DE102016117354A1 - On the skin portable electrode - Google Patents
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Abstract
Eine auf der Haut tragbare Elektrode weist eine elektrische Kontaktschicht auf, die mit einem Stromanschluss verbunden ist, wobei zwischen Stromanschluss und Kontaktschicht eine elektrische Übertragungsschicht angeordnet ist.A skin-portable electrode has an electrical contact layer which is connected to a power connection, wherein an electrical transfer layer is arranged between the power connection and the contact layer.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine auf der Haut tragbare Elektrode, insbesondere in einem Bekleidungsstück, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. The invention relates to an electrode that can be worn on the skin, in particular in a piece of clothing, according to the preamble of
In der
Aus der
Die Einzelsensoren sind über elektrische Leiter, die durch die Stofflage hindurchgeführt sind, mit Anschlüssen verbunden. The individual sensors are connected via electrical conductors, which are passed through the fabric layer with terminals.
In der
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen eine auf der Haut tragbare Elektrode mit hohem Tragekomfort zu schaffen. The invention has for its object to provide with simple measures a portable on the skin electrode with high comfort.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an. This object is achieved with the features of
Die erfindungsgemäße, auf der Haut tragbare Elektrode kann als Sensor eingesetzt werden, über den Vitalparameter des Körpers anhand von Spannungsänderungen auf der Haut oder einer Änderung des elektrischen Hautwiderstandes ermittelt werden. Es ist auch möglich, die Elektrode als Signalgeber einzusetzen, über die elektrische Impulse auf die Haut übertragen werden, beispielsweise zur Muskelstimulation. The skin-portable electrode according to the invention can be used as a sensor, can be determined via the vital parameters of the body based on changes in the tension on the skin or a change in the electrical skin resistance. It is also possible to use the electrode as a signal generator, are transmitted via the electrical impulses to the skin, for example, for muscle stimulation.
Die Elektrode wird vorteilhafterweise in ein Bekleidungsstück integriert, beispielsweise in ein Hemd, ein T-Shirt, eine Hose wie zum Beispiel eine Sporthose, einen Büstenhalter oder dergleichen. Des Weiteren kann die Elektrode auch in einen Gürtel, einen Brustgurt oder eine Manschette integriert werden, die zum Beispiel über das Handgelenk oder das Fußgelenk gestülpt wird; auch derartige Gegenstände zählen im Sinne der Erfindung als „Bekleidungsstück“. The electrode is advantageously integrated into a garment, for example a shirt, T-shirt, trousers such as sports pants, brassiere or the like. Furthermore, the electrode can also be integrated into a belt, a chest strap or a cuff, which, for example, is slipped over the wrist or the ankle; Also such items count in the context of the invention as a "piece of clothing".
Des Weiteren ist es möglich, die Elektrode ohne Bekleidungsstück unmittelbar auf die Haut aufzusetzen. Furthermore, it is possible to place the electrode directly on the skin without clothing.
Die Elektrode kann als einzelne Elektrode verwendet werden, insbesondere in einem Bekleidungsstück, oder es sind in dem Bekleidungsstück zwei Elektroden vorhanden, beispielsweise um bei einem Stromfluss zwischen den Elektroden über die Haut den Hautwiderstand zu ermitteln. The electrode may be used as a single electrode, particularly in a garment, or there may be two electrodes in the garment, for example, to determine skin resistance during a current flow between the electrodes across the skin.
Die Elektrode wird im Einsatz unmittelbar auf der Haut platziert. Hierbei liegt eine elektrische Kontaktschicht, die Bestandteil der Elektrode ist, direkt auf der Haut auf. Es kann gegebenenfalls aber zweckmäßig sein, die Kontaktschicht auf der Hautseite mit einer Beflockung zu versehen, die das Tragegefühl und den Tragekomfort verbessert und Feuchtigkeit aufsaugt. Die Beflockung auf der Kontaktschicht schränkt die Funktion der Elektrode als Signalgeber oder Signalempfänger nicht oder zumindest nicht wesentlich ein. The electrode is placed directly on the skin during use. In this case, an electrical contact layer, which is part of the electrode, rests directly on the skin. However, it may be appropriate to provide the contact layer on the skin side with a flocking, which improves the feeling of wear and comfort and absorbs moisture. The flocking on the contact layer does not limit the function of the electrode as a signal generator or signal receiver or at least not substantially.
Bei der erfindungsgemäßen Elektrode ist die Kontaktschicht mit einem Stromanschluss verbunden, beispielsweise einem Stromleiter oder -kabel. Der Stromanschluss kann mit oder ohne mechanischen Kontakt mit der Kontaktschicht ausgeführt sein. Der Stromanschluss steht direkt in elektrischem Kontakt mit einer elektrischen Übertragungsschicht, die an der Kontaktschicht liegt. Die Kontaktschicht wird somit über die anliegende elektrische Übertragungsschicht mit dem Stromanschluss elektrisch verbunden. Die Übertragungsschicht, die gegebenenfalls den Stromanschluss von der Kontaktschicht separieren kann, erstreckt sich zumindest annähernd über die gesamte Länge der Kontaktschicht. Der Stromfluss erfolgt über den Stromanschluss auf die Übertragungsschicht und von der Übertragungsschicht auf die Kontaktschicht. In the electrode according to the invention, the contact layer is connected to a power connection, for example a conductor or cable. The power connection may be made with or without mechanical contact with the contact layer. The power connector is in direct electrical contact with an electrical transfer layer located on the contact layer. The contact layer is thus electrically connected via the adjacent electrical transfer layer to the power connector. The transfer layer, which may optionally separate the power connection from the contact layer, extends at least approximately over the entire length of the contact layer. The current flow takes place via the power connection to the transfer layer and from the transfer layer to the contact layer.
Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die Kontaktschicht nicht wie im Stand der Technik an einer eng begrenzten Stelle mit Strom versorgt wird, was zu einer verhältnismäßig hohen Stromdichte im Kontaktbereich zwischen dem Stromanschluss und der Kontaktschicht führt und vom Benutzer als unangenehm empfunden werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung erfolgt vielmehr die elektrische Verbindung zwischen dem Stromanschluss und der Kontaktschicht über die Übertragungsschicht auf einer verhältnismäßig großen Länge der Kontaktschicht, wodurch lokal erhöhte Stromdichten in der Kontaktschicht vermieden werden. Die Stromübertragung zwischen dem Stromanschluss und der Kontaktschicht erfolgt gleichmäßig über die Länge der Kontaktschicht. Die Übertragungsschicht besitzt vorteilhafterweise einen geringeren elektrischen Widerstand als die Kontaktschicht, so dass selbst bei einem direkten mechanischen Kontakt zwischen dem Stromanschluss und der Kontaktschicht der Stromfluss flächig über die Übertragungsschicht auf die Kontaktschicht erfolgt. This embodiment has the advantage that the contact layer is not supplied, as in the prior art in a tightly limited place with power, resulting in a relatively high current density in the contact area between the power connector and the contact layer and can be perceived by the user as unpleasant. In the embodiment according to the invention, rather, the electrical connection between the power connection and the contact layer via the transfer layer over a relatively large length of the contact layer, whereby locally increased current densities are avoided in the contact layer. The power transmission between the power connector and the contact layer is uniform over the length of the contact layer. The transfer layer advantageously has a lower electrical resistance than the contact layer, so that even in the case of a direct mechanical contact between the power connection and the contact layer, the current flow takes place over the transfer layer over the contact layer.
Vorteilhafterweise weist die Übertragungsschicht zumindest annähernd die gleiche Fläche wie die Kontaktschicht auf und liegt unmittelbar an einer Seitenfläche der Kontaktschicht an, so dass über die gesamte Seitenfläche der Kontaktschicht eine elektrische Übertragung zwischen Kontakt- und Übertragungsschicht möglich ist. Dieser Effekt wird auch erreicht, falls die Übertragungsschicht in einer oder in zwei Dimensionen eine größere Erstreckung als die Kontaktschicht aufweist und somit in der Länge und/oder in der Breite über die Kontaktschicht hinausragt. Auch in diesem Fall ist die Seitenfläche der Kontaktschicht vollständig in Kontakt mit der Übertragungsschicht. Advantageously, the transfer layer has at least approximately the same area as the contact layer and abuts directly on a side surface of the contact layer, so that an electrical transfer between contact and transfer layer is possible over the entire side surface of the contact layer. This effect is also achieved if the transfer layer in one or in two dimensions has a greater extent than the contact layer and thus extends beyond the contact layer in length and / or width. Also in this case, the side surface of the contact layer is completely in contact with the transfer layer.
Die Übertragungsschicht und die Kontaktschicht unterscheiden sich vorteilhafterweise in zumindest einem Materialparameter. Hierbei handelt es sich beispielsweise um die elektrische Leitfähigkeit, die in der Übertragungsschicht höher sein kann als in der Kontaktschicht. Vorteilhafterweise kann die Kontaktschicht schneller als die Übertragungsschicht elektrische Hautparameter erfassen. Dementsprechend weist die Kontaktschicht beispielsweise einen höheren elektrischen Widerstand auf als die Übertragungsschicht. The transfer layer and the contact layer advantageously differ in at least one material parameter. This is, for example, the electrical conductivity, which may be higher in the transfer layer than in the contact layer. Advantageously, the contact layer can detect electrical skin parameters faster than the transfer layer. Accordingly, the contact layer, for example, a higher electrical resistance than the transfer layer.
Der Unterschied zwischen dem Aufbau der Kontaktschicht und der Übertragungsschicht kann aber auch den mechanischen Aufbau der Schichten betreffen. So ist es beispielsweise möglich, dass die Übertragungsschicht ein Gestrick, Gewirk oder einen Stoff umfasst mit miteinander regelmäßig oder regellos verwobenen Fasern, wohingegen die Kontaktschicht als ein massiver Block ausgebildet sein kann. However, the difference between the structure of the contact layer and the transfer layer can also relate to the mechanical structure of the layers. Thus, for example, it is possible for the transfer layer to comprise a knitted fabric, knitted fabric or a fabric having fibers woven together regularly or randomly, whereas the contact layer may be formed as a solid block.
In der Ausführung der Übertragungsschicht als Gestrick, Gewirk oder Stoff können die Fasern der Übertragungsschicht aus einem nicht-elektrisch leitenden Material gefertigt sein, die jedoch mit einer elektrisch leitenden Beschichtung versehen sind, beispielsweise mit einer Beschichtung aus Silber. In the embodiment of the transfer layer as a knitted fabric or fabric, the fibers of the transfer layer can be made of a non-electrically conductive material, but which are provided with an electrically conductive coating, for example with a coating of silver.
Die Übertragungsschicht ist, gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung, aus einem Polyamid gefertigt. Die Kontaktschicht ist dagegen, gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung, aus Polyurethan gefertigt. In die Kontaktschicht können elektrisch leitfähige Partikel eingebracht sein, beispielsweise Ruß- bzw. Karbonpartikel. In der Kombination einer Fertigung der Kontaktschicht aus Polyurethan mit eingebrachten Karbonpartikeln erhält man den Vorteil eines raschen Ansprechverhaltens der Kontaktschicht sowohl in der Ausführung der Elektrode als Signalgeber als auch in der Ausführung als Sensor. The transfer layer is, according to a further advantageous embodiment, made of a polyamide. The contact layer is, however, made of polyurethane, according to another expedient embodiment. In the contact layer electrically conductive particles may be introduced, for example carbon black or carbon particles. The combination of a production of the contact layer of polyurethane with carbon particles introduced gives the advantage of rapid response of the contact layer both in the design of the electrode as a signal generator and in the embodiment as a sensor.
Der Aufbau der Elektrode mit Kontaktschicht, Übertragungsschicht und Stromanschluss hat den weiteren Vorteil, dass die Übertragungsschicht auch bei einem nur lokalen Kontakt mit dem Stromanschluss eine gleichmäßige Stromübertragung auf die Kontaktschicht gewährleistet. Es kann beispielsweise ausreichend sein, dass der Stromanschluss lediglich den Randbereich der Übertragungsschicht elektrisch kontaktiert, wobei die Stromübertragung von dem Randbereich der Übertragungsschicht ausgehend zumindest weitgehend gleichmäßig über den Kontakt zur Kontaktschicht auf diese übertragen wird. The structure of the electrode with contact layer, transfer layer and power connection has the further advantage that the transfer layer ensures a uniform current transfer to the contact layer even with only local contact with the power connector. For example, it may be sufficient for the electrical connection to only electrically contact the edge region of the transfer layer, the current transfer being transmitted from the edge region of the transfer layer to the contact layer at least substantially uniformly over the contact layer.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung, in der der Stromanschluss einen Stromleiter bildet, erstreckt sich ein nicht-isolierter Leitungsabschnitt des Stromleiters zumindest annähernd über die Länge der Übertragungsschicht und steht in elektrischem Kontakt mit der Übertragungsschicht. According to a further advantageous embodiment, in which the current connection forms a current conductor, a non-insulated line section of the current conductor extends at least approximately over the length of the transfer layer and is in electrical contact with the transfer layer.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist die Elektrode auf der der Übertragungsschicht abgewandten Seite des Stromanschlusses eine elektrisch isolierende Isolationsschicht auf. Die Isolationsschicht kann als eine Polyurethanschicht ausgebildet sein. Die Isolationsschicht kann gegebenenfalls aus dem gleichen Material wie die Kontaktschicht bestehen, jedoch ohne elektrisch leitende Partikel, so dass die Isolationsschicht elektrisch isolierend wirkt. According to yet another expedient embodiment, the electrode has an electrically insulating insulating layer on the side of the power connection facing away from the transfer layer. The insulating layer may be formed as a polyurethane layer. If appropriate, the insulating layer may consist of the same material as the contact layer, but without electrically conductive particles, so that the insulating layer has an electrically insulating effect.
In der Ausführung des Stromanschlusses als Stromkabel bzw. Stromleiter ist ein Kabelabschnitt vorteilhafterweise an der Elektrode seitlich nach außen geführt und kann an eine Stromquelle oder an eine Auswerteeinheit oder an einen Transmitter angeschlossen werden. In the embodiment of the power connection as a power cable or conductor, a cable section is advantageously guided laterally outwards at the electrode and can be connected to a power source or to an evaluation unit or to a transmitter.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen. Es zeigen: Further advantages and expedient embodiments can be found in the further claims, the description of the figures and the drawing. Show it:
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, the same components are provided with the same reference numerals.
Die in
Die Kontaktschicht
Die flächig an der Kontaktschicht
Die Übertragungsschicht
Die Übertragungsschicht
Das Stromkabel
Auf der der Übertragungsschicht
Die Hautseite der Kontaktschicht
In
Der Stromanschlussknopf
In
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- EP 1676528 A1 [0006] EP 1676528 A1 [0006]
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