CN218978894U - 体表生理信号检测装置及可穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种体表生理信号检测装置及可穿戴设备，包括壳体、显示屏、PCB板、电池、后盖组件及底盖板，后盖组件包括PVC绝缘膜、sensor板、隔光板，sensor板上凸起设置有PD和LED，PD和LED在sensor板上分隔设置，隔光板对应sensor板上的PD和LED的位置预设嵌入配合槽，隔光板与sensor板抵接安装，底盖板上对应PD和LED的位置预设透明视窗，底盖板将所有后盖组件封装在壳体内，通过隔光板的设置将PD和LED的光路完全隔开，避免杂散光源进入PD影响信号质量，透明视窗内表面设置菲涅尔透镜进一步聚光，提高采集信号质量。

Description

体表生理信号检测装置及可穿戴设备

技术领域

本实用新型涉及一种生理信号检测装置，尤其涉及一种体表胜利信号检测装置及可穿戴设备。

背景技术

心率值可以反映一个人的心脏活动能力，进而从侧面衡量人体的健康状态，目前在医院中，对心脏活动的监测通常是通过心电图，简称ECG（Electrocardiogram）实现的，然而心电图的检测不具备便携性和实时性的特点，在日常生活中不便测量。

光电容积脉搏波，简称PPG（PhotoPlethysmoGraphy），是借光电手段在活体组织中检测血液容积变化的一种无创检测方法，现有技术目前已经能实现在可穿戴设备上进行PPG检测，其技术方案一般是在可穿戴设备如手环、手表本体的底面配置PPG传感器，用于检测脉搏信号，其原理是PPG传感器中的LED发射红光、绿光、红外线穿过皮肤中的组织和动静脉，并被吸收和反射回到光电二极管PD中，由于动脉里有血液的流动，那么对光的吸收自然也有所变化。当把光转换成电信号，就能反应出血液流动的特点，也从而进一步检测出心率值。

然而，现有技术中的可穿戴设备，大多将PD和LED设置在同一视窗内，这样的设置方式虽然减少了视窗的面积，但LED的发射后未经人体组织而直接反射回PD的杂散光源会对采集到的信号造成干扰，目前市面上也有一些可穿戴手表、手环将PD和LED分别分开设置在多个视窗内，但由于LED和PD与手表、手环的后盖具有间隙且PD和LED之间没有做光路隔离，LED的部分发射光经过后盖并未穿过人体组织而会直接反射回PD，同样会出现杂散光源。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种体表生理信号检测装置及可穿戴设备，以解决现有可穿戴设备由于PPG传感器由于杂散光源存在而造成信号质量差的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

第一方面，提供一种体表生理信号检测装置，包括壳体、显示屏、PCB板、电池、后盖组件及底盖板，所述显示屏、PCB板、电池、后盖组件从上至下依次嵌入安装在所述壳体内；

所述后盖组件包括PVC绝缘膜、sensor板、隔光板，所述PVC绝缘膜设置于所述sensor板与所述电池之间将所述sensor板与所述电池绝缘隔开，所述sensor板上凸起设置有PD和LED，所述PD和LED在sensor板上分隔设置，所述隔光板对应所述sensor板上的PD和LED的位置预设嵌入配合槽，隔光板与sensor板抵接安装，所述嵌入配合槽与所述PD及LED嵌入配合，所述嵌入配合槽为贯通槽，所述底盖板上对应PD和LED的位置预设透明视窗，所述底盖板将所有所述后盖组件封装在所述壳体内。

进一步的，所述sensor板上设置有三个PD和一个LED，在sensor板上从左至右依次为第一PD、LED、第二PD、第三PD，所述隔光板对应设置有四个嵌入配合槽，分别与三个PD和一个LED嵌入配合，所述底盖板上对应三个PD及一个LED的位置预设四个透明视窗，每个所述透明视窗的面积分别略大于对应的PD及LED的截面面积。

进一步的，所述隔光板为EDPM泡棉、橡胶或柔性硅胶材质。

进一步的，所述LED采用绿光、红光、红外光三合一LED。

进一步的，所述底盖板采用双色模注塑而成，其中透明视窗部分采用PMMA、PC或透明尼龙注成，其余区域采用PC加纤或尼龙加纤注成。

进一步的，所述透明视窗的内表面设计为菲涅尔透镜形式，所述设计为菲涅尔透镜形式可设计为螺纹状菲涅尔透镜、锯齿状菲涅尔透镜。

进一步的，所述底盖板封装壳体底部时采用突起结构设计，底盖板突起超出壳体底部1~2mm。

进一步的，所述底盖板上设置有电极片，所述壳体侧面也设置有电极片。

另一方面，提供一种可穿戴设备，其上搭载了上文所述的体表生理信号检测装置。

进一步的，所述可穿戴设备为手表、手环、手镯或脚环。

本实用新型的有益效果在于：

PPG传感器通常是通过sensor上的LED发射光源，经人体组织后反射回sensor，PD接收反射后的光，本实用新型区别与现有技术，将PD和LED分开设置在sensor板上，并设置隔光板，目的在于将PD和LED进行光隔离，防止杂散光源进入PD，隔光板完全贴合抵接在sensor板上，并在PD和LED处预留嵌入配合槽，在底盖板上采用双色模注塑，透明视窗区域采用透光材质，其余区域采用隔光材质，如此，通过LED发出的光由于光隔离的作用，只能由该LED通道射出，现有技术中的大多具备PPG功能的可穿戴设备，其后盖组件由于没有设置隔光板的缘故，底盖板与sensor板之间有一定的空隙，一部分光经LED发射后到达底盖板的透明视窗时，未经过人体组织便直接反射回PD，也即反射回PD的光信号有一部分是未经人体组织的干扰信号，这对后续PPG信号的质量有较大影响，本实用新型由于设置了隔光板，LED发射出的部分光照射在透明视窗上即使未经人体组织反射，由于隔光的缘故也无法到达PD处，保证了PD接收到的光信号全部是来自经人体组织后反射的有用光信号；进一步的，设置多个PD，保证能接收更多的反射光信号以用于不同的功能需求；并且，透明视窗的内表面设计为菲涅尔透镜形式，菲涅尔透镜可以起到聚光效应，使发射及接收到的光信号更强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得·其他的附图。

图1为本实用新型体表生理信号检测装置的仰视图；

图2为本实用新型体表生理信号检测装置正视图的截面图；

图3为本实用新型体表生理信号检测装置图2中A处的放大示意图；

图4为本实用新型体表生理信号检测装置的外观轴视图；

图5为本实用新型体表生理信号检测装置的隔光板示意图；

图6为本实用新型体表生理信号检测装置在LED处的透明视窗安装菲涅尔透镜后的发射光路示意图；

图7为本实用新型体表生理信号检测装置在PD处的透明视窗安装菲涅尔透镜后的接收光路示意图。

附图标记说明：1、客体；21、第一PD；22、第二PD；23、第三PD；3、LED；4、底盖板；41、透明视窗；5、电极片；6、隔光板；61、嵌入配合槽；7、sensor板；8、PCB板；9、电池；10、PVC绝缘膜；11、显示屏。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本实用新型技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本实用新型的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。

此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本实用新型的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

实施例

本实施例提供一种体表生理信号检测装置，如图1、图2及图3所示，包括壳体1、显示屏11、PCB板10、电池9、后盖组件及底盖板4，所述显示屏11、PCB板10、电池9、后盖组件从上至下依次嵌入安装在所述壳体1内；

所述后盖组件包括PVC绝缘膜10、sensor板7、隔光板6，所述PVC绝缘膜10设置于所述sensor板7与所述电池9之间将所述sensor板7与所述电池9绝缘隔开，所述sensor板7上凸起设置有PD和LED，所述PD和LED在sensor板上分隔设置，所述隔光板对应所述sensor板上的PD和LED的位置预设嵌入配合槽61，隔光板6与sensor板7抵接安装，所述嵌入配合槽61与所述PD及LED嵌入配合，如图5所示，所述嵌入配合槽61为贯通槽，所述底盖板4上对应PD和LED的位置预设透明视窗41，所述底盖板4将所有所述后盖组件封装在所述壳体1内，相比现有技术中的大多数可穿戴设备单个视窗并将PD和LED设置在一起的技术方案，本实施例将PD和LED在sensor板7上分开设计，并利用隔光板做光隔离，底盖板4采用双色模注塑，透明视窗41的区域采用透光材质，其余区域采用隔光材质，使得每个透明视窗41到PD/LED之间均为一个独立光路通道，LED的发射出的光只能从LED对应的透明视窗射出，每个PD也只能接收到对应透明视窗41反射回的光，且即使LED发射出的部分光源未经过人体组织而反射回sensor板，由于独立光路通道的存在，未经过人体组织的反射光只会反射回LED光源处，而对PD没有影响，也即，经过PD所对应的透明视窗所反射回PD的光必定是经过人体组织反射回的光，避免了杂散光源影响后期PPG信号质量的问题。

优选的，所述sensor板7上设置有三个PD和一个LED，在sensor板7上从左至右依次为第一PD21、LED3、第二PD22、第三PD23，其中，第一PD21及第二PD22分布在LED3的两侧，其采集到的PPG信号用于监测心率、房颤检出等功能，第三PD23采集到的信号用于血氧检测，值得注意的是，PD及LED之间的排布具体位置并不需要特别限制，本领域技术人员可根据具体需实现的检测功能及对信号质量高低的冗余度来做出变更设计，所述隔光板6对应设置有四个嵌入配合槽61，分别与三个PD和一个LED嵌入配合，所述底盖板4上对应三个PD及一个LED的位置预设四个透明视窗41，每个所述透明视窗41的面积分别略大于对应的PD及LED的截面面积，嵌入配合槽61与sensor板7之间为完全抵接配合安装，保证每一个PD-透明视窗41及LED-透明视窗之间的光路完全封闭，避免光源及反射光发散至其他视窗光路内，。

优选的，所述隔光板6的材质可采用柔性隔光材质，如EDPM泡棉、橡胶或柔性硅胶。

优选的，对于传感器模组的LED灯，每一种光都会有波长区间，本实施例中的LED3采用绿光、红光、红外光三合一LED3，如，可采用SFH7016型LED灯。

光在经过不同介质时会有不同的折射率，手腕皮肤返回的光会从皮肤表层进入底盖板4的透明视窗41，再进入空气间隙，被PD接受器接受，因此选择高透光率的视窗非常重要，常见的透光材料，有PC，pmma，玻璃，透明尼龙等，因此作为可选实施例的一种，此处的底盖板4采用双色模注塑而成，其中透明视窗41部分采用PMMA、PC或透明尼龙注成，其余区域采用PC加纤或尼龙加纤注成。

优选的，所述透明视窗41的内表面设计为菲涅尔透镜形式，此处的内表面指靠近PD/LED的一侧，光从光源发射依次折射进入角质层、表皮、真皮和皮下组织。光线在皮肤内不断漫反射，最终只有一部分光能到达接收器，在未加干涉的情况下，光源发射的光线本身是发散的，由于皮下漫反射，从皮肤射出的光线也是随机发散的。因此原本能量很高的入射光，最终被PD接收到的能量却很低，菲涅尔透镜的作用是使光路汇聚，减少光线发散引起的能量损失，所述设计为菲涅尔透镜形式可设计为螺纹状菲涅尔透镜、锯齿状菲涅尔透镜，如果在LED处增加菲涅尔透镜，可以减小光源光线的发散角，让光射入皮肤更深，如图6所示；如果在PD处增加菲涅尔透镜，可以让更多出射光线进入PD，如图7所示。

优选的，所述底盖板4封装壳体底部时采用突起结构设计，底盖板4是直接与皮肤接触的，PPG采集时，底盖板4与皮肤的贴合程度会影响信号采集的质量，贴合的越紧固皮肤和后盖表面的间隙就越小，光窜扰就越小，而贴合紧固度会和底盖板4的透明视窗41突起的高度以及大小相关，本实施例中设计底盖板突起超出壳体1底部1~2mm。

优选的，所述底盖板4上设置有电极片5，如图1；所述壳体1侧面也设置有电极片5，如图4；用于实现本实施例体表信息检测装置的ECG检测，当需要ECG检测时，被测一只手手戴本实施例的体表生理信号检测装置，手腕处接触底盖板4的电极片5，另一只手的手指按压在壳体1侧面的电极片5，触发ECG检测。

另一方面，本实施例还提供一种可穿戴设备，其上搭载了上文所述的体表生理信号检测装置。

进一步的，所述可穿戴设备为手表、手环、手镯或脚环，被佩戴在被测试人员的手腕、脚腕上。

上述实施例为本实用新型较佳的实现方案，除此之外，本实用新型还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种体表生理信号检测装置，包括壳体、显示屏、PCB板、电池、后盖组件及底盖板，其特征在于：所述显示屏、PCB板、电池、后盖组件依次嵌入安装在所述壳体内；

所述后盖组件包括PVC绝缘膜、sensor板、隔光板，所述PVC绝缘膜设置于所述sensor板与所述电池之间将所述sensor板与所述电池绝缘隔开，所述sensor板上凸起设置有PD和LED，所述PD和LED在sensor板上分隔设置，所述隔光板对应所述sensor板上的PD和LED的位置预设嵌入配合槽，隔光板与sensor板抵接安装，所述嵌入配合槽与所述PD及LED嵌入配合，所述嵌入配合槽为贯通槽，所述底盖板上对应PD和LED的位置预设透明视窗，所述底盖板将所有所述后盖组件封装在所述壳体内。

2.根据权利要求1所述的一种体表生理信号检测装置，其特征在于：所述sensor板上设置有三个PD和一个LED，在sensor板上从左至右依次为第一PD、LED、第二PD、第三PD，所述隔光板对应设置有四个嵌入配合槽，分别与三个PD和一个LED嵌入配合，所述底盖板上对应三个PD及一个LED的位置预设四个透明视窗，每个所述透明视窗的面积分别略大于对应的PD及LED的截面面积。

3.根据权利要求1所述的体表生理信号检测装置，其特征在于：所述隔光板为EDPM泡棉、橡胶或柔性硅胶材质。

4.根据权利要求1所述的体表生理信号检测装置，其特征在于：所述LED采用绿光、红光、红外光三合一LED。

5.根据权利要求2所述的体表生理信号检测装置，其特征在于：所述底盖板采用双色模注塑而成，其中透明视窗部分采用PMMA、PC或透明尼龙注成，其余区域采用PC加纤或尼龙加纤注成。

6.根据权利要求2所述的体表生理信号检测装置，其特征在于：所述透明视窗的内表面设计为菲涅尔透镜形式，所述设计为菲涅尔透镜形式设计为螺纹状菲涅尔透镜或锯齿状菲涅尔透镜。

7.根据权利要求1所述的体表生理信号检测装置，其特征在于，所述底盖板封装壳体底部时采用突起结构设计，底盖板突起超出壳体底部1~2mm。

8.根据权利要求1所述的体表生理信号检测装置，其特征在于：所述底盖板上设置有电极片，所述壳体侧面也设置有电极片。

9.一种可穿戴设备，其上搭载了权利要求1-8的任意一项所述的体表生理信号检测装置。

10.根据权利要求9所述的可穿戴设备，其特征在于，所述可穿戴设备为手表、手环、手镯或脚环。

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