CN201642010U - 一种用于监测出汗的体表电阻抗测量电极 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于监测出汗的体表电阻抗测量电极，该电极的特征在于所述汗液电极由基板、金属膜、导线和插头组成，金属膜在基板上相互绝缘、平行布置，且间距很小，约为0.3mm±0.01mm。本电极测量阻抗采用四导线法，受试者佩戴若干电极，流经电极的电流采用对汗液检测比较灵敏的频率正弦信号，根据检测装置显示的阻抗值，判断出汗的状况，得出人在某室内热湿环境下的热舒适性情况。该电极测得是平均意义上的阻抗值，因而测量误差较小，测量结果具有较强的客观性；使用一次性电极，符合卫生要求；还具有携带方便、操作简单、安全及容易组织生产等特点。

Description

一种用于监测出汗的体表电阻抗测量电极 

技术领域

本发明涉及一种测量体表电阻抗的电极，具体为检测室内热湿环境下人体体表电阻抗的变化情况，并通过它表征人体的出汗状况，为研究在热湿环境下人体的热舒适性提供一定的参考依据。 

背景技术

随着社会的进步，经济的发展，生活水平的提高，健康舒适的室内环境越来越受到人们的重视。一个健康舒适的室内环境是在各个环境因素的综合作用下创造出来的，可以同时满足人们生理和心理需要。为营造一个满足人们高要求的室内环境，必须从以上两个因素出发，研究不同环境组合下，人体生理和心理的变化，得出人体生理和心理处于最佳状态的室内热湿环境。 

近些年来，越来越多的研究者开始将生理学应用于热舒适的研究，并得到了一些结论。从生理学的角度，寻求人体热舒适机理，探讨如何营造健康、舒适的生活和工作环境是有必要的。本课题以人体生理学为主线，结合人员的主观感受，通过人体热舒适实验，进行热舒适研究。受环境的影响，人体自身会通过一系列的生理调节来适应不同的热环境，其中出汗是最为常见的生理调节方式之一，在较热环境下，热不舒适与人体出汗的关系非常紧密[4]。根据Fanger、Gagger与Nevins等人的研究表明，在舒适区与微寒、微冷区的环境中，人体表皮温度是测定热舒适感受的一项十分重要的指标；而在微热与热环境中，皮肤表面的潮湿度及汗液的分泌则是反映人体热舒适感受的重要依据。因此研究人体出汗对热湿环境下人体的热舒适具有很重要的意义，它综合了生理、心理等因素的影响，是室内环境制定热舒适标准的一个重要的显性标准。 

常见的汗分泌机能检查的方法有秤重法、碘淀粉反应法和直接观察法等，但这些方法大都比较复杂，使用起来不是很方便，且不是很精确。 

实用新型内容 

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种操作简便、测量精确、原理简单的监测出汗多少的电极。 

本发明是这样实现的：研究发现，人体体表电阻抗的变化与汗腺活动有明显关系。汗液中存在大量的水和电解质，当汗腺活动时有汗液分泌到皮肤外，汗液把多孔状的角质层及表皮湿润，通过置于皮肤上的电极将测出体表阻抗有明显降低，如果汗液进一步增多成为水珠状，将在表皮层外的电极间形成通路，阻抗还会有更明显的降低。当电极的间距比较小时， 体表电阻抗主要取决于角质层和表皮的导电性能，其次与真皮的导电性能也有关，不过由于电极设计使电流场集中在较浅的表皮层附近，而处于深层的真皮对阻抗的贡献很小。我们就可以通过检测体表电阻抗来反映皮肤的湿润程度，也就是人体的出汗状态，通过与出汗有关的阻抗变化进一步研究舒适性状态。 

因而本发明简言之就是提供一种通过测量体表阻抗、适用于监测出汗及反映汗量多少的特殊电极。 

当人体在热湿环境中出汗时，用记录系统记录下电阻抗的变化，就能反映在次环境中出汗的状态(如：出汗的时刻、汗水量的多少等)。 

基本原理：将电极贴附在皮肤表面，未出汗时，电极间的交流电流按电流场的分布，流经角质层、表皮和超真皮，这时测出体表阻抗较高；出汗时，人体汗液中含有水份和大量离子，主要是Na⁺，K⁺，Cl^-，其导电率较高，电极间的体表阻抗将明显低于未出汗时的值。根据阻抗的大小反映出汗的状态，以便于研究舒适状况。 

为避免电极的极化效应，该技术中使用测量交流阻抗的方法，电极的工作电流由正弦波发生器提供，流经电极的电流采用正弦信号，频率的选择也应避免电极的极化，故不宜过低，又应避免分布电容的影响，故也不宜过高。本设计选1000Hz。为避免引线接触电阻的影响，在作精度较高测量时需使用四导线法(详细情况见图4)。 

这种电极为一次性用品，由基板、金属膜、导线和插头组成，金属膜在基板上相互绝缘、平行布置，一端经导线和插头连接。本装置测试技术可行，测量数据可靠；使用一次性传感器，符合卫生要求；贴于人体柔软舒适，安全可靠，对皮肤无刺激、无副作用；还具有携带方便、操作简单等特点。本发明所用电子元件均为常规电子元件，容易组织生产。 

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。 

附图说明：

图1为电极与皮肤之间的导电模型剖面图。 

图2为电极示意图 

图3为体表电阻抗的测量原理图 

图4为采用四导线法测量皮肤电阻抗的示意图 

图5为电极结构尺寸图 

图6为电极排列实施例1 

图7为电极排列实施例2 

具体实施方式

本发明涉及对热不舒适响应较敏感的过程------出汗，通过量化或分级指示热湿环境下出汗的多少来反映人体的热舒适性参数。 

图1为电极与皮肤之间的导电模型剖面图。图1中，电极1、2紧贴皮肤表面，使接触良好，工作时，电极1、2间的交流电流流经角质层3、表皮4和真皮5。标号6为汗腺，7汗管腔。 

如图2所示，电极由基板8、金属膜9、导线10和插头11组成，金属膜9在基板8上相互绝缘、以梳式相对排列固定于基板8上，以增加与人体的接触面积；两根金属膜主线经导线和插头连接。基板8采用聚丙烯板具有较好的绝缘性；导线10为双绞线抗干扰能力更强。电极的插头11连接检测装置的插座。当人体出汗时，该电极之金属膜两端的阻抗变小，阻抗的大小经检测装置检测由显示器显示，并表示出出汗的等级。 

图3中，电极1、2间的交流电流流经角质层3、表皮4和真皮5，角质层3和表皮4的阻抗可以用图3中并联R1C1电路表示，表皮4下面的真皮5的性质像纯电阻一样，其阻抗记为R2，两者串联后的总阻抗即为所测得的体表电阻抗。出汗时，汗腺6分泌液体，其中含有Na⁺，K⁺，Cl^-，它们的浓度与细胞外面的浓度不同，因此这些离子不断从汗管腔7中迁移到角质层3和表皮4中，使得体表阻抗变小。 

图4为采用四导线法测量皮肤电阻抗的示意图，即从测量仪器经两根电流引线(图中为C、D)把电流送到电极，电极两端的电位差通过另外两根电位引线(图中为A、B)把电位送回到测量仪器的电位输入端，电极间的体表总阻抗在图中用R表示，α、β为导线与电极的连接点。这种设计除了精度较高还允许使用较长的电极导线，可使实验空间比较宽松。 

如图5所示，在12×15mm绝缘基板上(厚0.5mm)，均匀分布10条铜箔，每条铜箔的宽度均约为0.5mm，二组铜箔之间形成0.3mm±0.01mm宽的间隙，要求色泽明亮，在空气中保持一年不变色。引出线用12×0.1mm多股铜芯聚氯乙烯软接线，线长不宜过长，小于1米为宜。焊点平滑，不要凸起，用油漆覆盖整个焊盘，要求焊锡不接触皮肤。 

图6为利用10芯排线的一种变通方式，10芯线有10个分布整齐的有镀层的金属表面，将金属表面①、③、⑤、⑦、⑨接负极，金属表面②、④、⑥、⑧、⑩可当成5个独立的电板，测量5个阻抗的并联阻抗值，代表5个部位阻抗变化的综合效果。 

图7为10芯排线的另一种方式，10芯线有10个分布整齐的有镀层的金属表面将，将金属表面①、③、⑤、⑦、⑨接地，金属表面②、④、⑥、⑧、⑩可当成5个独立的电极，由仪器测量5个阻抗值，再经计算机计算其平均值可得到真正意义上的平均阻抗值。 

Claims (3)

1.一种用于监测出汗的体表电阻抗测量电极，其特征在于该电极由基板(8)、金属膜(9)、导线(10)和插头(11)组成，金属膜(9)在基板(8)上相互绝缘、以梳式相对排列固定于基板(8)上，以增加与人体的接触面积；两根金属膜主线经导线和插头连接；基板8采用聚丙烯板具有较好的绝缘性；导线(10)为双绞线抗干扰能力更强；电极的插头(11)连接检测装置的插座。

2.根据权利要求1所述的一种用于监测出汗的体表电阻抗测量电极，其特征在于在厚0.5mm的12×15mm绝缘基板上，均匀分布10条铜箔，每条铜箔的宽度均约为0.5mm，二组铜箔之间形成0.3mm±0.01mm宽的间隙。

3.根据权利要求1所述的一种用于监测出汗的体表电阻抗测量电极，其特征在于从测量仪器经两根电流引线把电流送到电极，电极两端的电位差通过另外两根电位引线把电位送回到测量仪器的电位输入端。 

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