CN112773347B - 一种可穿戴式高精度血压测量系统 - Google Patents

Abstract

一种可穿戴式高精度血压测量系统包括微泵、微阀、气囊、气压传感器、多脉搏传感器阵列以及处理装置，处理装置与微泵、微阀、气压传感器及多脉搏传感器阵列连接，微泵、微阀和气压传感器均连通气囊，多脉搏传感器阵列固定在气囊上，气囊用于佩戴在手腕，气压传感器用于检测气囊内的气压，工作时微阀关闭，处理装置控制微泵向气囊内充气，多脉搏传感器阵列由充气膨胀后的气囊压在手腕上，处理装置在通过微泵和微阀控制气囊内的气压变化的过程中，通过气压传感器测量气压，通过脉搏传感器测量脉搏，并根据测得的气压和脉搏数据计算出血压。该测量系统能够方便且精准地测量出血压，在血压的日常监测和家庭医疗护理中具有广泛的应用前景。

Description

一种可穿戴式高精度血压测量系统

技术领域

本发明涉及一种可穿戴式高精度血压测量系统。

背景技术

血液具有为靶器官输送养分、排出代谢废物的功能，因此心血管系统的正常与否对人体的健康状况至关重要。血压是周期性的血液流动对血管壁的冲击压力，是最重要、最常用的心血管参数之一，在临床治疗和家庭护理中应用广泛。血压过低意味着心脏泵血能力不足，容易造成靶器官缺血；而血压过高会造成血管破裂，引起血脂血糖的异常。持续性的血压异常还会引起神志不清、靶器官病变、中风、心梗等并发症。对血压的高精度实时测量具有很高的医疗价值。

对血压测量的金标准是柯氏音听诊法，但这需要有经验的医生进行测量，普通使用者很容易引入主观因素，反而降低测量精度；而且该方法所使用的装置并不是可穿戴式或便携式的，不能满足日常生活中随时测量血压的需求。此外，还已经出现了一些商用的可穿戴式电子血压计，它们通过示波法实现血压的实时测量。但这些电子血压计大多数都是基于测量气压的压阻式硅基芯片、通过测量脉搏搏动引起袖带气囊内的气压变化来间接测量脉搏的。这一过程是间接测量脉搏的，因而极易受到肢体运动、深呼吸等外界因素的干扰，这也是一些商用电子血压计精度不足或严格限制测量姿势的原因。通常认为，对于电子血压计，测量结果与标准值的误差在±5mmHg以内被认为是可靠的。因此对于大多数电子血压计，提高测量精度以获取医疗认证是一个重要的挑战。急需一种能够以高精度、高稳定性测量血压的可穿戴装置，并对肢体运动、深呼吸等因素具有一定的抗干扰能力。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述背景技术存在的问题，提供一种可穿戴式高精度血压测量系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种可穿戴式高精度血压测量系统，包括微泵、微阀、气囊、气压传感器、多脉搏传感器阵列以及处理装置，所述处理装置与所述微泵、所述微阀、所述气压传感器及所述多脉搏传感器阵列连接，所述微泵、所述微阀和所述气压传感器均连通所述气囊，所述多脉搏传感器阵列固定在所述气囊上，所述气囊用于佩戴在手腕，所述气压传感器用于检测所述气囊内的气压，工作时所述微阀关闭，所述处理装置控制所述微泵向所述气囊内充气，所述多脉搏传感器阵列由充气膨胀后的所述气囊压在手腕上，所述处理装置在通过所述微泵和所述微阀控制所述气囊内的气压变化的过程中，通过所述气压传感器测量气压，通过各脉搏传感器测量脉搏，并根据测得的气压和各脉搏数据计算出多个血压，得到平均血压。

进一步地：

所述通过所述微泵和所述微阀控制所述气囊内的气压变化的过程包括：在开始阶段，所述微阀关闭，通过所述微泵对所述气囊快速加压，直至血流阻断；通过所述微泵和所述微阀使所述气囊内的气压逐步降低直至所述气囊内的气压降至大气压；所述处理装置在气压下降的过程中通过所述气压传感器实时测量气压，并每隔设定的压力值将气压保持一段时间并在该段时间通过各脉搏传感器完成脉搏幅值的测量，根据测量结果生成脉搏幅值随气压变化的多个曲线，并根据所述脉搏幅值随气压变化的多个曲线计算出多个血压，得到平均血压。

所述处理装置将脉搏幅值为最高值的0.85倍时所对应的压力值确定为舒张压，将脉搏幅值为最高值的0.55倍时所对应的压力值确定为收缩压。

所述处理装置在检测到所述气囊内的气压超过了安全阈值而血流仍未阻断时，控制关闭所述微泵并打开所述微阀。

所述处理装置还将所述平均血压与血压的健康阈值进行比较，并根据比较结果生成反映血压健康情况的检测结果。

所述脉搏传感器为柔性压力传感器，包括依次层叠在一起的第一金属电极层、第一驻极体层、第二驻极体层以及第二金属电极层，所述第一驻极体层与所述第二驻极体层之间具有空气腔，所述空气腔内的空气经电晕极化电离出的正负电荷分别由所述第一驻极体层和所述第二驻极体层捕获而形成电荷偶极子，初始状态下所述电荷偶极子与所述第一、第二金属电极层上的感应电荷形成电场平衡，当所述传感器受压变形时，偶极矩改变，所述感应电荷转移而在外电路上形成电流，当释放压力时，所述传感器由于自身弹性恢复原状，在外电路上形成反向的电流并恢复所述电场平衡。

所述第一驻极体层和/或所述第二驻极体层的内表面上具有凹槽。

所述第一驻极体层的内表面上具有相互平行的多个第一条形凹槽，所述第二驻极体层的内表面上具有相互平行的多个第二条形凹槽，所述第一条形凹槽和所述第二条形凹槽彼此相对，优选还彼此垂直。

所述第一驻极体层和/或所述第二驻极体层的材料选自氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)；所述第一金属电极层和/或所述第二金属电极层的材料选自金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、铬(Cr)。

由所述第一驻极体层与所述第二驻极体层共同形成封闭的空气腔。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提出了一种基于多传感器阵列的可穿戴式高精度血压测量系统，有效克服了传统的柯氏音听诊法不能实时测量血压、主观因素强、普通使用者难以精确测量的弊端。与现有的电子血压计相比，本发明的可穿戴式高精度血压测量系统使用气压传感器和多个压力传感器相配合通过测量脉搏和气压来测血压，并取均值，解决了前者测量结果不稳定、易受环境干扰的缺点，多脉搏传感器阵列固定在气囊上直接测量脉搏搏动，也避免压阻式芯片等间接测量方式中稳定性差、易受环境干扰的缺点，能够方便且精准地测量出血压。本发明的可穿戴式高精度血压测量系统在血压的日常监测、家庭医疗护理和智慧医疗中具有广泛的应用前景。本发明提出的血压测量系统还适于结合到表带、手环结构或手动加压结构8等可穿戴设备。

优选实施例提供的柔性压力传感器中具有长时间稳定储存电荷的能力，这使得该传感器可以长期使用而不会有性能上的衰减，即具有优异的稳定性，能够长时间地稳定测量脉搏。另外，该传感器灵敏度高，能够以很小的面积测量脉搏，这对于指尖脉搏、静脉脉搏的测量也十分有利。本发明的传感器可实现十分轻薄，具有很好的柔性，可以与皮肤表面良好地接触以获得更清晰的脉搏信号，具有轻薄、柔性、精度高、稳定性好的优点，而且在长时间佩戴时不会给使用者造成不适感。便于同时制作多个传感器，满足实际应用对大批量生产、快速制作成型的需求。

附图说明

图1为本发明实施例的一种可穿戴式高精度血压测量系统的结构示意图。

图2a和图2b为本发明实施例的可穿戴式高精度血压测量系统在手腕处采用自动加压和手动加压的工作示意图。

图3为本发明实施例的血压测量的工作流程图。

图4为本发明实施例的气囊袖带内气压值(静压力)和相应的脉搏幅值随工作时间的变化情况。

图5为本发明实施例的脉搏幅值–静压力示例性曲线和示波法计算血压值的原理示意图。

图6为本发明实施例的从脉搏数据计算血压的算法流程图。

图7为本发明一种实施例的传感器制作流程图。

图8a为本发明一种实施例的传感器的结构示意图。

图8b为图8a所示传感器沿I–I线的截面图。

图8c为图8a所示传感器的分解示意图。

图9为本发明一种实施例的传感器的工作原理。

图10为本发明实施例的三个传感器各自的测量结果及其均值与欧姆龙的标准值的比较图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参阅图1至图6，在一种实施例中，一种可穿戴式高精度血压测量系统，包括微泵、微阀、气囊、气压传感器、多脉搏传感器阵列以及处理装置，所述处理装置与所述微泵、所述微阀、所述气压传感器及所述多脉搏传感器阵列连接，所述微泵、所述微阀和所述气压传感器均连通所述气囊，所述多脉搏传感器阵列固定在所述气囊上，所述气囊用于佩戴在手腕，所述气压传感器用于检测所述气囊内的气压，工作时所述微阀关闭，所述处理装置控制所述微泵向所述气囊内充气，所述多脉搏传感器阵列由充气膨胀后的所述气囊压在手腕上，所述处理装置在通过所述微泵和所述微阀控制所述气囊内的气压变化的过程中，通过所述气压传感器测量气压，通过各脉搏传感器测量脉搏，并根据测得的气压和各脉搏数据计算出多个血压，得到平均血压。所述气压传感器连通所述气囊，可以是通过管道连通气囊，也可以是气压传感器本身设置在气囊内。处理装置可以是以微处理器为核心的电路装置。

仅作为示例，所述多脉搏传感器阵列可包括三个脉搏传感器。

在优选的实施例中，所述通过所述微泵和所述微阀控制所述气囊内的气压变化的过程包括：在开始阶段，所述微阀关闭，通过所述微泵对所述气囊快速加压，直至血流阻断；通过所述微泵和所述微阀使所述气囊内的气压逐步降低直至所述气囊内的气压降至大气压；所述处理装置在气压下降的过程中通过所述气压传感器实时测量气压，并每隔设定的压力值将气压保持一段时间并在该段时间通过各脉搏传感器完成脉搏幅值的测量，根据测量结果生成脉搏幅值随气压变化的多个曲线，并根据所述脉搏幅值随气压变化的多个曲线计算出多个血压，得到平均血压。

所述处理装置将脉搏幅值为最高值的0.85倍时所对应的压力值确定为舒张压，将脉搏幅值为最高值的0.55倍时所对应的压力值确定为收缩压。

所述处理装置在检测到所述气囊内的气压超过了安全阈值而血流仍未阻断时，控制关闭所述微泵并打开所述微阀。

所述处理装置还将所述平均血压与血压的健康阈值进行比较，并根据比较结果生成反映血压健康情况的检测结果。

所述处理装置可借助计算机可读存储介质存储的计算机程序来实现上述的控制与处理过程。

本发明实施例提出了一种基于多传感器阵列的可穿戴式高精度血压测量系统，有效克服了传统的柯氏音听诊法不能实时测量血压、主观因素强、普通使用者难以精确测量的弊端。与现有的电子血压计相比，本发明实施例的可穿戴式高精度血压测量系统使用气压传感器和多个压力传感器相配合通过测量脉搏和气压来测血压，并取均值，解决了前者测量结果不稳定、易受环境干扰的缺点，多脉搏传感器阵列固定在气囊上直接测量脉搏搏动，也避免压阻式芯片等间接测量方式中稳定性差、易受环境干扰的缺点，能够方便且精准地测量出血压。本发明的可穿戴式高精度血压测量系统在血压的日常监测、家庭医疗护理和智慧医疗中具有广泛的应用前景。本发明提出的血压测量系统还适于结合到表带、手环结构或手动加压结构等可穿戴设备。

在优选的实施例中，所述压力传感器为柔性压力传感器。

参阅图7至图9，优选实施例的柔性压力传感器包括依次层叠在一起的第一金属电极层101、第一驻极体层102、第二驻极体层103以及第二金属电极层104，所述第一驻极体层102与所述第二驻极体层103之间具有空气腔105，所述空气腔105内的空气经电晕极化电离出的正负电荷分别由所述第一驻极体层102和所述第二驻极体层103捕获而形成电荷偶极子，初始状态下所述电荷偶极子与所述第一金属电极层101、第二金属电极层104上的感应电荷形成电场平衡，当所述传感器受压变形时，偶极矩改变，所述感应电荷转移而在外电路上形成电流，当释放压力时，所述传感器由于自身弹性恢复原状，在外电路上形成反向的电流并恢复所述电场平衡。

在优选的实施例中，所述第一驻极体层102和/或所述第二驻极体层103的内表面上具有凹槽。凹槽的图案可以是周期性的线条凹槽图案、三角锥凹槽图案、长方体凹槽图案等、或者是无周期、无规律的凹槽图案。

在一个特别优选的实施例中，所述第一驻极体层102的内表面上具有相互平行的多个第一条形凹槽，所述第二驻极体层103的内表面上具有相互平行的多个第二条形凹槽，所述第一条形凹槽和所述第二条形凹槽彼此相对，优选还彼此垂直。

在不同的实施例中，所述第一驻极体层102和/或所述第二驻极体层103的材料可以选自氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)。

在不同的实施例中，所述第一金属电极层101和/或所述第二金属电极层104的材料可以选自金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、铬(Cr)。

在不同的实施例中，所述第一金属电极层101和/或所述第二金属电极层104可以为金属镀膜(如蒸镀金属膜)、丝网印刷或金属胶带粘接形成。

在优选的实施例中，由所述第一驻极体层102与所述第二驻极体层103共同形成封闭的空气腔105。

参阅图7至图9，在另一种实施例中，一种制作所述的高灵敏度柔性压力传感器的方法，包括如下步骤：

制作第一驻极体层102和第二驻极体层103，并将所述第一驻极体层102和所述第二驻极体层103相对接合在一起，两者之间形成空气腔105；

在所述第一驻极体层102的外表面形成第一金属电极层101，在所述第二驻极体层103的外表面形成第二金属电极层104；

其中，通过电晕极化使所述空气腔105内的空气电离出的正负电荷，分别由所述第一驻极体层102和所述第二驻极体层103捕获而形成电荷偶极子。

在优选的实施例中，所述制作第一驻极体层102和第二驻极体层103包括：通过激光雕刻在所述第一驻极体层102和/或所述第二驻极体层103的相对表面上形成凹槽。

在不同的实施例中，所述第一驻极体层102和所述第二驻极体层103的接合方式可以为热压键合、化学试剂键合或胶水粘接。

以下进一步举例描述本发明具体实施例。

图1给出了该测量装置具体的结构示意图。在图1中给出的示例性可穿戴结构是表带结构；事实上，手环结构、手动加压结构等都可以用于血压测量。多传感器阵列6被固定在气囊袖带5上，这里作为示例，使用了三个压力传感器。每一个传感器都可以感测脉搏搏动，进而通过示波法计算血压值，对它们各自的结果取平均值作为最终的舒张压(DBP)和收缩压(SBP)。数量上的冗余和取平均的过程将削减偶然误差的干扰，提高测量精度，这也是本装置具备提高血压测量精度和抗外界环境干扰的能力的核心因素。

该装置的主要功能部件集中在表壳4中，可分为电路部分1和气路部分2。电路部分1包括对多脉搏传感器阵列输出信号进行放大滤波的电路、实现对泵阀控制的电路、以及实现数据采样、存储、分析计算等功能的微处理器。一般情况下，每一个脉搏传感器都需要一个对应的放大滤波电路；这里为了实现小尺寸、低功耗的穿戴式设备的要求，使用一个电子开关、以循环扫描的方式依次将各个脉搏传感器与放大滤波电路连接起来，这样仅需一个放大滤波电路即可对多个脉搏传感器进行处理。气路部分2包括微泵、微阀和气压传感器，实现压力的自动施加和控制，其中气压传感器将气压值实时反馈给微处理器，再由微处理器控制泵阀的开、关，以通过导气管4实现对气囊袖带5内气压的控制调节。算法部分在微处理器中完成，主要对采样得到的三路脉搏数据进行处理分析，通过示波法计算各自得到的血压值，并对这三个传感器的值取平均作为最终的血压结果。最后将最终结果发送到显示屏，或进行无线发送到手机、电脑等终端；如果血压值超出了预设的健康阈值，该装置还将发出异常预警。

图2a和图2b给出了该可穿戴式装置在手腕处实施血压测量的工作示意图。图2a使用自动加压结构与三传感器阵列实现血压测量。图2b使用手动加压结构8与三传感器阵列实现血压测量。本发明中，为了实现血压的高精度测量，并使该装置具备一定的抗环境干扰能力，使用多个传感器组成的传感器阵列6同时进行示波法测血压。作为一个示例，使用三个传感器的阵列进行血压测量的示意图。自动加压装置可以选用图1所示的通过泵阀结构的自动加压装置，可以很方便地实现自动测量。对于常见的柯氏音听诊装置，稍加改造即可适用于本发明，成为图2b所展示的手动加压结构，以实现更经济实惠的血压测量效果。另外，这里展示的示例中，使用魔术贴7将加压气囊袖带5固定在手腕周边；事实上，这里也可以通过纽扣结构、针式结构、卡槽结构或磁铁吸合结构等实现表带的固定。无论是自动加压结构还是改造的手动加压结构，都可以从三个传感器记录的脉搏数据计算血压值。

图3给出了本装置通过示波法计算血压的详细的工作流程。在开始阶段，微阀关闭，通过微泵对气囊袖带快速加压，直至血流阻断。此时气囊内的气压较高，对老年人、婴幼儿或血管较脆的人群较为危险，因此应设定一个安全阈值。若气囊内的气压超过了安全阈值、血流仍未阻断，则应立即关闭微泵、停止继续加压，并打开微阀，使气体快速排出。在显示屏上做出使用不当的警示，提示使用者正确佩戴。若多次调整佩戴姿势后仍然出现在安全阈值下未阻断血流的情况，则原因很可能是使用者自身的血压较高，该装置将发出高血压预警。

若在安全阈值前阻断了血流，该装置将进行正常的测量过程。此时通过泵、阀和气压传感器，将袖带内的气压逐步降低，每隔一定的压力值将气压保持一段时间以完成脉搏的测量。同时记录该气压值以及相应的脉搏直至袖带内气压降低至正常的大气压。对于传感器阵列中的每一个脉搏传感器，上述过程都是同时进行的，并绘制脉搏幅值–气压曲线，用以计算各自的血压值；最后将各自的值进行取平均运算，将得到的均值作为最终的血压结果。该结果与血压值的健康值进行比较，若未超出健康范围，血压结果将在显示屏上实时显示或进行无线发送；若超出健康范围，该装置将及时发出异常预警。

如图4和图5所示，袖带气囊内的压力值从一个较大的初始值开始逐步减小。在这个压力的下降阶段实时脉搏的测量；通过泵、阀、气压传感器的协作，每隔一定的压力值将保持一定的时间，用以测量脉搏。计算脉搏幅值，绘制脉搏幅值与静压力的曲线，以便通过示波法的原理解算出血压值。具体而言，在压力下降的初始阶段，袖带内气压很大，阻断了血液的正常流动，此时脉搏幅值很小。随着气压的减小，血液流动逐步恢复正常，脉搏幅值逐步增大。当袖带内压力值减小至血管内的平均动脉压(MAP)时，此时血管内外压力平衡，脉搏幅值达到最大，即图5中的Am点。此后再继续降低气压值，脉搏幅值将随之下降。在示波法中，认为脉搏幅值是最高值的0.85所对应的较小的压力值是舒张压(低压，Ad/Am＝0.85)，认为脉搏幅值是最高值的0.55所对应的较大的压力值是收缩压(高压，As/Am＝0.55)。

图6给出了该装置中通过采样得到的脉搏数据进行血压计算和取均值的算法流程图，该部分在微处理器中实现，是对图1中的“算法部分”的详细说明。对于同时记录的多路脉搏数据，进行相同的去除基线、低通滤波等预处理，以获取平滑稳定的脉搏数据。脉搏具有很强的周期性规律，通过预先设定的幅值阈值和时间阈值，提取每个脉搏周期中的波峰和波谷，用以计算脉搏的幅值。另一方面，微处理器读取气压传感器反馈的气囊内的气压值，绘制静压力与脉搏幅值的曲线，通过图5中所示的方法计算出每个脉搏传感器对应的血压结果。对这些脉搏传感器各自的血压结果求取平均值，作为最终的血压测量结果。并将该结果与健康阈值比较，进而被实时显示、无线发送、或发出异常预警。

柔性压力传感器

可穿戴式血压测量系统中优选采用柔性压力传感器。参阅图7至图9，本发明优选实施例提供的柔性压力传感器中，在第一驻极体层102与第二驻极体层103之间具有空气腔105，且所述空气腔105内的空气经电晕极化电离出正负电荷，分别由所述第一驻极体层102和所述第二驻极体层103捕获而形成电荷偶极子，初始状态下所述电荷偶极子与金属电极层101、104上的感应电荷形成电场平衡，当所述传感器受压变形时，偶极矩改变，所述感应电荷转移而在外电路上形成电流，当释放压力时，所述传感器由于自身弹性恢复原状，在外电路上形成反向的电流并恢复所述电场平衡，由此，柔性压力传感器能够感受脉搏的搏动，输出相应的电流，实现脉搏的测量。

由于驻极体材料具有稳定储存电荷的能力，这使得该传感器可以长期使用而不会有性能上的衰减，即具有优异的稳定性，能够长时间地稳定测量脉搏。另外，该传感器灵敏度高，能够以很小的面积测量脉搏，这对于指尖脉搏、静脉脉搏的测量十分有利。本发明实施例的传感器可实现十分轻薄(50～100μm)，具有很好的柔性，可以与皮肤表面良好地接触以获得更清晰的脉搏信号，而且在长时间佩戴时不会给使用者造成不适感。可以同时制作多个传感器，满足实际应用对大批量生产、快速制作成型的需求。本发明实施例的柔性压力传感器在脉搏等生理信号测量、电子皮肤、人机交互界面等领域具有广泛的应用前景。

在一个具体实施例中，基于激光雕刻和热压键合工艺制作柔性压电驻极体传感器。使用激光在两个驻极体薄膜(作为示例采用FEP薄膜)上切割出线条沟槽，让两个FEP薄膜上的线条沟槽彼此垂直放置，热压键合以形成密闭的空气腔。在传感器的一侧蒸镀金属电极之后，通过高压电源对传感器电晕充电，最后在传感器的另一侧贴附金属胶带，做为另一侧的电极。替代实施例中，也可以将蒸镀的金属电极换成贴附的金属胶带，这样可以进一步降低成本，缩短制作周期，并提高传感器长期使用中的鲁棒性。

图7示出传感器制作流程的一种示例。101表示第一金属电极层；102表示第一驻极体层；103表示第二驻极体层；104表示第二金属电极层。所用的驻极体薄膜的材料可以是氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)等，这里优选为FEP薄膜；所用的金属电极可以是金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、铬(Cr)等材料，这里优选为Cu电极。为了达到柔性的效果，驻极体薄膜的厚度可以是10～100μm，这里优选为25μm；金属电极的厚度为0.1μm～10μm，这里优选为10μm。

由于驻极体膜很薄，为了使薄膜平整、以及便于下一步的处理，将驻极体薄膜放置在硬质基底上。所选的硬质基底应平整光滑，表面能低，便于经过后续的处理后，驻极体薄膜还能顺利地被撕下。硬质基底的材料可以被优选为1mm厚的铜板。将驻极体薄膜平整地放在硬质基底上，并用轻柔的纸擦拭数次，以除去驻极体薄膜上的灰尘、并使驻极体薄膜吸附在硬质基底上。随后在驻极体薄膜上刻出凹槽图案。所使用的刻画方法可以是手工刻画、激光雕刻、基于掩膜(如光刻工艺、丝网模具等)的化学试剂刻蚀等，这里优选为激光雕刻工艺。所刻画的凹槽图案可以是周期性的线条凹槽图案、三角锥凹槽图案、长方体凹槽图案等、或者是无周期、无规律的凹槽图案。这里优选为线条凹槽图案。较佳地，凹槽的深度尽量深同时又不打穿驻极体薄膜。

分别在两个驻极体薄膜102、103上进行这样的凹槽刻画。这里优选为线条凹槽，并使得两个薄膜上的线条凹槽互相垂直。随后将这样的两个薄膜彼此相对放置，使它们键合在一起，以形成密闭的空气腔。所使用的键合方式可以是热压键合、化学试剂键合、胶水粘接等，这里优选为热压键合。对于优选的FEP驻极体材料，热压键合的参数是在1MPa的压力和250℃的温度下，热压90s。热压之后两个驻极体薄膜形成一个不可分割的整体，凹槽图案形成密封的空气腔。

随后在驻极体薄膜的一侧设置金属电极层101。设置的方式可以是金属镀膜、丝网印刷、金属胶带粘接等。金属镀膜和丝网印刷可以获得更薄的金属层，以取得更好的柔性效果；但它们的成本较贵，耗时较长。这里优选为金属胶带粘接的方式。而后使用直流高压电源、电晕针和接地电极执行电晕极化。具体实施方案是将金属电极层101放置在接地电极上，在传感器的另一侧上方(例如3cm)处放置电晕针。对电晕针施加负的高压电(-18～-30kV)，进行电晕充电2～5min。最后，在驻极体薄膜的另一侧设置金属电极层104，以完成传感器的制作。设置的方式仍然可以是金属镀膜、丝网印刷、金属胶带粘接等。这里仍然优选为金属胶带粘接的方式。

图8a、图8b分别示出传感器完整的结构示意图和沿I–I线的截面图。图8c示出传感器的分解示意图。图9示出传感器的工作原理。在高压电晕极化的过程中，密封的空腔105内的空气将被击穿，电离出等量的正负电荷。随后在电场的作用下，正负电荷分别向上下两侧移动，最终被驻极体薄膜102、103的内壁所捕获，形成大量的电荷偶极子。初始状态下(图9中①)，驻极体薄膜沟槽腔壁上捕获的电荷偶极子与金属电极上的感应电荷形成电场平衡，没有电响应。当传感器感受外部压力而压缩变形时(图9中②)，偶极矩改变，电场平衡被破坏，金属电极上的感应电荷转移而在外电路上形成电流。释放压力时，传感器由于自身弹性恢复原状，在外电路中形成一个相反的电流(图9中③)。由此，柔性压力传感器能够感受脉搏的搏动，输出相应的电流，实现脉搏的测量。

由于驻极体材料具有稳定储存电荷的能力，因此该传感器持续工作数年。另外，该传感器的输出性质类似于压电传感器，同样具有自驱动的特点，在工作时不需要外接电源，起到低功耗的效果。此外，所提出的制作工艺流程中，激光切割、热压键合、电晕极化、粘贴金属胶带都是很简单的低成本工艺，便于快速制作成型，并降低成本。另外，在这些工艺中，同一批次中可以同时制作多个传感器，这有利于传感器的大批量生产；或者是同一批次中生产制作不同尺寸大小的传感器，可便捷地尺寸调节。

测试例

作为多传感器阵列同时测量血压并取均值以提高测量精度、减小误差的示例，使用本发明实施例提出的可穿戴式装置进行血压测量，其中包括了三个完全一样的脉搏传感器，并以欧姆龙电子血压计(OMRON 7211)的测量结果做为标准值。使用示波法，三个传感器各自的测量结果表示在图10中左侧；右侧是三个传感器各自的测量结果、以及它们的均值与欧姆龙的标准值的比较，并计算出了误差值。可以看出，平均值具有最小的误差，满足电子血压计的测量结果与标准值的误差在±5mmHg以内的精度要求。该例证实了本发明所提出的多传感器同时测量血压并取均值的方法具备提高测量精度的能力。

本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (7)

1.一种可穿戴式高精度血压测量系统，其特征在于，包括微泵、微阀、气囊、气压传感器、多脉搏传感器阵列以及处理装置，所述处理装置与所述微泵、所述微阀、所述气压传感器及所述多脉搏传感器阵列连接，所述微泵、所述微阀和所述气压传感器均连通所述气囊，所述多脉搏传感器阵列固定在所述气囊上，所述气囊用于佩戴在手腕，所述气压传感器用于检测所述气囊内的气压，工作时所述微阀关闭，所述处理装置控制所述微泵向所述气囊内充气，所述多脉搏传感器阵列由充气膨胀后的所述气囊压在手腕上，所述处理装置在通过所述微泵和所述微阀控制所述气囊内的气压变化的过程中，通过所述气压传感器测量气压，通过各脉搏传感器测量脉搏，并根据测得的气压和各脉搏数据计算出多个血压，得到平均血压；所述通过所述微泵和所述微阀控制所述气囊内的气压变化的过程包括：在开始阶段，所述微阀关闭，通过所述微泵对所述气囊快速加压，直至血流阻断；通过所述微泵和所述微阀使所述气囊内的气压逐步降低直至所述气囊内的气压降至大气压；所述处理装置在气压下降的过程中通过所述气压传感器实时测量气压，并每隔设定的压力值将气压保持一段时间并在该段时间通过各脉搏传感器完成脉搏幅值的测量，根据测量结果生成脉搏幅值随气压变化的多个曲线，并根据所述脉搏幅值随气压变化的多个曲线计算出多个血压，得到平均血压。

2.如权利要求1所述的可穿戴式高精度血压测量系统，其特征在于，所述处理装置将脉搏幅值为最高值的0.85倍时所对应的压力值确定为舒张压，将脉搏幅值为最高值的0.55倍时所对应的压力值确定为收缩压。

3.如权利要求1或2所述的可穿戴式高精度血压测量系统，其特征在于，所述处理装置在检测到所述气囊内的气压超过了安全阈值而血流仍未阻断时，控制关闭所述微泵并打开所述微阀。

4.如权利要求1至2任一项所述的可穿戴式高精度血压测量系统，其特征在于，所述处理装置还将所述平均血压与血压的健康阈值进行比较，并根据比较结果生成反映血压健康情况的检测结果。

5.如权利要求1至2任一项所述的可穿戴式高精度血压测量系统，其特征在于，所述脉搏传感器为柔性压力传感器，包括依次层叠在一起的第一金属电极层、第一驻极体层、第二驻极体层以及第二金属电极层，所述第一驻极体层与所述第二驻极体层之间具有空气腔，所述空气腔内的空气经电晕极化电离出的正负电荷分别由所述第一驻极体层和所述第二驻极体层捕获而形成电荷偶极子，初始状态下所述电荷偶极子与所述第一、第二金属电极层上的感应电荷形成电场平衡，当所述传感器受压变形时，偶极矩改变，所述感应电荷转移而在外电路上形成电流，当释放压力时，所述传感器由于自身弹性恢复原状，在外电路上形成反向的电流并恢复所述电场平衡，所述第一驻极体层的内表面上具有相互平行的多个第一条形凹槽，所述第二驻极体层的内表面上具有相互平行的多个第二条形凹槽，所述第一条形凹槽和所述第二条形凹槽彼此相对且彼此垂直。

6.如权利要求5所述的可穿戴式高精度血压测量系统，其特征在于，所述第一驻极体层和/或所述第二驻极体层的材料选自氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)；所述第一金属电极层和/或所述第二金属电极层的材料选自金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、铬(Cr)。

7.如权利要求5所述的可穿戴式高精度血压测量系统，其特征在于，由所述第一驻极体层与所述第二驻极体层共同形成封闭的空气腔。

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