CN212729805U

CN212729805U - 生物体信号传感器

Info

Publication number: CN212729805U
Application number: CN201890001291.8U
Authority: CN
Inventors: 木原高荣; 吉田友祐; 中尾元保
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2018-09-10
Publication date: 2021-03-19
Anticipated expiration: 2028-09-10
Also published as: WO2019077907A1

Abstract

生物体信号传感器(10)具备：壳体(100)，其具有在生物体信号的测量时接近生物体(20)而配置的第一主面(101)；以及检测电极(151)，其设置于第一主面(101)。检测电极(151)包含多孔质金属，表面具有凹凸形状。

Description

生物体信号传感器

技术领域

本实用新型涉及一种使之与生物体接触来取得生物体信号的生物体信号传感器。

背景技术

以往，为了减小在生物体信号的测量时的干扰噪声的影响，使生物体信号的测定对象与生物体信号传感器所具有的电极的接触电阻减小的技术不断被各种实用化。

在专利文献1中，使用了在平面状的壳体形成多个平面状电极，并在该电极的表面配置了薄带状构件的绝缘体的肌电传感器(生物体信号传感器)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-295867号公报

实用新型内容

实用新型要解决的课题

然而，专利文献1中的在肌电传感器的电极配置的薄带状构件存在如下问题：容易从生物体信号的测定对象剥落，无法高效地测量生物体信号。

因此，本实用新型的目的在于，提供一种减小在生物体信号的测量时的干扰噪声的影响，高效地取得稳定的生物体信号的构造。

用于解决课题的手段

该实用新型的生物体信号传感器的一个方式具备：壳体，其具有在生物体信号的测量时接近生物体而配置的第一主面；以及检测电极，其设置于第一主面。所述检测电极包含多孔质金属，表面具有凹凸形状。

在该结构中，检测电极是多孔质金属，因此检测电极的表面积(接触面积)变大。此外，多孔质金属是包含凹凸的形状，因此从生物体产生的水分(H₂O)被容纳于凹部，检测电极(多孔质金属)被保湿。因此，检测电极与生物体接触所引起的接触阻抗降低，噪声被抑制。

此外，在该实用新型的生物体信号传感器的一个方式中，优选地，多孔质金属包含钛(Ti)。

在该结构中，根据钛的不易生锈的特性，能够多次反复清洗检测电极来使用。此外，钛不易产生金属过敏，适合于与生物体接触的电极材料。

此外，在该实用新型涉及的生物体信号传感器的一个方式中，优选地，检测电极包含含有多孔质金属的第一层和含有多晶陶瓷的第二层这至少两层而形成，并从第一主面侧起按照第一层、第二层的顺序层叠。

在该结构中，通过介电常数提高，能够抑制极化，并能够提高生物体信号的测定精度。

该实用新型涉及的生物体信号传感器的一个方式具备：壳体，其具有在生物体信号的测量时接近生物体而配置的第一主面；以及检测电极，其设置于第一主面。检测电极包含多晶陶瓷。

在该结构中，检测电极是多晶陶瓷，因此检测电极的表面积(接触面积)变大。此外，多晶陶瓷是包含凹凸的形状，因此从生物体产生的水分 (H₂O)被容纳于凹部，检测电极(多孔质金属)被保湿。因此，检测电极与生物体接触所引起的接触阻抗被降低，噪声的产生被抑制。

此外，在该实用新型涉及的生物体信号传感器的一个方式中，优选地，具备至少一个检测电极和放大器，从检测电极取得生物体信号。

在该结构中，能够高效地取得生物体信号。

此外，在该实用新型涉及的生物体信号传感器的一个方式中，优选地，具备至少两个检测电极和差动放大器，根据检测电极的电位差，从差动放大器取得所述生物体信号。

在该结构中，能够更高效地取得生物体信号。

此外，在该实用新型涉及的生物体信号传感器的一个方式中，优选地，具备至少三个检测电极和差动放大器，设从检测电极中的任意一个电极取得的电位为基准电位，根据从检测电极的其余的电极分别得到的电位差，从差动放大器取得生物体信号。

在该结构中，能够高效地取得更稳定的值的生物体信号。

实用新型的效果

根据本实用新型，能够提供一种减小在生物体信号的测量时的干扰噪声的影响，高效地取得稳定的生物体信号的构造。

附图说明

图1是本实用新型的第一实施方式涉及的生物体信号传感器10的、从主面101侧观察的外观立体图。

图2是表示本实用新型的第一实施方式涉及的生物体信号传感器10 中的检测电极151的详情的图。

图3是使本实用新型的第一实施方式涉及的生物体信号传感器10与生物体20接触的概念图。

图4是使本实用新型的第一实施方式涉及的生物体信号传感器10中的检测电极151与生物体20接触的侧面概要图。

图5是表示对本实用新型的第一实施方式涉及的生物体信号传感器 10中的检测电极151的构件进行比较而得到的极化率的图表。

图6(A)-图6(C)是表示应用了本实用新型的第一实施方式涉及的生物体信号传感器10中的检测电极151的电路结构的概要图。

图7是使本实用新型的第二实施方式涉及的生物体信号传感器10A中的检测电极151A与生物体20接触的侧面概要图。

图8是使本实用新型的第三实施方式涉及的生物体信号传感器10B中的检测电极151B与生物体20接触的侧面概要图。

具体实施方式

(第一实施方式)

参照附图来说明本实用新型的第一实施方式涉及的生物体信号传感器。图1是本实用新型的第一实施方式涉及的生物体信号传感器10的、从主面101侧观察的外观立体图。图2是表示本实用新型的第一实施方式涉及的生物体信号传感器10中的检测电极151的详情的图。图3是使本实用新型的第一实施方式涉及的生物体信号传感器10与生物体20接触的概念图。图4是使本实用新型的第一实施方式涉及的生物体信号传感器10 中的检测电极151与生物体20接触的侧面概要图。图5是表示对在本实用新型的第一实施方式涉及的生物体信号传感器10中的检测电极151中使用的金属构件进行比较而得到的极化率的图表。图6(A)、图6(B)、图6(C)是应用了本实用新型的第一实施方式涉及的生物体信号传感器 10中的检测电极151的电路图。此外，为了使附图易于观察，省略了一部分符号。此外，为了使概念易于理解，较大地夸张地图示了粒子、水分。

如图1所示那样，生物体信号传感器10具备壳体100、和多个检测电极151。壳体100具备相互空出间隔地配置的主面101、主面102、以及将主面101和主面102连接的4个侧面。多个检测电极151在主面101上大至均等地配置。主面101是本实用新型的“第一主面”。

壳体100、检测电极151均是刚体。壳体100优选是绝缘性的。

使用图2，来具体表示检测电极151的结构。

检测电极151具备主面161、主面162、以及将主面161和主面162 连接的4个侧面。主面161是与生物体接触的检测面，主面162是与壳体 100相接的面。

检测电极151由多孔质金属形成。所谓多孔质金属例如是多孔质钛。所谓多孔质钛是以钛为材料，以微小级别(10μm左右)在表面具有凹凸的多孔质金属。

作为多孔质钛的更具体的构造，如将主面161放大所表示的那样，检测电极151由多个粒子P1构成。在各个粒子P1之间形成空洞(depletion) P2。

通过形成空洞P2，在检测电极151的主面161形成凹凸。通过该凹凸的形状，检测电极151的表面积增大。即，与柔软的生物体表面的实质性接触面积增大。因此，检测电极151的接触阻抗降低，并能够抑制对生物体信号进行检测时的噪声。

此外，一般地，从生物体产生水分(H₂O)P3。通过主面161与生物体进行接触，从生物体产生的水分P3被容纳于空洞P2。即，被容纳于检测电极151的凹部。由此，检测电极151被保湿，检测电极151的接触阻抗降低，并能够抑制噪声。

具体说明上述凹凸的形状。设粒子P1的粒子直径为直径d1、设空洞 P2的最大直径为直径d2、设水分P3的粒子直径为直径d3。

粒子P1的直径d1是1nm至几μm，水分P3的直径d3是0.3nm以上。该情况下，多个粒子P1彼此部分地互相接触而形成的空洞P2的直径包含成为水分P3的直径d3以上的情况。因此，由多个粒子P1形成的空洞P2 的直径d2充分大于水分P3的直径d3。因此，水分P3可容易地被容纳在由多个粒子P1形成的空洞P2。

因此，能够更加进一步地提高检测电极151的保湿性，接触阻抗降低，并能够抑制噪声。

图3是具体地使生物体信号传感器10接触生物体20的上臂部分的概念图。通过使壳体100的主面101接触生物体20的上臂的圆度部，从而多个检测电极151的主面161与生物体20接触。

此外，本实用新型中的所谓生物体是指，对作为生物而活着的物体的总称。例如，是人体、动物、植物等。

在设生物体20为人体的情况下，从皮肤表面产生汗即水分P3。水分P3例如是汗，或者是当用水对检测电极151进行了清洗时在检测电极151 的主面161附着的水分。

通过水分P3附着于检测电极151，检测电极151被保湿，检测电极 151的接触阻抗降低，并能够抑制噪声。

图4是表示使用生物体信号传感器10检测生物体信号时的侧面的概要的一部分的图。

生物体信号传感器10具备检测电极151、布线电极201、印刷布线基板202、以及放大器203。检测电极151具备主面161和主面162。布线电极201、印刷布线基板202、以及放大器203内置于壳体100。

在生物体信号传感器10的厚度方向上，按顺序连接了放大器203、印刷布线基板202、布线电极201、检测电极151。布线电极201连接于检测电极151的主面162侧。

检测电极151从生物体20取得生物体信号300。生物体信号300经由布线电极201而被输出到印刷布线基板202。生物体信号300经由印刷布线基板202的未图示的布线而被输出到放大器203。生物体信号300通过放大器203而被放大到所期望的信号电平。

如上述那样，通过检测电极151的凹凸了的形状，相对于生物体20 的接触面积增大。此外，通过从生物体20产生的水分P3，检测电极151 被保湿，检测电极151的接触阻抗降低，并能够抑制噪声。因此，能够高效地取得生物体信号300。

图5是表示对在生物体信号传感器10中的检测电极151中使用的金属构件进行比较而得到的极化率的图表。在选择用于生物体信号的金属电极的情况下，已知一般地电极会发生极化。基于该极化的极化电位与生物体信号重叠。因此，通过选择极化电位低的金属构件，能够降低重叠成分，并能够高精度地检测生物体信号。

极化率如下来定义。将金属成为化学上的平衡状态的状态下的电极电位设为极化电位A。此外，将金属与生物体(人体)这样的碱性物体相接时发生的电极电位设为极化电位B。将极化电位A与极化电位B之比设为极化率。

通过生物体与电极相接，从而极化率起因于从生物体的表面产生的水分的氢离子浓度而增加。即，若极化率的值小，则当测量生物体时能够稳定地进行测量。

这里，以作为一般的金属的钛、铂、银、不锈钢、金、铁为例，在图 5中表示极化率的图表。钛的极化率是“-0.061”。铂的极化率是“0.168”。银的极化率是“-0.125”。不锈钢的极化率是“8.000”。金的极化率是“1.000”。铁的极化率是“-1.364”。由此可知，极化率最小的金属是钛。因此，通过在检测电极151中使用钛，能够高精度地测量生物体信号。

进而，钛不易因与人体接触而产生损伤，且不易腐蚀，因此，生物体适应性优异。并且，钛也不易发生金属过敏。

使用图6(A)-图6(C)，说明使用生物体信号传感器10的电路结构的概要。此外，作为以下所示的例子，设生物体20为人体来进行说明。

如图6(A)所示那样，生物体信号传感器10具备检测电极151、放大器203、以及对生物体信号进行处理的系统400。检测电极151根据生物体20所具有的肌肉的收缩运动来取得活动电位(生物体信号)。检测电极151将从该活动电位得到的测定电压输入给放大器203。放大器203 使测定电压放大，并输出给系统400。系统400从测定电压取得输出用的生物体信号。此外，也可以将输出用的生物体信号使用未图示的天线而发送给外部的系统，并进行处理。

如图6(B)所示那样，生物体信号传感器10也可以是具备一对检测电极151、差动放大器204、以及对生物体信号进行处理的系统400的结构。检测电极151分别根据生物体20所具有的肌肉的收缩运动取得活动电位(生物体信号)。由于检测电极151是多个，因此根据肌肉收缩中的反应的时间差，在由各检测电极151取得的活动电位中产生电位差。

一对检测电极151将根据该电位差得到的测定电压输入给差动放大器 204。差动放大器204使该测定电压差动放大，并输出给系统400。系统 400从测定电压取得输出用的生物体信号。通过使用这样的差动放大，能够增大输出用的生物体信号的振幅。此外，也可以与图6(A)的结构同样地，将输出用的生物体信号使用未图示的天线，发送给外部的系统，并进行处理。

如图6(C)所示那样，生物体信号传感器10还可以是具备一对检测电极151、具有与检测电极151相同的结构的检测电极152、差动放大器 205、以及对生物体信号进行处理的系统400的结构。与图6(B)中的电路结构同样地，一对检测电极151根据生物体20所具有的肌肉的收缩运动来取得活动电位(生物体信号)。由于检测电极151是多个，因此根据肌肉收缩中的反应的时间差，在由各检测电极151取得的活动电位中产生电位差。

一对检测电极151将根据该电位差得到的测定电压输入给差动放大器 205。差动放大器205使该测定电压差动放大，并输出给系统400。系统 400从测定电压取得输出用的生物体信号。此时，检测电极152与差动放大器205一起，连接到基准电位。由此，输出用的生物体信号的基准电位稳定。因此，可得到噪声被降低的输出用的生物体信号。此外，也可以与图6(A)的结构同样地，将输出用的生物体信号使用未图示的天线，发送给外部的系统，并进行处理。

此外，在上述结构中，通过检测电极151的接触阻抗降低，相比于具有同等的接触阻抗的电极，能够实现小型化。通过检测电极151小型化，能够实现壳体100以及生物体信号传感器10的小型化。

进而，通过使用上述结构，不需要用于润湿检测电极151的溶液。因此，发挥能够削减成本以及所需的构成要素的效果。

(第二实施方式)

参照附图说明本实用新型的第二实施方式涉及的生物体信号传感器。图7是表示使用生物体信号传感器10A检测生物体信号300时的侧面的概要的一部分的图。此外，为了使概念易于理解，较大地夸张地图示了粒子、水分。

如图7所示那样，相对于第一实施方式涉及的生物体信号传感器10，第二实施方式涉及的生物体信号传感器10A在具备检测电极151A这一点上是不同的。生物体信号传感器10A的其他结构与生物体信号传感器10 相同，相同部位的说明省略。

如图7所示那样，生物体信号传感器10A具备检测电极151A。检测电极151A由多晶陶瓷形成。

作为多晶陶瓷的更具体的形状，检测电极151A由多个粒子P4构成。在各个粒子P4之间，通过多晶陶瓷的多晶构造生成晶界层。晶界层是空洞，因此形成空洞P5。

此外，多晶陶瓷例如是钛酸钡(BaO₃Ti)。

通过形成空洞P5，在检测电极151A的主面161A形成凹凸。通过该凹凸的形状，检测电极151A的表面积(接触面积)变大。由此，检测电极 151A的接触阻抗降低，并能够抑制噪声。

如上述那样，通过主面161A与生物体20接触，一般地从生物体20 产生水分P3。水分P3被容纳于空洞P5。由此，检测电极151A被保湿，并能够得到高的介电常数。因此，检测电极151A的接触阻抗降低，并能够抑制噪声。

即使为该结构，也与上述结构同样地，通过使用检测电极151A，能够抑制噪声，并高效地测量生物体信号。此外，由于与生物体20接触的面是含有钛的构造，因此可得到与第一实施方式相同的作用效果。

(第三实施方式)

参照附图，说明本实用新型的第三实施方式涉及的生物体信号传感器。图8是表示使用生物体信号传感器10B检测生物体信号300时的侧面的概要的一部分的图。

如图8所示那样，相对于第一实施方式涉及的生物体信号传感器10，第三实施方式涉及的生物体信号传感器10B在具备检测电极151B这一点上是不同的。生物体信号传感器10B的其他结构与生物体信号传感器10 相同，相同部位的说明省略。

如图8所示那样，生物体信号传感器10B具备检测电极151B。

检测电极151B的第一层1501具有主面161B、和与主面161B对置的主面162B。主面161B是与生物体20接触的面。

检测电极151B的第二层1502具有主面163B、和与主面163B对置的主面164B。主面164B是与布线电极201连接的面。此外，第二层1502 的主面163B与第一层1501的主面162B抵接。

检测电极151B在厚度方向上按第二层1502、第一层1501的顺序层叠。即，从主面161B侧观察，按第一层1501、第二层1502的顺序层叠。

检测电极151B的第一层1501由氧化钛(TiO₂)构成。氧化钛由多个粒子P6构成。检测电极151B与上述的多孔质钛的结构同样地，形成空洞 P7。

通过形成空洞P7，在检测电极151B的主面161B形成凹凸。通过该凹凸的形状，检测电极151B的表面积变大。由此，检测电极151B的接触阻抗降低，并能够抑制噪声。

此外，氧化钛通过照射光，可得到光催化剂效果。通过光催化剂效果，能够进行在吸收了紫外线时的杀菌、除臭、分解污垢。进而，氧化钛的超亲水性也优异。

因此，通过在检测电极151B的第一层1501使用氧化钛，在检测电极 151B被污染的情况下，能够利用流水冲洗污垢。进而，能够保持检测电极 151B的保湿效果。

此外，检测电极151B的第二层1502由多晶陶瓷即钛酸钡(BaO₃Ti) 构成。如上述那样，通过具有多晶构造，形成空洞P8。

即使检测电极151B是第一层1501和第二层1502的2层构造，也可获得与上述相同的降低阻抗的效果。由此，能够提高生物体信号300的精度。

即使为该结构，也与上述结构同样地，通过使用检测电极151B，能够抑制噪声，并高效地测量生物体信号300。此外，由于与生物体20接触的面是含有钛的构造，因此可得到与第一实施方式同样的作用效果。

此外，生物体信号的检测对象即生物体一般是带有圆度的，因此，生物体传感器的壳体、检测电极的至少一者优选是弯曲的椭圆弧形状。由此，生物体传感器的壳体、检测电极能够高效地适合于生物体，并高效地测量生物体信号。

此外，还能够使用上述实施方式中的检测电极，应用于电容检测方式的生物体信号传感器。

-符号说明-

d1、d2、d3…直径

P1、P4、P6…粒子

P2、P5、P7、P8…空洞

P3…水分

10、10A、10B…生物体信号传感器

20…生物体

100…壳体

101、102、161、161A、161B、162、162B、163B、164B…主面

151、151A、151B、152…检测电极

201…布线电极

202…印刷布线基板

203…放大器

204、205…差动放大器

300…生物体信号

400…系统

1501…第一层

1502…第二层。

Claims

1.一种生物体信号传感器，其特征在于，

具备：

壳体，其具有在生物体信号的测量时接近生物体而配置的第一主面；以及

检测电极，其设置于所述第一主面，

所述检测电极包含多孔质金属，表面具有凹凸形状。

2.根据权利要求1所述的生物体信号传感器，其特征在于，

所述多孔质金属是多孔质钛。

3.根据权利要求1所述的生物体信号传感器，其特征在于，

所述检测电极包含含有所述多孔质金属的第一层和含有多晶陶瓷的第二层这至少两层而形成，从所述第一主面侧起按照所述第一层、所述第二层的顺序层叠。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的生物体信号传感器，其特征在于，

所述生物体信号传感器具备至少一个所述检测电极和放大器，

从所述检测电极取得所述生物体信号。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的生物体信号传感器，其特征在于，

所述生物体信号传感器具备至少两个所述检测电极和差动放大器，

根据所述检测电极的电位差，从所述差动放大器取得所述生物体信号。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的生物体信号传感器，其特征在于，

所述生物体信号传感器具备至少三个所述检测电极和差动放大器，

设从所述检测电极中的任意一个电极取得的电位为基准电位，

根据从所述检测电极的其余的电极分别得到的电位差，从所述差动放大器取得所述生物体信号。