DE102006010653A1

DE102006010653A1 - Sensor for measuring physiological measurand e.g. skin resistance, of e.g. person, has two electrodes fastened at upper surface of carrier, where one electrode is spaced from other electrode and shield extends partially around electrodes

Info

Publication number: DE102006010653A1
Application number: DE200610010653
Authority: DE
Inventors: Christian Peter; Eric Ebert; Helmut Prof. Dr.-Ing .habil. Beikirch
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2007-09-20

Abstract

The sensor has an electrode (4) fastened at an upper surface of a plate-shaped carrier (3). Another electrode (5) is fastened at the upper surface of the carrier, where the electrode (5) is spaced from the electrode (4). A shield (9) is fastened at the upper surface of the carrier, where the shield is made of electrically conductive material. The shield extends partially around the two electrodes along the upper surface of the carrier. Two contacts (6, 7) are fastened to the carrier, where the two contacts are electrically connected with the two electrodes, respectively. An independent claim is also included for a method for manufacturing a sensor.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Messung von physiologischen Kenngrößen, insbesondere eines Hautwiderstandes einer Person. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensors.The The invention relates to a sensor for measuring physiological Characteristics, in particular a skin resistance of a person. The invention further relates a method for producing such a sensor.

Physiologische Messgrößen von Menschen und Tieren werden vielfach beispielsweise in der Psychologie, in der wissenschaftlichen Physiologie, für medizinische Untersuchungen, Überwachungen und Therapien, in der Emotionsforschung, für sportwissenschaftliche Untersuchungen, für Belastungstests, im Arbeitsschutz, für ergonomische Untersuchungen, für die Überwachung und Assistenz von Personen in Fahrzeugen und sicherheitskritische Umgebungen, an Informations-Schnittstellen zwischen Mensch und Maschine, für das so genannte Affective Computing, für Medien, die Emotionen oder Interessen berücksichtigen, für Spiele, für Geräte und/oder für Systeme benötigt.physiological Measured variables of People and animals are often used, for example, in psychology, in scientific physiology, for medical examinations, and surveillance Therapies, in emotion research, for sports science examinations, for stress tests, in occupational safety, for ergonomic investigations, for The supervision and assistance of persons in vehicles and safety-critical environments, at information interfaces between man and machine, for the like called Affective Computing, for Media that consider emotions or interests, for games, for devices and / or for systems needed.

Physiologische Messgrößen zeichnen sich gegenüber anderen Messgrößen durch einen hohen Bedarf an Zuverlässigkeit des Messverfahrens aus. Insbesondere in medizinischen und sicherheitskritischen Anwendungen wie die Überwachung von Menschen bei sicherheitskritischen Tätigkeiten können Messfehler zu falschen Diagnosen führen und teilweise fatale Auswirkungen haben. Außerdem werden für einige Anwendungen kontinuierlich oder quasikontinuierlich aktuelle Messdaten verlangt, etwa für die Steuerung von Maschinen auf Grund von physiologischen Messgrößen, aber auch bei der Überwachung des Körperzustandes von Personen.physiological Draw measurands opposite other measurands a high demand for reliability of the measuring method. Especially in medical and safety critical Applications like the surveillance By people doing safety-critical activities, measurement errors can be wrong Diagnoses and sometimes have fatal consequences. In addition, for some Applications continuously or quasi-continuously current measurement data demands, for example for the Control of machines based on physiological parameters, but also in the monitoring of the body condition of persons.

Erschwerend kommt hinzu, dass physiologische Messgrößen einer Person häufig während der Bewegung gemessen werden. Einerseits kann sich hierdurch der Zustand der Umgebung ändern und den Zustand der Messgröße verändern. Andererseits besteht die Gefahr, dass sich Elektroden des Mess-Sensors relativ zueinander bewegen, z. B. eine Elektrode auf der Haut verschoben wird. Messwerte sind daher verhältnismäßig häufig fehlerhaft und Schwankungen durch externe Einflüsse unterlegen.aggravating In addition, physiological measures of a person frequently during exercise be measured. On the one hand the condition of the Change environment and change the state of the measurand. On the other hand exists the risk that electrodes of the measuring sensor move relative to one another, z. B. an electrode is moved to the skin. Measured values are therefore relatively often faulty and fluctuations due to external influences.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sensor zur Messung von physiologischen Messgrößen anzugeben, der mit kleinen Abmessungen hergestellt werden kann, der auf einfache Weise am Messort angebracht werden kann und der die zuverlässige Messung der Messgröße oder Messgrößen erlaubt. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensors angegeben werden. Der Sensor soll kostengünstig und auf einfache Weise herstellbar sein.It It is an object of the present invention to provide a sensor for measurement indicate physiological measurands which can be made with small dimensions, easy on Can be attached to the measuring location and the reliable measurement the measured variable or measured variables allowed. Furthermore, a method for producing such a sensor be specified. The sensor should be inexpensive and easy be produced.

Es wird ein Sensor zur Messung von physiologischen Messgrößen, insbesondere eines Hautwiderstandes einer Person, vorgeschlagen, der Folgendes aufweist:

– einen plattenförmigen Träger,
– eine erste Elektrode, die an einer Oberfläche des Trägers befestigt ist,
– eine zweite Elektrode, die an der Oberfläche des Trägers befestigt ist und von der ersten Elektrode beabstandet ist, und
– eine erste Abschirmung aus elektrisch leitfähigem Material, die an der Oberfläche des Trägers befestigt ist und die sich entlang der Oberfläche zumindest teilweise um die erste Elektrode und die zweite Elektrode herum erstreckt.

The invention relates to a sensor for measuring physiological parameters, in particular a skin resistance of a person, comprising:

A plate-shaped carrier,
A first electrode attached to a surface of the carrier,
A second electrode fixed to the surface of the carrier and spaced from the first electrode, and
A first shield of electrically conductive material secured to the surface of the carrier and extending along the surface at least partially around the first electrode and the second electrode.

Für den plattenförmigen Träger kann insbesondere das Trägermaterial verwendet werden, das üblicherweise für Platinen mit elektrischen und/oder elektronischen Schaltungen verwendet wird. Das Trägermaterial, auch Basismaterial genannt, kann z.B. durch eine mit Epoxidharz getränkte Glasfasermatte gebildet werden. Es kommen jedoch auch andere Materialien in Frage. Die Materialien sind beispielsweise in Wikipedia, die freie Enzyklopädie, unter der Internetadresse http://de.wikipedia.org/wiki/Leiterplatte veröffentlicht. Darauf können in der für die Leiterplattentechnologie üblichen Weise die beiden Elektroden und die erste Abschirmung aufgebracht werden. Insbesondere können dabei Verfahren wie Aufbringen einer Schicht aus elektrisch leitfähigem Material und Wegätzen der nicht benötigten Bereiche des elektrisch leitfähigen Materials sowie galvanisches Abscheiden und/oder Aufdampfen von elektrisch leitfähigem Material auf die gewünschten Oberflächenbereiche eingesetzt werden.For the plate-shaped carrier can in particular the carrier material usually used for boards is used with electrical and / or electronic circuits. The carrier material, also called base material, may e.g. through one with epoxy resin impregnated Fiberglass mat are formed. But there are also other materials in question. The materials are for example in Wikipedia, the free encyclopedia, under the Internet address http://de.wikipedia.org/wiki/Leiterplatte released. On it can in the for the Printed circuit board technology usual Apply the two electrodes and the first shield become. In particular, you can while methods such as applying a layer of electrically conductive material and etching away the unneeded areas of the electrically conductive Materials and electrodeposition and / or vapor deposition of electrical conductive Material on the desired surface areas be used.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Sensors besteht darin, dass die Technologie für die Herstellung von elektrischen Schaltungen auf Leiterplatten genutzt werden kann und dass auch die Herstellung eines miniaturisierten Sensors auf einem Leiterplattenstück mit Abmessungen im Bereich von einigen Millimetern mal einigen Millimetern Leiterplattenfläche möglich sind. Insbesondere kann eine Vielzahl der Sensoren gleichzeitig auf einer Leiterplatte hergestellt werden und kann die Leiterplatte anschließend so zerschnitten werden, dass die einzelnen Sensoren erhalten werden. Derartig miniaturisierte Sensoren können z.B. an einem Finger einer Person zur Messung des Hautwiderstandes angebracht werden und werden nicht als störend empfunden. Die Sensoren können auf einfache Weise, z.B. mit aus der Sanitärtechnik bekannten Heftpflastern, an der Hautoberfläche befestigt werden. Sie sind robust und können vielfach wieder verwendet werden. Außerdem sind die beiden Elektroden in einem definierten Abstand an der Oberfläche des Trägers befestigt. Eine Verschiebung der Elektroden relativ zueinander ist ausgeschlossen. Damit entfällt eine wesentliche Fehlergröße bei der Messung eines Hautwiderstandes mittels kapazitiver Messverfahren. Die Erfindung ist jedoch nicht auf einen Sensor mit lediglich zwei Elektroden beschränkt. Vielmehr können innerhalb des von der ersten Abschirmung umgebenen Bereichs (der Innenbereich) auch eine oder mehrere weitere Elektroden angeordnet sein.A significant advantage of the sensor according to the invention is that the technology for the production of electrical circuits can be used on circuit boards and that the production of a miniaturized sensor on a piece of printed circuit board with dimensions in the range of a few millimeters by a few millimeters PCB surface are possible. In particular, a plurality of the sensors can be produced simultaneously on a printed circuit board, and the printed circuit board can subsequently be cut so that the individual sensors are obtained. Such miniaturized sensors can for example be attached to a person's finger for measuring the skin resistance and are not perceived as disturbing. The sensors can be attached to the skin surface in a simple manner, for example by means of adhesive plasters known from sanitary engineering. They are robust and can be reused many times. In addition, the two electrodes are attached at a defined distance to the surface of the carrier. A shift of the electrodes relative to each other is excluded. This eliminates a significant error size when measuring a skin Resistance by means of capacitive measurement. However, the invention is not limited to a sensor with only two electrodes. Rather, within the area surrounded by the first shield (the inner area), one or more further electrodes may also be arranged.

Außerdem können die Elektroden nicht unbeabsichtigt aneinander anstoßen, d.h. einen Kurzschluss bilden, der möglicherweise die Messelektrik und -elektronik schädigt.In addition, the Do not accidentally abut electrodes, i. E. a short circuit that may form the measuring electrics and electronics damage.

Ein ganz wesentlicher Vorteil des Sensors besteht darin, dass auch eine Abschirmung gegen elektromagnetische und elektrostatische Felder vorgesehen ist und bereits in den Sensor integriert ist. Vor allem bei der kapazitiven Messung des Hautwiderstandes entfällt somit eine weitere wesentliche Störgröße. Durch Verbindung der Abschirmung mit Erdpotential oder Masse werden äußere Felder wirksam abgeschirmt und definierte, konstante Messbedingungen erzeugt. Dabei kann die erste Abschirmung vorzugsweise in demselben Verfahrensschritt hergestellt werden (wie oben erwähnt) wie die Elektroden.One very significant advantage of the sensor is that even a Shielding against electromagnetic and electrostatic fields is provided and is already integrated in the sensor. Especially in the capacitive measurement of the skin resistance is thus eliminated another significant disturbance. By Connecting the shield to ground potential or ground will become external fields effectively shielded and defined, generates constant measuring conditions. In this case, the first shield can preferably be produced in the same method step be (as mentioned above) like the electrodes.

Beispielsweise wie aus der Leiterplattentechnik bekannt, können zumindest ein erster Kontakt und ein zweiter Kontakt (vorzugsweise auch ein dritter Kontakt für die erste Abschirmung) an dem Träger angeordnet werden, wobei die Kontakte dem elektrischen Anschluss an Messleitungen bzw. Masseleitung dienen. Beispielsweise sind die Kontakte jeweils durch einen elektrisch leitfähigen Bereich gebildet, der sich durch die Platte des Trägers (d.h. senkrecht zur großflächigen Plattenoberfläche) hindurcherstreckt. Dabei kann der Kontakt jeweils eine Aussparung oder Durchtrittsöffnung bilden, in die ein Anschlussdraht eingelötet werden kann. Es sind jedoch auch andere Arten des elektrischen Anschlusses möglich, beispielsweise über einen Steckkontakt.For example As known from the printed circuit board technology, at least a first contact and a second contact (preferably also a third contact for the first Shielding) on the carrier are arranged, wherein the contacts to the electrical connection Serve on test leads or ground line. For example, the Contacts each formed by an electrically conductive region, the through the plate of the carrier (i.e., perpendicular to the large area disk surface). In this case, the contact can each form a recess or passage opening, soldered into the one connecting wire can be. However, there are other types of electrical connection possible, for example about a plug contact.

Der erste Kontakt, der an dem Träger befestigt ist, ist mit der ersten Elektrode verbunden. Der zweite Kontakt, der an dem Träger befestigt ist, ist mit der zweiten Elektrode verbunden. Die elektrischen Verbindungen sind vorzugsweise als Leiterbahnen ausgebildet, die sich entlang einer Oberfläche des Trägers erstrecken. Dabei kann es sich um eine Vorderseite der Oberfläche handeln, an der auch die beiden Elektroden angeordnet sind, oder es kann sich um eine rückwärtige Oberfläche handeln, die der Vorderseite gegenüberliegt. Alternativ können die elektrischen Verbindungen zwischen den Kontakten und den Elektroden jedoch auch auf andere Weise herbeigeführt werden, z.B. durch Drähte oder elektrisch leitfähige Fäden.Of the first contact, attached to the carrier is attached is connected to the first electrode. The second Contact that on the wearer is attached, is connected to the second electrode. The electrical connections are preferably formed as conductor tracks extending along a surface of the carrier extend. It can be a front of the surface, where the two electrodes are arranged, or it can be a back surface, which is opposite to the front. Alternatively you can the electrical connections between the contacts and the electrodes however, be brought about in another way, e.g. through wires or electrically conductive Threads.

Vorzugsweise sind die erste Elektrode und die zweite Elektrode derart an einer Vorderseite des Trägers angeordnet, dass ein Körper mit einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche an die erste Elektrode und an die zweite Elektrode angelegt werden kann. Beispielsweise handelt es sich bei dem Körper um einen Finger einer Person. Es ist jedoch auch möglich, dass eine der beiden Elektroden an einer anderen Stelle, z.B. der Rückseite des Trägers, angeordnet ist. Ein derartiger Sensor eignet sich beispielsweise dazu, unter der Zunge im Mund einer Person angeordnet zu werden.Preferably For example, the first electrode and the second electrode are at one Front of the carrier arranged that a body with a substantially planar surface to the first electrode and can be applied to the second electrode. For example is it at the body to a finger of a person. However, it is also possible that one of the two Electrodes at another location, e.g. the back of the carrier, arranged is. Such a sensor is suitable, for example, under of the tongue in the mouth of a person.

Bevorzugt wird eine Ausgestaltung des Sensors, bei der die erste Abschirmung zumindest teilweise durch eine erste Isolierung aus elektrisch isolierendem Material abgedeckt ist. Die Isolierung kann die Außenoberfläche des Sensors bilden oder zumindest näher an der Außenoberfläche liegen als die darunter liegende Oberfläche des Trägers. In diesem Fall befindet sich die erste Abschirmung, die vorzugsweise als eine etwa gleichmäßig dicke Schicht aus elektrisch leitfähigem Material gebildet ist, zwischen der ersten Isolierung, die ebenfalls schichtförmig ausgebildet sein kann, und einer Oberfläche des Trägers. Bevorzugt wird auch, dass die Isolierung Niveauunterschiede ausgleicht, die durch das Aufbringen der Elektroden und der ersten Abschirmung auf der Oberfläche des Trägers entstanden sind.Prefers is an embodiment of the sensor, wherein the first shield at least partially by a first insulation of electrically insulating Material is covered. The insulation can be the outer surface of the Form sensors or at least closer lie on the outer surface as the underlying surface of the carrier. In this case, there is the first shield, which is preferably as an approximately equally thick Layer of electrically conductive Material is formed, between the first insulation, which also layered can be, and a surface of the carrier. It is also preferred that the insulation compensate for differences in level, by the application of the electrodes and the first shield on the surface of the carrier have arisen.

Dabei bettet die erste Isolierung die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode in ihr elektrisch isolierendes Material ein. Vorzugsweise jedoch ragt die eingebettete Elektrode zumindest minimal (z.B. wenige zehntel Millimeter) über die von der ersten Isolierung gebildete Oberfläche hinaus. Dies ermöglicht eine zuverlässige mechanische Kontaktierung der Elektrode mit dem Messobjekt.there the first insulation embeds the first electrode and / or the second one Insert electrode into their electrically insulating material. Preferably however, the embedded electrode protrudes at least minimally (e.g., few tenths of a millimeter) the surface formed by the first insulation. This allows a reliable mechanical contacting of the electrode with the object to be measured.

Wenn in dieser Beschreibung von „oben" und „unten" bzw. von „über" und „unter" gesprochen wird, so geschieht dies ohne Beschränkung der Allgemeinheit. Beispielsweise kann die „Oberseite" des Sensors bei seiner bestimmungsgemäßen Verwendung auch unten liegen, d.h. näher an der Erdoberfläche. Ebenfalls werden die Begriffe „Vorderseite" und „Rückseite" ohne Beschränkung der Allgemeinheit verwendet.If is spoken in this description of "above" and "below" or from "above" and "below", so this happens without restriction the general public. For example, the "top" of the sensor when used as intended lie down, i. closer at the earth's surface. Also The terms "front" and "back" are used without limitation Generality used.

Besonders bevorzugt wird eine Ausgestaltung des Sensors, bei der die erste Elektrode und die zweite Elektrode an einer Vorderseite des Trägers befestigt sind und wobei an einer Rückseite des Trägers eine zweite Abschirmung aus elektrisch leitfähigem Material angeordnet ist. Insbesondere kann sich zumindest ein Teil der zweiten Abschirmung über einen Bereich an der Rückseite des Trägers erstrecken, der der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode unmittelbar gegenüberliegt. Dadurch wird eine nahezu vollständige Abschirmung gegen äußere Felder möglich. Bevorzugt wird außerdem, dass der Sensor eine elektrische Verbindung aufweist, die die erste Abschirmung und die zweite Abschirmung elektrisch miteinander verbindet, z.B. durch einen Kontakt, der sich durch den Träger hindurch erstreckt. Auf der Seite der ersten Abschirmung kann die insgesamt dort gebildete Abschirmung auch zwei- oder mehrteilig sein, d.h. durch voneinander getrennte Bereiche gebildet sein, die jedoch wiederum vorzugsweise elektrisch miteinander verbunden sind.An embodiment of the sensor in which the first electrode and the second electrode are fastened to a front side of the carrier and wherein a second shield made of electrically conductive material is arranged on a rear side of the carrier is particularly preferred. In particular, at least a part of the second shield may extend over a region on the rear side of the carrier, which lies directly opposite the first electrode and the second electrode. This allows almost complete shielding against external fields. It is also preferred that the sensor has an electrical connection that the first shield and the second shield electrically interconnects, for example by a contact extending through the support. On the side of the first shield, the shield formed there as a whole can also be two-part or multi-part, ie be formed by separate regions which, however, are in turn preferably electrically connected to one another.

Zumindest eine der Elektroden kann aus verschiedenen Bereichen gebildet sein, wobei die verschiedenen Bereiche jeweils aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen. Z.B. kann ein erster Bereich der Elektrode unmittelbar an der Oberfläche des Trägers befestigt sein und z.B. in demselben Herstellungsschritt wie die erste Abschirmung auf den Träger aufgebracht worden sein. Auf den ersten Bereich kann ein zweiter Bereich (z.B. durch Aufbringen von Lötzinn oder einem anderen Material, das auf einfache Weise aufgebracht werden kann) aufgebracht werden. Dadurch ist es möglich, dass die Elektrode über das Niveau der ersten Abschirmung hinausragt und insbesondere auch über das Niveau der ersten Isolierung hinausragt. Vorzugsweise wird jedoch die Außenoberfläche der Elektrode oder der Elektroden durch einen weiteren Bereich aus hautverträglichem Material gebildet, beispielsweise aus einem Material mit zumindest einem Anteil von Edelmetall (etwa Silber oder Silberchlorid).At least one of the electrodes may be formed of different regions, wherein the different areas each made of an electrically conductive material consist. For example, For example, a first area of the electrode may be immediately on the surface of the carrier be attached and e.g. in the same manufacturing step as the first shield on the carrier have been applied. On the first area can be a second Area (e.g., by applying solder or other material, which can be applied in a simple manner) can be applied. This makes it possible that the electrode over the level of the first shield protrudes and in particular also over the Level of first insulation protrudes. Preferably, however, will the outer surface of the Electrode or electrodes through another area of skin-friendly Material formed, for example, of a material with at least a proportion of noble metal (such as silver or silver chloride).

Im Folgenden wird nun auf ein Verfahren zur Herstellung eines Sensors eingegangen. Einige Merkmale des Verfahrens werden dabei nicht näher beschrieben, da sie bereits beschriebenen Merkmalen des Sensors entsprechen.in the The following will now be directed to a method of manufacturing a sensor received. Some features of the method are not described in detail, since they correspond to already described features of the sensor.

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Sensors zur Messung von physiologischen Messgrößen, insbesondere eines Hautwiderstandes einer Person, vorgeschlagen mit folgenden Schritten:

– Bereitstellen eines plattenförmigen Trägers,
– Befestigen einer ersten Elektrode an einer Oberfläche des Trägers,
– Befestigen einer zweiten Elektrode an der Oberfläche des Trägers in einem Abstand zu der ersten Elektrode und
– Befestigen einer ersten Abschirmung aus elektrisch leitfähigem Material an der Oberfläche des Trägers, sodass die erste Abschirmung sich entlang der Oberfläche zumindest teilweise um die erste Elektrode und die zweite Elektrode herum erstreckt.

A method is proposed for producing a sensor for measuring physiological measured variables, in particular a skin resistance of a person, with the following steps:

Providing a plate-shaped carrier,
Attaching a first electrode to a surface of the carrier,
Attaching a second electrode to the surface of the carrier at a distance from the first electrode and
Attaching a first shield of electrically conductive material to the surface of the carrier so that the first shield extends along the surface at least partially around the first electrode and the second electrode.

Bevorzugt wird die Herstellung des Sensors in der oben beschriebenen Weise der Leiterplattentechnik.Prefers the production of the sensor in the manner described above the printed circuit board technology.

Vor dem Abdecken der ersten Abschirmung kann auf die erste Elektrode und/oder auf die zweite Elektrode oder auf einen Teil der ersten und/oder zweiten Elektrode ein Mittel aufgetragen werden, das ein Anhaften des elektrisch isolierenden Materials der ersten Isolierung verhindert. Hierfür eignet sich beispielsweise eine fetthaltige Paste, z. B. ein handelsübliches Schmiermittel zum Schmieren von Maschinenteilen oder Butter. Allgemeiner formuliert kann jegliches zähflüssiges oder pastöses Material verwendet werden, das nachträglich wieder rückstandslos entfernt werden kann, z. B. Pflanzen- oder Tiertett oder -öl.In front covering the first shield may be on the first electrode and / or on the second electrode or on a part of the first and / or the second electrode, an agent may be applied Adhesion of the electrically insulating material of the first insulation prevented. Therefor For example, a fatty paste is suitable, for. B. a commercial Lubricant for lubricating machine parts or butter. general can formulate any viscous or pasty Material used, the back again without leaving residue can be removed, for. B. Plant or animal bed or oil.

Um andererseits zu gewährleisten, dass das elektrisch isolierende Material gut auf der ersten Abschirmung bzw. auf der zweiten Abschirmung haftet, kann ein Lötstopplack auf die Abschirmung aufgebracht werden, insbesondere aufgedruckt werden. Solche Lacke (meist 2-Komponenten Epoxidharzlacke) sind aus der Leiterplattentechnik bekannt. Sie sind thermisch härtend und können beispielsweise in Siebdrucktechnik aufgedruckt werden. Üblicherweise dienen Sie dazu, Kurzschlüsse während des Lötens zu verhindern, angrenzende Bereiche zusätzlich elektrisch gegeneinander zu isolieren, unter dem Lack liegende Bereiche gegen mechanische und chemische Einflüsse zu schützen (insbesondere Korrosion zu verhindern) und die Überschlagspannung zwischen den angrenzenden Bereichen zu erhöhen.Around on the other hand to ensure that the electrically insulating material works well on the first shield or adheres to the second shield, a solder mask be applied to the shield, in particular imprinted become. Such paints (usually 2-component epoxy resin paints) are known from printed circuit board technology. They are thermosetting and can For example, be printed in screen printing technique. Usually serve You to, shorts while of soldering too Prevent adjacent areas additionally electrically against each other to isolate underlying areas against mechanical damage and chemical influences to protect (especially to prevent corrosion) and the flashover voltage between to increase the adjacent areas.

Zum Testen der Funktionsfähigkeit der ersten Isolierung, kann eine Seite des Sensors, an der die Isolierung und zumindest eine der Elektroden angeordnet sind, in eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit (z. B. Wasser, in dem Kochsalz aufgelöst wurde) oder Paste eingetaucht werden. Dann wird gemessen, ob die erste Abschirmung über die Flüssigkeit oder Paste elektrisch mit der zumindest einen Elektrode verbunden ist.To the Testing the functionality the first insulation, one side of the sensor, on which the insulation and at least one of the electrodes are arranged in an electrical conductive Liquid (e.g. As water, was dissolved in the common salt) or paste immersed become. Then it is measured whether the first shield over the liquid or paste is electrically connected to the at least one electrode is.

Als Material für die erste und/oder zweite Isolierung eignet sich insbesondere Epoxidharz, aber auch ein elektrisch isolierendes elastomeres Material (Gummi). Epoxidharz hat den Vorteil, gegen Abrieb, Feuchte und Schweiß widerstandsfähig zu sein. Außerdem ist Epoxidharz in den üblicherweise bei physiologischen Messungen auftretenden Temperaturbereichen wärmebeständig. Beispielsweise kann ein zwei Komponenten-Harz verwendet werden. Geeignete Epoxidharze sind ebenfalls aus der Leiterplattentechnik bekannt.When Material for the first and / or second insulation is particularly suitable epoxy resin, but also an electrically insulating elastomeric material (rubber). Epoxy resin has the advantage of being resistant to abrasion, moisture and sweat. Furthermore is epoxy resin in the commonly heat resistant in temperature ranges occurring during physiological measurements. For example a two component resin can be used. Suitable epoxy resins are also known from printed circuit board technology.

Die Isolierungen werden vorzugsweise erst dann aufgebracht, wenn elektrische Anschlussleitungen mit den Elektroden und Abschirmungen verbunden worden sind, z. B. durch Verlöten. Das isolierende Material kann dann die Anschlüsse zusätzlich mechanisch stabilisieren. Zumindest kann es die Anschlüsse elektrisch isolieren.The Insulations are preferably applied only when electrical Connecting cables connected to the electrodes and shields have been, for. B. by soldering. The insulating material can then additionally mechanically stabilize the terminals. At least it can be the connections electrically isolate.

Eine Oberflächenschicht der Elektroden, die beispielsweise Edelmetall aufweist, wird vorzugsweise in einem galvanischen Verfahren aufgebracht.A surface layer of the electrodes comprising, for example, noble metal is vorzugswei se applied in a galvanic process.

Außerdem gehört zum Umfang der Erfindung ein Verfahren zum Messen einer physiologischen Messgröße, wobei der Sensor in einer der in dieser Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen an der Oberfläche eines Messobjekts, insbesondere an der Haut einer Person angeordnet wird, sodass die erste Elektrode und die zweite Elektrode die Oberfläche des Messobjekts mechanisch kontaktieren. Unter Verwendung der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode wird die physiologische Messgröße gemessen.Also belongs to the scope The invention relates to a method for measuring a physiological measured variable, wherein the sensor in one of the embodiments described in this specification on the surface a measurement object, in particular arranged on the skin of a person becomes so that the first electrode and the second electrode, the surface of the Contact the test object mechanically. Using the first one Electrode and the second electrode, the physiological measured variable is measured.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren schematisch dargestellt sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Beispiele beschränkt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche Elemente. Im Einzelnen zeigen:in the The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments which are shown schematically in the figures. However, the invention is not limited to the examples. The same reference numerals in the individual figures indicate same elements. In detail show:

1 eine schematische Draufsicht auf einen Sensor und 1 a schematic plan view of a sensor and

2 einen nicht maßstabgerechten Schnitt durch den Sensor gemäß 1 entlang der Linie II-II. 2 an incomplete section through the sensor according to 1 along the line II-II.

Der in 1 gezeigte Sensor 1 weist einen Träger 3 auf, der aus einem Trägermaterial für eine Leiterplatte besteht. Die 1 zeigt den Sensor 1 von oben, wobei eine Oberflächenschicht des Sensors 1 weggelassen wurde, damit die darunter liegende Struktur erkennbar wird. Die Abmessungen des Sensors 1 in der in 1 dargestellten Ansicht betragen beispielsweise 1,1 cm in der Breite und 0,7 cm in der Höhe. Die Dicke des Sensors 1, die der in 2 dargestellten Höhe entspricht, beträgt beispielsweise 2 mm.The in 1 shown sensor 1 has a carrier 3 on, which consists of a carrier material for a printed circuit board. The 1 shows the sensor 1 from above, wherein a surface layer of the sensor 1 was omitted, so that the underlying structure is recognizable. The dimensions of the sensor 1 in the in 1 For example, the view shown is 1.1 cm in width and 0.7 cm in height. The thickness of the sensor 1 that the in 2 represented height is, for example, 2 mm.

Über einen großen Bereich der Oberfläche 3 erstreckt sich eine erste Abschirmung 9, die z.B. aus einer Schicht Kupfer besteht. Sie hat eine im Wesentlichen rechteckige Außenkontur und reicht an drei Seiten (oben, rechts und unten in 1) bis nahe an den Außenrand des Trägers 3 heran. Der Innenrand der ersten Abschirmung 9 ist etwa kreisförmig ausgestaltet. An einer Seite (links in 1) ist die erste Abschirmung 9 jedoch geöffnet, damit zwei Leiterbahnen 17 aus dem Innenbereich der Abschirmung 9 nach außen führen können.Over a large area of the surface 3 extends a first shield 9 , which consists of a layer of copper, for example. It has a substantially rectangular outer contour and extends on three sides (top, right and bottom in 1 ) to near the outer edge of the carrier 3 approach. The inner edge of the first shield 9 is designed approximately circular. On one side (left in 1 ) is the first shield 9 however, open so that two tracks 17 from the inside of the shield 9 can lead to the outside.

In dem etwa kreisförmigen Innenbereich der ersten Abschirmung 9 befinden sich zwei Elektroden 4, 5, die jeweils über eine der Leiterbahnen 17 an der Oberfläche des Trägers 3 mit einem zugeordneten Kontakt 6, 7 verbunden sind. Die Kontakte 6, 7 sowie ein weiterer Kontakt 8, der elektrisch über eine Leiterbahn 18 mit der ersten Abschirmung 9 verbunden ist, sind außerhalb des von der Abschirmung 9 abgeschirmten Bereichs an der Oberfläche des Trägers 3 angeordnet. Sämtliche beschriebenen Kontakte 6, 7, 8, Leiterbahnen 17, 18 und Elektroden 4, 5 sowie die erste Abschirmung 9 befinden sich an der Oberseite des Trägers 3, die in 1 dargestellt ist und die in 2 oberhalb des Trägers 3 liegt. Der Sensor kann jedoch auch anders ausgestaltet werden. Beispielsweise kann sich die erste Abschirmung vollständig um die Elektroden herum erstrecken, so dass die Öffnung entfällt. In diesem Fall sind die Elektroden beispielsweise elektrisch mit der Rückseite des Trägers verbunden. Alternativ oder zusätzlich kann der Sensor eine weitere, nicht in 2 dargestellte Schicht aufweisen, in der Leiterbahnen angeordnet sind, über die die Elektroden elektrisch mit Kontakten verbunden sind.In the approximately circular inner region of the first shield 9 There are two electrodes 4 . 5 , each via one of the tracks 17 on the surface of the carrier 3 with an associated contact 6 . 7 are connected. The contacts 6 . 7 as well as another contact 8th , which electrically via a conductor track 18 with the first shield 9 are connected outside of the shield 9 shielded area on the surface of the carrier 3 arranged. All described contacts 6 . 7 . 8th , Tracks 17 . 18 and electrodes 4 . 5 as well as the first shield 9 are located at the top of the carrier 3 , in the 1 is shown and the in 2 above the carrier 3 lies. However, the sensor can also be configured differently. For example, the first shield may extend completely around the electrodes, eliminating the opening. In this case, for example, the electrodes are electrically connected to the back side of the carrier. Alternatively or additionally, the sensor may be another, not in 2 have shown layer in which conductor tracks are arranged, via which the electrodes are electrically connected to contacts.

Die in 1 dargestellten Kontakte 6, 7, 8 sind z.B. so ausgestaltet, dass jeweils ein Anschlussdraht an den Kontakt angelötet werden kann.In the 1 illustrated contacts 6 . 7 . 8th For example, are designed so that in each case a connection wire can be soldered to the contact.

Die Kontakte 6, 7, 8 und die Elektroden 4, 5 weisen in dem Ausführungsbeispiel jeweils eine etwa kreisförmige Außenkontur auf, so dass kreisförmige Flächen aus dem für die Kontakte bzw. Elektroden verwendeten elektrisch leitfähigen Material gebildet sind. Die Kontakte und Elektroden können jedoch auch eine andere Form haben.The contacts 6 . 7 . 8th and the electrodes 4 . 5 In the exemplary embodiment, each have an approximately circular outer contour, so that circular surfaces are formed from the electrically conductive material used for the contacts or electrodes. However, the contacts and electrodes may also have a different shape.

Wie aus 2 erkennbar ist, wird der größte Teil der oberseitigen Oberfläche des Sensors 1 durch eine Schicht gebildet, die die erste Abschirmung 9 vollständig abdeckt. Diese Schicht ist eine Isolierung 10 aus elektrisch isolierendem Material. Somit wird ein Kurzschluss zwischen den Elektroden und der Abschirmung 9 verhindert, wenn der Sensor von außen (oben in 2) mechanisch kontaktiert wird.How out 2 can be seen, the largest part of the top surface of the sensor 1 formed by a layer, which is the first shield 9 completely covers. This layer is an insulation 10 made of electrically insulating material. Thus, a short circuit between the electrodes and the shield 9 prevented when the sensor from the outside (top in 2 ) is contacted mechanically.

Wie ebenfalls aus 2 erkennbar ist, erstreckt sich die zweite Elektrode 5 von der oberen Oberfläche des Trägers 3 durch die Isolierung 10 hindurch bis an die obere Außenoberfläche der Isolierung 10. Die erste Elektrode 4 ist in gleicher Weise ausgestaltet. Dabei weisen die Elektroden 4, 5 insgesamt drei Bereiche auf. Der unterste Bereich 13 ist mit der oberen Oberfläche des Trägers 3 verbunden und besteht beispielsweise aus einem Kupfermaterial. Darüber wurde ein zweiter, mittlerer Bereich 14 aufgebracht (insbesondere nach dem Aufbringen der Isolierung 10 auf den Träger 3), der z.B. aus Lötzinn bestehen kann. Darauf ist wiederum der obere, dritte Bereich 15 aufgebracht, der z.B. aus Silberchlorid bestehen kann. Die Ausgestaltung der Elektroden 4, 5 mit mehreren Bereichen, die insgesamt eine wesentlich größere Bauhöhe als die Bauhöhe der ersten Abschirmung ergeben, führt zu einer mechanischen Stabilisierung der Elektroden.Like also out 2 can be seen, the second electrode extends 5 from the upper surface of the carrier 3 through the insulation 10 through to the upper outer surface of the insulation 10 , The first electrode 4 is designed in the same way. This is shown by the electrodes 4 . 5 a total of three areas. The lowest area 13 is with the upper surface of the carrier 3 connected and consists for example of a copper material. Above this was a second, middle area 14 applied (in particular after the application of the insulation 10 on the carrier 3 ), which may consist of solder, for example. This in turn is the upper, third area 15 applied, which may consist of silver chloride, for example. The design of the electrodes 4 . 5 with several areas, the overall result in a much larger height than the height of the first shield, leads to a mechanical stabilization of the electrodes.

Wie rechts in 2 erkennbar ist, ist die erste Abschirmung 9 über eine Durchkontaktierung 16 aus elektrisch leitendem Material durch den Träger 3 hindurch mit der zweiten Abschirmung 11 elektrisch verbunden, die als Schicht aus elektrisch leitfähigem Material an der rückseitigen Oberfläche des Trägers 3 fest mit diesem verbunden ist. Dadurch entsteht eine einheitliche Abschirmung der Elektroden 4, 5, die lediglich nach oben und an der Öffnung der ersten Abschirmung 9 offen ist.As right in 2 is recognizable, is the first shield 9 via a via 16 made of electrically conductive material by the carrier 3 through with the second shield 11 electrically connected as a layer of electrically conductive material on the back surface of the carrier 3 is firmly connected to this. This creates a uniform shielding of the electrodes 4 . 5 , which are only upwards and at the opening of the first shield 9 is open.

Allgemein, losgelöst von dem konkreten Ausführungsbeispiel der 1 und 2, weist die erste Abschirmung vorzugsweise einen (abgeschirmten) Innenbereich auf, in dem sich die Elektroden befinden. Dabei kann, wie beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel von 1, die erste Abschirmung eine Öffnung aufweisen, die insbesondere dem elektrischen Anschluss der Elektroden dient. Der Innenbereich der ersten Abschirmung ist als Bereich in Form einer Fläche zu verstehen, der sich etwa in einer Ebene entlang der oberen Oberfläche des Trägers erstreckt. Er kann im Wesentlichen kreisförmig oder anders ausgestaltet sein.General, detached from the concrete embodiment of 1 and 2 , The first shield preferably has a (shielded) inner region in which the electrodes are located. It can, as for example in the embodiment of 1 in that the first shielding has an opening, which serves in particular for the electrical connection of the electrodes. The inner region of the first shield is to be understood as an area in the form of a surface which extends approximately in a plane along the upper surface of the carrier. It may be substantially circular or otherwise configured.

In dem bevorzugten Ausgestaltungsbeispiel der 1 und 2 ist die zweite Abschirmung 11 an der Rückseite des Trägers 3 an ihrer Unterseite durch eine zweite Isolierung 12 abgedeckt, die als Schicht mit etwa gleichmäßig dickem Material ausgebildet ist. Die zweite Isolierung 12 isoliert die zweite Abschirmung 11 elektrisch gegen die Unterseite. Bei einer Variante des Ausführungsbeispiels können auch die rechts und links in 2 dargestellten Seitenflächen sowie die anderen, oben und unten in 1 dargestellten Ränder des Sensors von einer Isolierung abgedeckt sein.In the preferred embodiment of the 1 and 2 is the second shield 11 at the back of the carrier 3 at its bottom by a second insulation 12 covered, which is formed as a layer with approximately uniformly thick material. The second insulation 12 isolates the second shield 11 electrically against the bottom. In a variant of the embodiment, the right and left in 2 shown side surfaces as well as the other, top and bottom in 1 covered edges of the sensor to be covered by an insulation.

Bei dem Träger handelt es sich z. B. um einen im Wesentlichen starren Körper, der keine wesentliche Verbiegung zulässt. Alternativ kann es sich bei dem Träger jedoch auch um einen flexiblen, d.h. biegsamen Träger handeln. In diesem Fall können elektrische Verbindungen, die an dem Träger angebracht sind, flexibel sein, insbesondere flexible elektrische leitfähige Fäden sein. Die elektrischen Verbindungen verbinden z. B. die Sensoren mit Kontakten oder verbinden verschiedene Teile einer elektrischen Abschirmung miteinander. Ein flexibler Träger erlaubt es z. B., den Sensor in Kleidung zu integrieren, die eine Person am Körper trägt.at the carrier is it z. B. to a substantially rigid body, the no significant bending allows. Alternatively, however, the carrier may also be a flexible, i.e. flexible carrier act. In this case, electrical Compounds attached to the carrier are attached, be flexible, especially flexible electrical conductive Be threads. The electrical connections connect z. B. the sensors with contacts or connect different parts of an electrical shield together. A flexible carrier allows z. B. to integrate the sensor into clothing, the one Person on the body wearing.

Claims

Sensor ( 1 ) for measuring physiological parameters, in particular a skin resistance of a person, the sensor comprising: - a plate-shaped carrier ( 3 ), - a first electrode ( 4 ) attached to a surface of the carrier ( 3 ), - a second electrode ( 5 ) attached to the surface of the support ( 3 ) and from the first electrode ( 4 ), and - a first shield ( 9 ) of electrically conductive material attached to the surface of the support ( 3 ) is attached and along the surface at least partially around the first electrode ( 4 ) and the second electrode ( 5 ) extends around.

Sensor according to the preceding claim, wherein the sensor additionally comprises: - a first contact ( 6 ) attached to the support ( 3 ) and which is electrically connected to the first electrode ( 4 ), and - a second contact ( 7 ) attached to the support ( 3 ) and which is electrically connected to the second electrode ( 5 ) connected is.

Sensor according to one of the preceding claims, wherein the first electrode ( 4 ) and the second electrode ( 5 ) on a front side of the carrier ( 3 ) are arranged such that a body with a substantially planar or curved surface to the first electrode ( 4 ) and to the second electrode ( 5 ) can be created.

Sensor according to one of the preceding claims, wherein the first shield ( 9 ) at least partially by a first insulation ( 10 ) is covered by electrically insulating material.

Sensor according to the preceding claim, wherein the first electrode ( 4 ) and / or the second electrode ( 5 ) into the first insulation ( 10 ) is / are embedded.

Sensor according to the preceding claim, wherein the embedded electrode ( 4 . 5 ) over a surface of the first insulation ( 10 protrudes).

Sensor according to one of the preceding claims, wherein the first electrode ( 4 ) and the second electrode ( 5 ) on a front side of the carrier ( 3 ) and being attached to a rear side of the carrier ( 3 ) a second shield ( 11 ) is arranged made of electrically conductive material.

Sensor according to the preceding claim, wherein the second shield ( 11 ) over an area at the back of the carrier ( 3 ) of the first electrode ( 4 ) and the second electrode ( 5 ) is directly opposite.

Sensor according to one of the two preceding claims, wherein the sensor has an electrical connection, the first shield ( 9 ) and the second shield ( 11 ) electrically interconnects.

Sensor according to one of the three preceding claims, wherein the second shield ( 11 ) at least partially by a second insulation ( 12 ) is covered by electrically insulating material.

Sensor according to one of the preceding claims, wherein the first shield ( 9 ) and a first area ( 13 ) of the first electrode ( 4 ) and / or the second electrode ( 5 ) attached to the surface of the carrier ( 3 ), are formed of the same electrically conductive material and wherein on the region of the first electrode ( 4 ) and / or the second electrode ( 5 ) a second area ( 14 ) is applied from electrically conductive material, so that the electrode ( 4 . 5 ) over the first shield ( 9 protrudes).

Method for producing a sensor ( 1 ) for measuring physiological parameters, in particular a skin resistance of a person, comprising the following steps: - providing a plate-shaped carrier ( 3 ), - fixing a first electrode ( 4 ) on a surface of the carrier ( 3 ), - fixing a second electrode ( 5 ) on the surface of the carrier ( 3 ) at a distance to the first electrode ( 4 ) and - fixing a first shield ( 9 ) of electrically conductive material on the surface of the carrier ( 3 ), so that the first shield ( 9 ) along the surface at least partially around the first electrode ( 4 ) and the second electrode ( 5 ) extends around.

Method according to the preceding claim, wherein the first shield ( 9 ) at least partially by a first insulation ( 10 ) is covered by electrically insulating material.

Method according to the preceding claim, wherein the first electrode ( 4 ) and / or the second electrode ( 5 ) into the first insulation ( 10 ) is / are embedded.

Method according to one of the two preceding claims, wherein before covering the first shield ( 9 ) on the first electrode ( 4 ) and / or on the second electrode ( 5 ) or part of the first ( 4 ) and / or second ( 5 ) An electrode is applied, the adhesion of the electrically insulating material of the first insulation ( 10 ) prevented.

Method according to one of the two preceding claims, wherein one side of the sensor, on which the insulation ( 10 ) and at least one of the electrodes ( 4 . 5 are immersed in an electrically conductive liquid or paste and wherein it is measured whether the first shield ( 9 ) via the liquid or paste with the at least one electrode ( 4 . 5 ) connected is.

Method according to one of the preceding claims, wherein the first electrode ( 4 ) and the second electrode ( 5 ) on a front side of the carrier ( 3 ) and being attached to a back side of the carrier ( 3 ) a second shield ( 11 ) is arranged made of electrically conductive material.

Method according to the preceding claim, wherein the second shield ( 11 ) is arranged so that the second shield ( 11 ) over an area at the back of the carrier ( 3 ) of the first electrode ( 4 ) and the second electrode ( 5 ) is directly opposite.

Method according to one of the two preceding claims, wherein the first shield ( 9 ) and the second shield ( 11 ) are electrically connected to each other.

Method according to one of the three preceding claims, wherein the second shield ( 11 ) at least partially by a second insulation ( 12 ) is covered by electrically insulating material.

Method according to one of the preceding claims, wherein the first shield ( 9 ) and a first area ( 13 ) of the first electrode ( 4 ) and / or the second electrode ( 5 ) attached to the surface of the carrier ( 3 ), are formed from the same electrically conductive material, and wherein the region of the first electrode ( 4 ) and / or the second electrode ( 5 ) a second area ( 14 ) is applied from electrically conductive material, so that the electrode ( 4 . 5 ) over the first shield ( 9 protrudes).