CN111650367A - 一种可穿戴式自供电汗液检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可穿戴式自供电汗液检测系统，涉及技术领域；自供电系统分别与敏感元件、数据处理器电连接，敏感元件与数据处理器连接，数据处理器包括信号采集与信号放大器、MCU、数据可视化器；信号采集与信号放大器与MCU连接，MCU与数据可视化器连接，自供电器与整流器连接，整流器与储能器连接；本发明检测不需要频繁的去医院采集血液利用医院现有的大型设备离心分离等步骤来检测血液中的成分，也不需要每日频繁扎破自身手指来进行测量，而且对于测量的时间也没有了限制；通过汗液检测传感器，可以监测汗液的状态，分析葡萄糖浓度以此来代针扎式的血糖检测，同时检测其他微量物质，来分析身体状态。
Description
技术领域
本发明属于血糖技术领域，具体涉及一种可穿戴式自供电汗液检测系统。
背景技术
葡萄糖是人体内最重要的化合物之一，也是组成动植物体内碳水化合物的最主要的成分，葡萄糖参与了所有动植物生命活动中的绝大部分的反应变化。在人体中，因为葡萄糖参与了人体内的大量的反应，所以葡萄糖的检测对人体状态的监测具有极其重要的意义，特别是检测代谢产物中的葡萄糖成分，来判断是否是糖代谢异常，来诊断是否是糖尿病。监测葡萄糖的代谢是十分重要的，因为在全世界中有数亿的糖尿病人。根绝国际糖尿病联合会（IDF）的统计，在全世界范围内平均每七秒钟的时间就会有一个人因为与糖尿病相关的并发症而死，因此这使得糖尿病成为了全球最主要的死亡原因之一。
现有常用的的自我监测设备存在很多的弊端，例如家用的血糖监测仪需要扎破手指部位来采取末梢血液来进行葡萄糖的检测，末梢血液相对于医院检测采集的静脉血液相比，由于末梢血液的循环较慢，容易混入组织液等因素。这就使得检测的结果会有一些偏差，只能提供给所需要的人们作为日常的血糖参考值使用。而静脉血液是人体内循环到四肢的血液，相比于末梢血液，静脉血液在医学分析上的参考价值就变得重要很多。但是一般除了医院等专业场所或者专业人士外，是无法采集静脉血进行检测的，所以想要进行自我监测就需要每日多次扎破自己手机才进行检测。这使得糖尿病的患者每日承受许多痛苦，甚至面临着着扎破的伤口感染的风险。
发明内容
为解决现有的问题；本发明的目的在于提供一种可穿戴式自供电汗液检测系统。
本发明的一种可穿戴式自供电汗液检测系统，包括敏感元件、数据处理器、自供电系统；自供电系统分别与敏感元件、数据处理器电连接，敏感元件与数据处理器连接，数据处理器包括信号采集与信号放大器、MCU、数据可视化器；信号采集与信号放大器与MCU连接，MCU与数据可视化器连接，自供电系统包括自供电器、整流器、储能器；自供电器与整流器连接，整流器与储能器连接。
作为优选，所述自供电器为水平滑动摩擦式供电器，靠水平滑动来产生摩擦电荷，水平滑动摩擦式的两个电介质层相互接触，并分别在电介质背面镀上金属电极，用导线将两电极接通，当摩擦发电层的两层电介质发生摩擦时，在电介质层接触的界面会产生相反电荷并聚集，同时产生静电感应效应，驱动电路中的电子发生流动。
作为优选，所述敏感元件利用石英晶振的自身特性固化单一选择性吸附薄膜，再在通过与含有葡萄糖的液体中会单一吸附葡萄糖，吸附完毕后，整体质量会发生变化，通过Sauerbrey方程如公式（1）可以得出其质量与频率之间的关系。在获得了石英音叉的频率后，进而仿真并总结出湿度与频率（质量）之间的敏感机理；
式中，为移频（Hz）参数，为质量（g）的变化，为石英音叉的基频（Hz），为表面积（m2），为石英晶体的密度（g/m3），为剪切模量（Pa）。
作为优选，所述敏感元件利用性能好的柔性材料作为基底例如聚对苯二甲酸乙二醇酯，在其表面使用化学电镀的方法制作金属电极的方式，制作成电子皮肤的电弧学传感器。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
一、检测不需要频繁的去医院采集血液利用医院现有的大型设备离心分离等步骤来检测血液中的成分，也不需要每日频繁扎破自身手指来进行测量，而且对于测量的时间也没有了限制。
二、通过汗液检测传感器，可以监测汗液的状态，分析葡萄糖浓度以此来代针扎式的血糖检测，同时检测其他微量物质，来分析身体状态。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明中自供电器平滑的流程图；
图3为本发明中敏感元件的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
如图1所示，本具体实施方式采用以下技术方案：包括敏感元件、数据处理器、自供电系统；自供电系统分别与敏感元件、数据处理器电连接，敏感元件与数据处理器连接，数据处理器包括信号采集与信号放大器、MCU、数据可视化器；信号采集与信号放大器与MCU连接，MCU与数据可视化器连接，自供电系统包括自供电器、整流器、储能器；自供电器与整流器连接，整流器与储能器连接。
如图2所示，所述自供电器为平滑动摩擦式是靠水平滑动来产生摩擦电荷，水平滑动摩擦式的两个电介质层相互接触，并分别在电介质背面镀上金属电极，用导线将两电极接通。当摩擦发电层的两层电介质发生摩擦时，在电介质层接触的界面会产生相反电荷并聚集，同时产生静电感应效应，驱动电路中的电子发生流动。这样的层式结构类似于电容，由于每一层都很薄，则在两摩擦层正对部分，两摩擦层间的正负电荷距离很近，正负电荷静电场相互抵消，所以在电极上不会产生感应电荷；而在摩擦层交错凸出的部分，两摩擦层间的静电场不会相互抵消，便会在电极上产生感应电荷。当上极板沿着某一方向滑动时图2（b）和（c），摩擦层间的正对面积逐渐减小，而交错凸出部分逐渐增多，两摩擦层间的凸出部分静电场不会相互抵消，于是电极板上受到的电场强度增强，便会在电极上产生感应电荷，驱动电极板间电荷流动而产生电流，电极板上感应电荷逐渐增多。当上极板继续向反方向滑动时图2（d），摩擦层间的正对面积逐渐增大，两摩擦层间正负电荷的静电场相互抵消，导致电极板上受到的电场强度减弱，之前电极板上积累的感应电荷在此时相互中和，在外电路产生反向电流。随着两者不断发生往复横向摩擦，两摩擦层间的正对面积发生周期性改变，会使电极上的感应电荷数量周期性变化，因而周期性输出交流电流。根据摩擦发电原理选择合适的电介质，完成自供电方案的设备的制作并使用。
敏感元件：方案一：利用石英晶振的自身特性固化单一选择性吸附薄膜，再在通过与含有葡萄糖的液体中会单一吸附葡萄糖，吸附完毕后，整体质量会发生变化，通过Sauerbrey方程如公式（1）可以得出其质量与频率之间的关系。在获得了石英音叉的频率后，进而仿真并总结出湿度与频率（质量）之间的敏感机理。
式中，为移频（Hz）参数，为质量（g）的变化，为石英音叉的基频（Hz），为表面积（m2），为石英晶体的密度（g/m3），为剪切模量（Pa）。
方案二：利用性能好的柔性材料作为基底例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate，简称PET），在其表面使用化学电镀的方法制作金属电极的方式，制作成类似电子皮肤的电弧学传感器如图3所示，图3中1为氧化酶。
最后，针对不同的测试环境如：PH值，葡萄糖含量等。进行自供电的葡萄糖检测的实验，通过不同葡萄糖含量的相同体积的少量液体，比较不同实验条件下的实验结果，完成传感器和自供电设备的性能分析。
根据自供电设备以及敏感元件设备，根据整流电路，储能元件等实现目标效果，制备成可穿戴式自供电汗液检测设备，
本具体实施方式的技术方案如下：
1. 探究自动供电系统的发电原理及其供电模式。
2. 研究葡萄糖传感器的敏感机理，找到传感器特性-葡萄糖含量之间的对应的关系并制作传感器。
3. 探究各材质的制作工艺；完成传感器的制作并计算出葡萄糖含量参数；完成自供电系统的制作。
4. 完成自供电传感器系统的数据测量验证。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.一种可穿戴式自供电汗液检测系统，其特征在于：包括敏感元件、数据处理器、自供电系统；自供电系统分别与敏感元件、数据处理器电连接，敏感元件与数据处理器连接，数据处理器包括信号采集与信号放大器、MCU、数据可视化器；信号采集与信号放大器与MCU连接，MCU与数据可视化器连接，自供电系统包括自供电器、整流器、储能器；自供电器与整流器连接，整流器与储能器连接。
2.根据权利要求1所述的一种可穿戴式自供电汗液检测系统，其特征在于：所述自供电器为水平滑动摩擦式供电器，靠水平滑动来产生摩擦电荷，水平滑动摩擦式的两个电介质层相互接触，并分别在电介质背面镀上金属电极，用导线将两电极接通，当摩擦发电层的两层电介质发生摩擦时，在电介质层接触的界面会产生相反电荷并聚集，同时产生静电感应效应，驱动电路中的电子发生流动。
3.根据权利要求1所述的一种可穿戴式自供电汗液检测系统，其特征在于：所述敏感元件利用石英晶振的自身特性固化单一选择性吸附薄膜，再在通过与含有葡萄糖的液体中会单一吸附葡萄糖，吸附完毕后，整体质量会发生变化，通过Sauerbrey方程如公式（1）可以得出其质量与频率之间的关系；在获得了石英音叉的频率后，进而仿真并总结出湿度与频率之间的敏感机理；
式中，为移频（Hz）参数，为质量（g）的变化，为石英音叉的基频（Hz），为表面积（m2），为石英晶体的密度（g/m3），为剪切模量（Pa）。
4.根据权利要求1所述的一种可穿戴式自供电汗液检测系统，其特征在于：所述敏感元件利用性能好的柔性材料作为基底例如聚对苯二甲酸乙二醇酯，在其表面使用化学电镀的方法制作金属电极的方式，制作成电子皮肤的电弧学传感器。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114397344A (zh) * | 2022-01-07 | 2022-04-26 | 湖北大学 | 单壁碳纳米管基柔性电极阵列和可穿戴传感器及其原位监测汗液的方法 |
| CN114740060A (zh) * | 2022-05-06 | 2022-07-12 | 苏州大学 | 可穿戴式无源的汗液检测装置 |
| TWI843374B (zh) * | 2022-12-30 | 2024-05-21 | 國立臺灣科技大學 | 自供電汗水感測裝置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105991062A (zh) * | 2015-03-18 | 2016-10-05 | 株式会社理光 | 发电元件和发电器 |
| CN106487270A (zh) * | 2015-09-01 | 2017-03-08 | 北京纳米能源与系统研究所 | 表征摩擦纳米发电机的品质因数的方法 |
| CN110477860A (zh) * | 2017-11-28 | 2019-11-22 | 王耀宁 | 一种全集成的汗液参数监测及分析的系统 |
-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105991062A (zh) * | 2015-03-18 | 2016-10-05 | 株式会社理光 | 发电元件和发电器 |
| CN106487270A (zh) * | 2015-09-01 | 2017-03-08 | 北京纳米能源与系统研究所 | 表征摩擦纳米发电机的品质因数的方法 |
| CN110477860A (zh) * | 2017-11-28 | 2019-11-22 | 王耀宁 | 一种全集成的汗液参数监测及分析的系统 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114397344A (zh) * | 2022-01-07 | 2022-04-26 | 湖北大学 | 单壁碳纳米管基柔性电极阵列和可穿戴传感器及其原位监测汗液的方法 |
| CN114740060A (zh) * | 2022-05-06 | 2022-07-12 | 苏州大学 | 可穿戴式无源的汗液检测装置 |
| CN114740060B (zh) * | 2022-05-06 | 2024-02-09 | 苏州大学 | 可穿戴式无源的汗液检测装置 |
| TWI843374B (zh) * | 2022-12-30 | 2024-05-21 | 國立臺灣科技大學 | 自供電汗水感測裝置 |
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