效的机制以判断生理信号是否有受到噪声干扰。相反的，根据本发明的实施例，生理信号传感器包含压力感测层，其能感测电极层的压力信号，其能作为辅助信号以判断电极层与是否与皮肤有接触，使生理信号传感器能有效地判断生理信号是否正确地被测量，以提升生理信号测量的精确度。

另外，根据本发明的实施例，生理信号传感器包含压电感测层，其能感测电极层的压电信号，其能作为辅助信号以判断施加电极层的外力是否为稳定，使生理信号传感器能有效地判断生理信号是否正确地被测量，以提升生理信号测量的精确度。

此外，由于现有的干式电极容易受到噪声的干扰，因此测量仪器可能需要通过复杂的算法才能滤除噪声；因此，现有的生理信号技术使用上极为不便且缺乏效率。相反的，根据本发明的实施例，生理信号传感器能提供判断生理信号是否正确地被测量的辅助信号，因此使用上不但更为方便且能达到较高的效率。

另外，根据本发明的实施例，生理信号传感器的电极为柔性可拉伸的硅-银基材料制成，其不但能降低感测电极的阻抗，且使电极的柔软度提升，故受测者能舒适地配带生理信号传感器。由上述可知，本发明的实施例的生理信号传感器确实可以达到无法预期的技术效果。

请参阅图5，其为本发明的第三实施例的生理信号传感器的结构图。如图所示，生理信号传感器3包含有电极层31、第一绝缘层32、压力感测层33、第二绝缘层35、压电感测层36及控制器34。

电极层31设置于受测者的皮肤S上以感测生理信号PS。

压力感测层33感测电极层31的压力信号P。

压电感测层36感测电极层31的压电信号E。

第一绝缘层32设置于电极层31及压力感测层33之间以隔离电极层31及压力感测层33。

第二绝缘层35设置于压力感测层33及压电感测层36之间以隔离压力感测层33及压电感测层36。

控制器34与电极层31、压力感测层33及压电感测层36连接，并输出生理信号PS。

与前述实施例不同的是，本实施例的生理信号传感器3同时包含压力感测层33及压电感测层36；因此，控制器34能根据压力信号P及压电信号E判断生理信号PS的优劣，并根据压力信号P及压电信号E产生测量提示信号，再输出生理信号PS及测量提示信号。

当压力信号P落在预设范围内且压电信号E显示压电感测层36为固定形变时，控制器34判断电极层31与皮肤S有接触且施加电极层31的外力为稳定，并输出生理信号PS及测量正确信号MC。

当压力信号P落在预设范围内且压电信号E显示压电感测层36为非固定形变时，控制器34判断电极层31与皮肤S有接触但施加电极层31的外力不稳定，并输出生理信号PS及测量错误信号ME。

当压力信号P未落在预设范围内且压电信号E显示压电感测层36为固定形变时，控制器34判断电极层31与皮肤S未接触但施加电极层31的外力为稳定，并输出生理信号PS及测量错误信号ME。

当压力信号P未落在预设范围内且压电信号E显示压电感测层36为非固定形变时，控制器34判断电极层31与皮肤S未接触且施加电极层31的外力不稳定，并输出生理信号PS及测量错误信号ME。

通过上述的机制，控制器14则能够有效地判断生理信号传感器1的电极层11是否确实有接触皮肤S以及是否有被因不当外力而产生的噪声干扰，并在电极层11没有接触皮肤S或被噪声干扰时产生测量错误信号ME，使测量人员可以得知生理信号PS并没有正确地被测量，故可以有效地提升生理信号测量的精确度。

当然，上述仅为举例，生理信号传感器3的结构及其各元件之间的协同关系均可根据实际需求变化，本发明并不以此为限。

请参阅图6，其为本发明的第三实施例的流程图。如图所示，本实施例的生理信号传感器3的生理信号感测方法包含下列步骤：

步骤S61：通过电极层感测皮肤以产生生理信号，并进入步骤S62。

步骤S62：利用压力感测层感测电极层的压力信号，并进入步骤S63。

步骤S63：经由压电感测层感测电极层的压电信号，并进入步骤S64。

步骤S64：由控制器判断压力信号是否落在预设范围内？若是，则进入步骤S65；若否，则进入步骤S651。

步骤S65：由控制器根据压电信号判断压电感测层是否为固定形变？若是，则进入步骤S66；若否，则进入步骤S651。

步骤S651：控制器输出生理信号及测量错误信号。

步骤S66：控制器输出生理信号及测量正确信号。

综上所述，根据本发明的实施例，生理信号传感器包含压力感测层，其能感测电极层的压力信号，其能作为辅助信号以判断电极层与是否与皮肤有接触，使生理信号传感器能有效地判断生理信号是否正确地被测量，以提升生理信号测量的精确度。

此外，根据本发明的实施例，生理信号传感器能提供判断生理信号是否正确地被测量的辅助信号，因此使用上不但更为方便且能达到较高的效率。

再者，根据本发明的实施例，生理信号传感器的电极为柔性可拉伸的硅-银基材料制成，其不但能降低感测电极的阻抗，且使电极的柔软度提升，故受测者能舒适地配带生理信号传感器。

可见本发明在突破先前的技术的情况下，确实已达到所要增进的功效，且也非本领域技术人员所易于想到的，其具备进步性、实用性。

以上所述仅为举例性，而非为限制性。其它任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应该包含于所附的权利要求中。

Claims

1.一种生理信号传感器，其包含有：

电极层，设置于皮肤上以感测生理信号；

压力感测层，感测该电极层的压力信号；以及

控制器，与电极层及该压力感测层连接，并输出该生理信号及根据该压力信号输出测量提示信号,

其中，该生理信号传感器还包含压电感测层，与该控制器连接，并感测该电极层的压电信号，且根据该压电信号判断该生理信号是否受到噪声干扰，当该压电信号显示该压电感测层为固定形变时，该控制器判断施加该电极层的外力为稳定；当该压电信号显示该压电感测层为非固定形变时，该控制器判断施加该电极层的外力不稳定。

2.如权利要求1所述的生理信号传感器，其中当该压力信号落在预设范围内时，该控制器判断该电极层与该皮肤有接触；当该压力信号未落在该预设范围内时，该控制器判断该电极层与该皮肤未接触。

3.如权利要求1所述的生理信号传感器，还包含第一绝缘层，设置于该电极层及该压力感测层之间。

4.如权利要求3所述的生理信号传感器，还包含第二绝缘层，设置于该压力感测层及该压电感测层之间。

5.如权利要求1所述的生理信号传感器，其中该电极层为柔性可弯折且可拉伸的材料制成。

6.如权利要求1所述的生理信号传感器，其中该电极层为硅-银基材料制成。

7.一种生理信号感测方法，其包含有:

通过电极层感测皮肤以产生生理信号；

利用压力感测层感测该电极层的压力信号；

以压电感测层感测该电极层的压电信号；以及

通过控制器输出该生理信号及根据该压力信号及该压电信号输出测量提示信号，

其中当该压电信号显示该压电感测层为固定形变时，该控制器判断施加该电极层的外力为稳定；当该压电信号显示该压电感测层为非固定形变时，该控制器判断施加该电极层的外力不稳定。

8.如权利要求7所述的生理信号感测方法，其中当该压力信号落在预设范围内且该压电信号显示该压电感测层为固定形变时，该控制器判断该电极层与该皮肤有接触且施加该电极层的外力为稳定，并输出该生理信号及测量正确信号。

9.如权利要求7所述的生理信号感测方法，其中当该压力信号落在预设范围内且该压电信号显示该压电感测层为非固定形变时，该控制器判断该电极层与该皮肤有接触但施加该电极层的外力不稳定，并输出该生理信号及测量错误信号。

10.如权利要求7所述的生理信号感测方法，其中当该压力信号未落在预设范围内且该压电信号显示该压电感测层为固定形变时，该控制器判断该电极层与该皮肤未接触但施加该电极层的外力为稳定，并输出该生理信号及测量错误信号。

11.如权利要求7所述的生理信号感测方法，其中当该压力信号未落在预设范围内且该压电信号显示该压电感测层为非固定形变时，该控制器判断该电极层与该皮肤未接触且施加该电极层的外力不稳定，并输出该生理信号及测量错误信号。