CN210277142U - 一体化ppg和ecg信号检测传感器结构 - Google Patents

Abstract

一体化PPG和ECG信号检测传感器结构，涉及心电、心率及血氧浓度多功能检测领域；包括电极和光电传感器；电极为矩形片状结构；电极其中一个侧面的中心处设置有矩形凹槽；光电传感器固定安装在电极的矩形凹槽内；光电传感器包括发光二极管和光电接收二极管；光二极管和光电接收二极管相邻固定安装在矩形凹槽的中心位置；使用时，将待测人体组织覆盖贴附在光电传感器的表面；由发光二极管发出光束照到待测人体组织，经血液反射后的光信号被光电接收二极管接收，获得待测人体组织的心电信号、脉搏波和血氧浓度；本实用新型具有结构紧凑、体积小、无肌颤、血氧信号信噪比高等优点。

Description

一体化PPG和ECG信号检测传感器结构

技术领域

本实用新型涉及一种心电、心率及血氧浓度多功能检测领域，特别是一种一体化PPG和ECG信号检测传感器结构。

背景技术

心电图(ECG)和心率是衡量人体健康状况的重要指标，为实现这些生理参数的实时、连续和精准检测，便携式检测设备通常使用PPG和ECG复合测量方法。PPG信号传感器由发光二极管和光电接收二极管组成，发光二极管将一定波长光束照到待测人体组织，经透射或反射后光信号被光电接收二极管接收，经前端电路处理后得到脉搏波和血氧浓度信号。ECG信号敏感部分由三个分布式电极组成，与人体不同部位皮肤接触采集体表电信号，经算法处理后得到心率数值和血氧浓度。

一般医疗级的ECG心电测量,大多采用十二导联配置来达到较高的精度。然而，就智能手环/手表等便携式测量设备而言，受到体积、连线、功耗及佩戴方便等因素限制，只能使用相对少的电极配置(比如单导联三电极)来实现相对高的ECG测量精度。

同时，在便携式设备中，PPG信号测量的准确性易受人体肤色、温度、胖瘦及环境光等因素的影响，这就要求PPG传感器从电极结构、测量配置以及算法等方面进行优化，尽可能地抑制各种干扰和噪声；目前并没有相关的优化技术方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种一体化PPG和ECG信号检测传感器结构，具有结构紧凑、体积小、无肌颤、血氧信号信噪比高等优点。

本实用新型的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一体化PPG和ECG信号检测传感器结构，包括电极和光电传感器；其中，电极为矩形片状结构；电极其中一个侧面的中心处设置有矩形凹槽；光电传感器固定安装在电极的矩形凹槽内。

在上述的一体化PPG和ECG信号检测传感器结构，所述的电极的长侧边边长为2.7-3cm；电极的短侧边边长为1.7-2cm；电极的厚度为1-3mm。

在上述的一体化PPG和ECG信号检测传感器结构，电极设置有矩形凹槽的侧壁外表面采用镀银或镀铬处理。

在上述的一体化PPG和ECG信号检测传感器结构，所述的电极中心矩形凹槽的深度为0.5-2mm。

在上述的一体化PPG和ECG信号检测传感器结构，所述光电传感器包括发光二极管和光电接收二极管；光二极管和光电接收二极管相邻固定安装在矩形凹槽的中心位置。

在上述的一体化PPG和ECG信号检测传感器结构，所述发光二极管和光电接收二极管均为柱状结构；发光二极管和光电接收二极管的直径为1-3mm；轴向长度为0.5-2mm。

在上述的一体化PPG和ECG信号检测传感器结构，使用时，将待测人体组织覆盖贴附在光电传感器的表面；由发光二极管发出光束照到待测人体组织，经血液反射后的光信号被光电接收二极管接收，获得待测人体组织的心电信号、脉搏波和血氧浓度。

在上述的一体化PPG和ECG信号检测传感器结构，所述发光二极管发出的光束波长为490-760nm。

在上述的一体化PPG和ECG信号检测传感器结构，所述检测传感器结构测量心电信号的精度优于±15％；测量脉搏波的精度优于±5％；测量血氧浓度的精度优于±10％。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

(1)本实用新型采用PPG结构和ECG电极一体化设计，提高了功能面积比，实现了心率和血氧集成化监测；

(2)本实用新型将发光二极管和接收二极管并列置于凹坑中，提高了PPG检测抗环境光照变化和电磁干扰能力，实现了较高的检测信噪比；

(3)本实用新型结构紧凑、小巧，中间为凹坑式结构，符合人体工程学设计，提高了测量操作动作的自然性和舒适性，有效避免了潜在肌颤对测量结果的影响。

附图说明

图1为本实用新型检测传感器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述：

本实用新型提供一种一体化PPG和ECG信号检测传感器结构，具备ECG测量和PPG光电容积脉搏波描记法功能，与传统的ECG电极和PPG光电检测窗口分离结构相比，具有结构紧凑、体积小、无肌颤、血氧信号信噪比高等优点，适用于医疗级、工业级或消费类等便携式手表或手环类智能设备。

如图1所示为检测传感器结构示意图，由图可知，一体化PPG和ECG信号检测传感器结构，包括电极11和光电传感器12；其中，电极11为矩形片状结构；电极11其中一个侧面的中心处设置有矩形凹槽；光电传感器12固定安装在电极11的矩形凹槽内。ECG电极11与所述光电传感器12集成在一起，手指接触所述电极11时可同时实现ECG心电信号采集和脉搏波与血氧浓度信号采集。电极11通过接触人体任一手指指腹部位采集ECG心电信号、脉搏波和血氧浓度信号。所述光电传感器12安装在所述电极11中，所述光电传感器12的光电接收二极管受外部背景光干扰信号极小。

电极11的长侧边边长为2.7-3cm；电极11的短侧边边长为1.7-2cm；电极11的厚度为1-3mm。电极11设置有矩形凹槽的侧壁外表面采用镀银或镀铬处理。电极11中心矩形凹槽的深度为0.5-2mm。

光电传感器12包括发光二极管121和光电接收二极管122；光二极管121和光电接收二极管122相邻固定安装在矩形凹槽的中心位置。光电传感器12安装在电极11中间，电极11呈现中间凹陷，边缘凸起的结构，以保证被测体表部位如手指或腕部接触所述电极时，导电性良好，体表肌细胞松弛无肌颤信号产生；同时被测体表对光电传感器形成完全遮盖，环境或背景光源信号噪声降至最低。发光二极管121和光电接收二极管122均为柱状结构；发光二极管121和光电接收二极管122的直径为1-3mm；轴向长度为0.5-2mm。

使用时，将待测人体组织覆盖贴附在光电传感器12的表面；由发光二极管121发出光束照到待测人体组织，经血液反射后的光信号被光电接收二极管122接收，获得待测人体组织的心电信号、脉搏波和血氧浓度。其中，发光二极管121发出的光束波长为490-760nm。

检测传感器结构测量心电信号的精度优于±15％；测量脉搏波的精度优于±5％；测量血氧浓度的精度优于±10％。

本实用新型仅需要单手单指自然放置于电极上面，即可实现两种信号的同步采集，无需用力捏或按压电极，能有效降低人体肌肉用力动作产生的肌电信号影响。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一体化PPG和ECG信号检测传感器结构，其特征在于：包括电极(11)和光电传感器(12)；其中，电极(11)为矩形片状结构；电极(11)其中一个侧面的中心处设置有矩形凹槽；光电传感器(12)固定安装在电极(11)的矩形凹槽内。

2.根据权利要求1所述的一体化PPG和ECG信号检测传感器结构，其特征在于：所述的电极(11)的长侧边边长为2.7-3cm；电极(11)的短侧边边长为1.7-2cm；电极(11)的厚度为1-3mm。

3.根据权利要求2所述的一体化PPG和ECG信号检测传感器结构，其特征在于：电极(11)设置有矩形凹槽的侧壁外表面采用镀银或镀铬处理。

4.根据权利要求3所述的一体化PPG和ECG信号检测传感器结构，其特征在于：所述的电极(11)中心矩形凹槽的深度为0.5-2mm。

5.根据权利要求4所述的一体化PPG和ECG信号检测传感器结构，其特征在于：所述光电传感器(12)包括发光二极管(121)和光电接收二极管(122)；光二极管(121)和光电接收二极管(122)相邻固定安装在矩形凹槽的中心位置。

6.根据权利要求5所述的一体化PPG和ECG信号检测传感器结构，其特征在于：所述发光二极管(121)和光电接收二极管(122)均为柱状结构；发光二极管(121)和光电接收二极管(122)的直径为1-3mm；轴向长度为0.5-2mm。

7.根据权利要求6所述的一体化PPG和ECG信号检测传感器结构，其特征在于：使用时，将待测人体组织覆盖贴附在光电传感器(12)的表面；由发光二极管(121)发出光束照到待测人体组织，经血液反射后的光信号被光电接收二极管(122)接收，获得待测人体组织的心电信号、脉搏波和血氧浓度。

8.根据权利要求7所述的一体化PPG和ECG信号检测传感器结构，其特征在于：所述发光二极管(121)发出的光束波长为490-760nm。

9.根据权利要求8所述的一体化PPG和ECG信号检测传感器结构，其特征在于：所述检测传感器结构测量心电信号的精度优于±15％；测量脉搏波的精度优于±5％；测量血氧浓度的精度优于±10％。

Images