CN211094075U - 一种柔性心率腕带 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种柔性心率腕带，包括：弹性表层、压阻式力传感器、功能模组和电源，弹性表层包覆在压阻式力传感器、功能模组和电源外，压阻式力传感器包括多孔导电层、导电纳米线和电极，导电纳米线贴附在多孔导电层上，电极连接在导电纳米线上，压阻式力传感器通过电极连接功能模组和电源，压阻式力传感器、功能模组和电源之间形成电流回路。使用者佩戴柔性心率腕带之后，多孔导电层在人体血流周期性压力作用下反复压缩和恢复时其电阻周期性地减小和增大，因此通过功能模组的电流会周期性地增大和减小，功能模组可以根据电流的变化计算出佩戴者的心率数据，本方案的压阻式力传感器结构位置限制较小，能使腕带具有整体柔性，结构设计空间大。

Description

一种柔性心率腕带

技术领域

本实用新型属于心率腕带技术领域，尤其涉及一种柔性心率腕带。

背景技术

当前具有心率传感功能的智能手环或手表，在测量心率时使用的方法通常为光电容积脉搏波描记法(PPG)。PPG通过将光照进皮肤，并利用光电探测器检测因血液流动而产生的光散射，将其转换为电信号输出，电信号反应血液流动的特征，并以此计算心率，但PPG中光电器件所在的结构位置较为固定，可变设计空间小，导致整体器件不具备柔性，结构样式单一。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种柔性心率腕带，使腕带具有整体柔性，结构设计空间大，样式更加丰富。

为解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的，一种柔性心率腕带，包括：弹性表层、压阻式力传感器、功能模组和电源，所述弹性表层包覆在所述压阻式力传感器、所述功能模组和所述电源外，所述压阻式力传感器包括多孔导电层、导电纳米线和电极，所述多孔导电层具有弹性，所述导电纳米线贴附在所述多孔导电层上，当所述压阻式力传感器受压时，所述多孔导电层被压缩，所述电极连接在所述导电纳米线上，所述压阻式力传感器通过所述电极连接所述功能模组和所述电源，所述压阻式力传感器、所述功能模组和所述电源之间形成电流回路，所述功能模组用于检测该电流变化以计算出使用者的心率。

进一步地，所述弹性表层包括第一表层和第二表层，使用过程中所述第一表层与使用者的皮肤直接接触，所述第二表层与所述第一表层相对，所述压阻式力传感器位于所述第一表层和所述第二表层之间，且所述导电纳米线连接所述第一表层，所述多孔导电层连接所述第二表层。

进一步地，所述弹性表层包括第一表层和第二表层，使用过程中所述第一表层与使用者的皮肤直接接触，所述第二表层与所述第一表层相对，所述压阻式力传感器位于所述第一表层和所述第二表层之间，且所述导电纳米线连接所述第二表层，所述多孔导电层连接所述第一表层。

进一步地，所述弹性表层包括第一表层和第二表层，使用过程中所述第一表层与使用者的皮肤直接接触，所述第二表层与所述第一表层相对，所述多孔导电层包括两层，两层所述多孔导电层分别与所述第一表层和所述第二表层连接，所述导电纳米线设置在两层所述多孔导电层之间。

进一步地，所述电源上连接有充电口，所述充电口露出于所述弹性表层外。

进一步地，所述压阻式力传感器包括若干段所述多孔导电层，各段所述多孔导电层沿着所述弹性表层的内腔的延伸方向排列，相邻段的所述多孔导电层之间具有间隔，所述功能模组包括电流检测模块、信号处理模块和信号收发模块，所述电源、所述电流检测模块、所述信号处理模块和所述信号收发模块镶嵌在对应的所述间隔内。

进一步地，位于所述功能模组中相邻的功能模块之间的所述多孔导电层上设有导电通道，相邻的所述功能模块之间通过对应的所述导电通道传递信号。

进一步地，所述导电通道采用印刷导线或柔性电路板。

进一步地，所述柔性心率腕带为闭环。

进一步地，所述柔性心率腕带为开环。

本实用新型中柔性心率腕带与现有技术相比，有益效果在于：

使用者佩戴柔性心率腕带之后，压阻式力传感器的多孔导电层在人体血流周期性压力作用下而反复压缩和恢复时其电阻周期性地减小和增大，因此通过功能模组的电流会周期性地增大和减小，功能模组可以根据电流大小的变化计算出佩戴者的心率数据，本方案的压阻式力传感器结构位置限制较小，能使腕带具有整体柔性，结构设计空间大，样式可以更加丰富。

附图说明

图1是本实用新型实施例中柔性心率腕带的基本结构的连接示意图；

图2是图1中柔性心率腕带的基本结构沿A-A方向的剖视图；

图3是本实用新型实施例中功能模块的架构示意图；

图4是本实用新型实施例中第一种实现方式的柔性心率腕带的结构示意图；

图5是本实用新型实施例中第二种实现方式的柔性心率腕带的结构示意图。

在附图中，各附图标记表示：1、弹性表层；11、第一表层；12、第二表层；2、压阻式力传感器；21、多孔导电层；22、导电纳米线；23、电极；3、功能模组；31、电流检测模块；32、信号处理模块；33、信号收发模块；4、电源；41、充电口；5、导电通道；6、中央处理芯片。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例：

在本实施例中，如图1-5所示，柔性心率腕带包括：弹性表层1、压阻式力传感器2、功能模组3和电源4，弹性表层1包覆在压阻式力传感器2、功能模组3和电源4外，压阻式力传感器2包括多孔导电层21、导电纳米线22和电极23，多孔导电层21具有弹性，导电纳米线22贴附在多孔导电层21上，当压阻式力传感器2受压时，多孔导电层21被压缩，电极23连接在导电纳米线22上，压阻式力传感器2通过电极23连接功能模组3和电源4，压阻式力传感器2、功能模组3和电源4之间形成电流回路，功能模组3用于检测该电流的变化以计算出使用者的心率。

使用者佩戴柔性心率腕带之后，压阻式力传感器2的多孔导电层21在人体血流周期性压力作用下而反复压缩和恢复时其电阻周期性地减小和增大，因此通过功能模组3的电流会周期性地增大和减小，功能模组3可以根据电流大小的变化计算出佩戴者的心率数据，本方案的压阻式力传感器2结构位置限制较小，能使腕带具有整体柔性，结构设计空间大，样式可以更加丰富。

如图1-3所示，压阻式力传感器2包括若干段多孔导电层21，各段多孔导电层21沿着弹性表层1的内腔的延伸方向排列，相邻段的多孔导电层21之间具有间隔，功能模组3包括但不限于电流检测模块31、信号处理模块32和信号收发模块33，电源4、电流检测模块31、信号处理模块32和信号收发模块33镶嵌在对应的间隔内。具体的，电源4、电流检测模块31、信号处理模块32和信号收发模块33等功能模块可以均是单独的整体，也可以是任意两种或多种功能模块组合在一起形成一个整体嵌置在相邻段的多孔导电层21之间的间隔内，因此，一条柔性心率腕带内可能具有一个、两个、三个等的间隔，每个间隔内可能嵌置有一个、两个、三个等的功能模块，功能模块除了前述的种类外，还可能是：警报模块、计步模块、语音模块等。

位于功能模组3中相邻的功能模块之间的多孔导电层21上设有导电通道5，相邻的功能模块之间通过对应的导电通道5传递信号。在本实施例中，导电通道5设置在多孔导电层21和弹性表层1之间，导电通道5可以采用印刷导线或柔性电路板等，电极23也可以通过在弹性表层1上印刷导电银胶或其他导电材料形成，导电通道5可以设置有一个、两个、三个、四个等，用于传递多种信号，例如：传递压阻式力传感器2的电流变化信号、用于传递电路开关信号等；导电通道5可以沿着多孔导电层21的长度延伸方向布置，也可以沿着多孔导电层21的宽度延伸方向布置，导电通道5沿着一个方向延伸，也可以进行适当的弯折，即导电通道5的具体布置位置和形状可以根据实际情况设置。

如图4-5所示，结合图1，弹性表层1包括第一表层11和第二表层12，使用过程中第一表层11与使用者的皮肤直接接触，第二表层12与第一表层11相对，压阻式力传感器2位于第一表层11和第二表层12之间，压阻式力传感器2中多孔导电层21和导电纳米线22的位置可以有多种设置方式，例如：

在本实施例的第一种实现方式中，如图4所示，导电纳米线22连接第一表层11，多孔导电层21连接第二表层12，在图示中，柔性心率腕带中还包括了：电流检测模块31、信号处理模块32、信号收发模块33和电源4，在本实现方式中，电源4、压阻式力传感器2和电流检测模块31之间通过印刷银电极23连接形成传感回路，手环内表面导电纳米线22形成整体式的力传感层，即一段导电纳米线22可以对应连接两段、三段、四段等的多孔导电层21，电流检测模块31与其他功能模块之间通过导电通道5(印刷银导线)连接，电源4上连接有充电口41，充电口41露出于弹性表层1外，电源4经充电口41充电。

在本实施例的第二种实现方式中，如图5所示，导电纳米线22连接第二表层12，多孔导电层21连接第一表层11，在图示中，柔性心率腕带中还包括了：中央处理芯片6、电流检测模块31和电源4，在本实现方式中，中央处理芯片6相当于集成了第一种实现方式中的信号处理模块32(如图4)和信号收发模块33(如图4)，因此可以更加节约空间，电源4、压阻式力传感器2和电流检测模块31之间通过印刷银电极23连接形成传感回路，手环外表面导电纳米线22形成分段式的力传感层，即一段导电纳米线22对应连接有一段多孔导电层21，电流检测模块31和中央处理芯片6之间通过导电通道5(印刷银导线)连接，电源4的侧边处连接有充电口41，充电口41露出于弹性表层1外，电源4在腕带侧边经充电口41充电。

在本实施例的第三种实现方式中(未示出)，多孔导电层21包括两层，两层多孔导电层21分别与第一表层11和第二表层12连接，导电纳米线22设置在两层多孔导电层21之间，具体的，本实现方式中的压阻式力传感器2由两层多孔导电层21和一层导电纳米线22构成三明治结构，即导电纳米线22的两侧均连接有多孔导电层21，且导电纳米线22两侧的多孔导电层21的厚度可以相同也可以不同；在本实现方式中，功能模块的设置可以参照第一种实现方式或第二种实现方式设计，在此不再赘述。

压阻式力传感器2中多孔导电层21和导电纳米线22的设置并不限于以上三种实现方式，例如，在其他可能的实现方式中，多孔导电层21可以设置三层、四层、五层等，导电纳米线22既可以设置在多孔导电层21的靠近第一表层11侧或靠近第二表层12侧，也可以设置在相邻多孔导电层21之间，只要在受到挤压时整体的电阻实现变化即可。

在图示的实现方式中示出的柔性心率腕带均是闭环，但本方案并不限于闭环的设计形式，本方案的柔性心率腕带也可以设置为开环，柔性心率腕带的两端可以设置卡接、粘接等连接形式的结构以进行佩戴，在开环时，位于两端的功能模块可以通过连接通道与对应的功能模块连接形成闭合回路。

在本实施例中，多孔导电层21由多孔导电材料制成，例如：由导电硅胶发泡处理制成，导电纳米线22可以由CTNs材料(碳纳米管)或者石墨烯材料等制成，由于导电纳米线22具有一定的粘性，导电纳米线22与多孔导电层21之间贴附设置，当压阻式力传感器2受外部剪力(对应使用者的手臂与柔性心率传感器之间的滑动摩擦或使用者的手指在柔性心率传感器表面的滑动等)时，多孔导电层21和导电纳米线22之间部分区域形成间隙。

本实用新型的柔性心率腕带的工作原理在于：

压阻式力传感器2根据导电纳米线22和多孔导电层21的导电性能与材料应变状态具有很强的相关性的原理进行设计，柔性心率腕带中的压阻式力传感器2能随着脉搏的振动产生变形而引起其整体电阻的变化，由于电阻变化影响了通过电流检测模块31的电流大小，根据电流大小的改变即可计算出使用者的心率。

当柔性心率腕带未被佩戴时，例如：柔性心率腕带长时间放置在桌子上时，电流检测模块31检测到的电流会长时间不存在变化，因此信号处理模块32会在一段时间内未检测到电流的减小或增大信号，系统即判断柔性心率腕带处于休眠状态，触发柔性心率腕带的休眠功能，断开相关功能电路，降低功耗。

当压阻式力传感器2的导电纳米线22在外部剪力作用下与多孔导电层21之间出现分离时，压阻式力传感器2的电阻增大而使经过电流检测模块31的电流减小，或者，当功能模组3中的信号处理模块32在一段时间内检测到一次或多次电流减小的信号时，判断柔性心率腕带处于工作状态，并触发性心率腕带内各个功能模块的相关功能电路。柔性心率腕带佩戴到使用者的手腕上后，压阻式力传感器2的多孔导电层21在人体血流周期性压力作用下而反复压缩和恢复时其电阻周期性地减小和增大，因此通过电流检测模块31的电流会周期性地增大和减小，信号处理模块32可以根据电流大小的变化计算出佩戴者的心率数据，并通过信号收发模块33传输给相应的人机交互界面。

本方案的心率腕带相比传统手表或手环具有整体柔性，可自由变化和拉伸；传感装置采用压阻式力传感器2，相比传统PPG技术能耗低，稳定性高，使用不受肤色、个人体质等因素影响；本心率腕带传感器面积大，与肢体接触无位置要求，可任意佩戴在手腕上，不需刻意调整佩戴角度，使用方便；且因本心率腕带结构简单，便于量产。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性心率腕带，其特征在于，包括：弹性表层(1)、压阻式力传感器(2)、功能模组(3)和电源(4)，所述弹性表层(1)包覆在所述压阻式力传感器(2)、所述功能模组(3)和所述电源(4)外，所述压阻式力传感器(2)包括多孔导电层(21)、导电纳米线(22)和电极(23)，所述多孔导电层(21)具有弹性，所述导电纳米线(22)贴附在所述多孔导电层(21)上，当所述压阻式力传感器(2)受压时，所述多孔导电层(21)被压缩，所述电极(23)连接在所述导电纳米线(22)上，所述压阻式力传感器(2)通过所述电极(23)连接所述功能模组(3)和所述电源(4)，所述压阻式力传感器(2)、所述功能模组(3)和所述电源(4)之间形成电流回路，所述功能模组(3)用于检测该电流的变化以计算出使用者的心率。

2.根据权利要求1所述的柔性心率腕带，其特征在于，所述弹性表层(1)包括第一表层(11)和第二表层(12)，使用过程中所述第一表层(11)与使用者的皮肤直接接触，所述第二表层(12)与所述第一表层(11)相对，所述压阻式力传感器(2)位于所述第一表层(11)和所述第二表层(12)之间，且所述导电纳米线(22)连接所述第一表层(11)，所述多孔导电层(21)连接所述第二表层(12)。

3.根据权利要求1所述的柔性心率腕带，其特征在于，所述弹性表层(1)包括第一表层(11)和第二表层(12)，使用过程中所述第一表层(11)与使用者的皮肤直接接触，所述第二表层(12)与所述第一表层(11)相对，所述压阻式力传感器(2)位于所述第一表层(11)和所述第二表层(12)之间，且所述导电纳米线(22)连接所述第二表层(12)，所述多孔导电层(21)连接所述第一表层(11)。

4.根据权利要求1所述的柔性心率腕带，其特征在于，所述弹性表层(1)包括第一表层(11)和第二表层(12)，使用过程中所述第一表层(11)与使用者的皮肤直接接触，所述第二表层(12)与所述第一表层(11)相对，所述多孔导电层(21)包括两层，两层所述多孔导电层(21)分别与所述第一表层(11)和所述第二表层(12)连接，所述导电纳米线(22)设置在两层所述多孔导电层(21)之间。

5.根据权利要求1所述的柔性心率腕带，其特征在于，所述电源(4)上连接有充电口(41)，所述充电口(41)露出于所述弹性表层(1)外。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的柔性心率腕带，其特征在于，所述压阻式力传感器(2)包括若干段所述多孔导电层(21)，各段所述多孔导电层(21)沿着所述弹性表层(1)的内腔的延伸方向排列，相邻段的所述多孔导电层(21)之间具有间隔，所述功能模组(3)包括电流检测模块(31)、信号处理模块(32)和信号收发模块(33)，所述电源(4)、所述电流检测模块(31)、所述信号处理模块(32)和所述信号收发模块(33)镶嵌在对应的所述间隔内。

7.根据权利要求6所述的柔性心率腕带，其特征在于，位于所述功能模组(3)中相邻的功能模块之间的所述多孔导电层(21)上设有导电通道(5)，相邻的所述功能模块之间通过对应的所述导电通道(5)传递信号。

8.根据权利要求7所述的柔性心率腕带，其特征在于，所述导电通道(5)采用印刷导线或柔性电路板。

9.根据权利要求6所述的柔性心率腕带，其特征在于，所述柔性心率腕带为闭环。

10.根据权利要求6所述的柔性心率腕带，其特征在于，所述柔性心率腕带为开环。

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