一种柔性非接触心电传感器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种柔性非接触心电传感器及其制备方法，柔性非接触电极传感器包括柔性非接触电极；柔性非接触电极通过电容耦合原理将心电信号耦合到电极上，人体皮肤相当电容一极板，电极相当于另一极板；人体皮肤上的心电信号，可以耦合到电极上面；耦合到的心电信号微弱易受外界干扰，因此需要屏蔽层屏蔽外界干扰；而人体与电极、电极与屏蔽层都不能直接接触，因此在人体与电极之间和电极与屏蔽层之间增加绝缘层。本发明专利技术不使用导电膏不会造成皮肤过敏，可以长时间监测，重复使用。电极设计成圆形避免方形佩戴的不舒适。制作方法简单，造价低廉。柔性非接触电极比较薄，有一定的柔韧性，焊接牢固，导线不易脱落。因为有屏蔽，外界信号干扰小。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性非接触心电传感器及其制备方法
本实用型涉及测量人体的电信号技术，具体说是一种柔性非接触心电传感器及其制备方法。
技术介绍
我国心血管病的发病比例高，为预防和监测其病情，需测量人体的电信号，其中心电、肌电都特别重要。为让心电电极传感器更好地采集到人体心电信号，科学家对其不断改进。目前广泛使用的心电电极是接触式凝胶Ag/AgCl湿电极。在使用这种电极时需要要涂抹导电膏，长时间使用会导致过敏接触性皮炎，不适于长期穿戴。并且这种湿电极都是一次性的不能重复使用。鉴于此，本设计采用电容耦合原理设计出柔性非接触电极，该电极采集到的信号驱动能力弱，因此设计了预处理电路提高负载能力。本文也针对电极结构，提出了其制作方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可重复使用的，不会造成皮肤过敏的柔性非接触心电传感器。本专利技术采用的技术方案是：一种柔性非接触心电传感器，柔性非接触电极传感器包括柔性非接触电极；柔性非接触电极通过电容耦合原理将心电信号耦合到电极上，人体皮肤相当电容一极板，电极相当于另一极板；人体皮肤上的心电信号，可以耦合到电极上面；耦合到的心电信号微弱易受外界干扰，因此需要屏蔽层屏蔽外界干扰；而人体与电极、电极与屏蔽层都不能直接接触，因此在人体与电极之间和电极与屏蔽层之间增加绝缘层。柔性非接触电极结构具有5层，包括绝缘底层；绝缘底层上部设有电极层，电极层上部设有中间绝缘层，中间绝缘层上部设有金属屏蔽层，金属屏蔽层上部设有绝缘顶层；其中电极层接有电极引脚；金属屏蔽层接有屏蔽引脚。在柔性非接触电极结构中绝缘顶层、中间绝缘层、绝缘底层都使用聚酰亚胺绝缘材料制成，形状采用圆形结构，圆形结构的半径16～20mm；绝缘顶层厚度0.05mm，避免下面金属屏蔽层暴露在空气中氧化；同时，为了将电极层固定在皮肤上，使用医用胶带从绝缘顶层粘在皮肤上，而顶层的聚酰亚胺容易和医用胶带分离；避免绝缘层与电极层产生较大寄生电容，中间绝缘层厚为0.4～0.8mm；屏蔽层和电极层都是金属，即使屏蔽层接地，仍会产生寄生电容，对电极层耦合过来的心电信号有影响；为了减小影响，需要将屏蔽层与电极层之间的距离增大，从而减小寄生电容；但过大距离使得电极层体积增大，屏蔽效果变差；采用0.4～0.8mm的距离最合适，因此选用此距离作为中间绝缘层厚度；绝缘底层厚度0.05mm，避免电极层与人体直接接触；电极层和屏蔽层材料是导电性良好的金属，金属厚度为0.02mm；屏蔽层和电极层形状一样，只是大小参数不同；电极层的圆形部分直径是12mm，长方形部分用于焊接导线，长是3mm，宽是2mm；屏蔽层圆形部分14～16mm，屏蔽引脚的长是2～4mm，宽是3mm；传输电极层耦合过来的心电信号使用屏蔽传输导线，屏蔽传输导线的外层有铜网屏蔽外界干扰；屏蔽铜网焊接屏蔽层的屏蔽引脚，传输导线焊接电极层的电极引脚；屏蔽传输导线的另一端，铜网接预处理电路的地端，传输导线接输入端。柔性非接触电极传感器包括预处理电路；预处理电路与柔性非接触电极连接，将柔性非接触电极耦合到驱动能力不足的信号微弱进行预处理，预处理电路提高驱动能力，便于后续的放大滤波；预处理电路是将低噪声精密放大器设计成电压跟随器，提高了驱动能力同时保证原始信号不被后续处理电路影响；选用低噪声精密放大器必须能够放大uA级别的信号，为让放大器的偏置电流有回路，在INA+端接输入端，并联电阻R一端接地；电阻R影响放大器的噪声大小，选择阻值大小是1M的电阻R。一种柔性非接触心电传感器的制备方法，1)制作电极层，将厚度为0.02mm铜箔裁剪成圆形和矩形连接的形状，将直径0.3mm的细导线丝与电极引脚焊接；2)制作屏蔽层，用酒精将电极层和屏蔽层擦拭干净，准备好有单面胶性的聚酰亚胺材料，先做好绝缘底层，有胶性的一面粘贴好屏蔽层，屏蔽层位置居中；3)制作中间绝缘层，电极层粘上0.4～0.8mm的聚酰亚胺；然后粘上屏蔽层，将屏蔽引脚与电极引脚设有5～15度的角度差，便于焊接屏蔽引线，避免屏蔽引线与电极引线相接触；4)在屏蔽层和电极层就制作完成后，将电极层与传输导线的焊接，先焊接电极层的导线丝与传输导线，然后用电工胶带绝缘；其次焊接屏蔽层和屏蔽传输导线，用电工胶带绝缘；焊接时注意不要让铜网和传输导线连接上，采用焊锡焊接，焊接连接的连接强度高，不易断开。本专利技术的优点是：本专利技术的传感器，不使用导电膏不会造成皮肤过敏，可以长时间监测，可重复使用。电极设计成圆形避免了方形佩戴的不舒适。电极制作方法简单，造价低廉。柔性非接触电极比较薄，有一定的柔韧性，焊接牢固，导线不易脱落。因为有屏蔽，外界信号干扰小。附图说明图1是本专利技术的剖面图。图2是本专利技术的立体示意图。图3是本专利技术的电极层示意图。图4是本专利技术的预处理电路图。具体实施方式下面结合说明书附图1-4对本专利技术进一步详细说明。一种柔性非接触心电传感器，柔性非接触电极传感器包括柔性非接触电极；柔性非接触电极通过电容耦合原理将心电信号耦合到电极上，人体皮肤相当电容一极板，金属电极相当于电极的另一极板；人体皮肤上的心电信号，可以耦合到金属电极上面；耦合到的心电信号微弱易受外界干扰，因此需要金属屏蔽层屏蔽外界干扰；而人体与电极、电极与金属屏蔽层都不能直接接触，因此在人体与电极之间和电极与金属屏蔽层之间增加绝缘层。柔性非接触电极结构具有5层，包括绝缘底层1；绝缘底层1上部设有电极层2，电极层2上部设有中间绝缘层4，中间绝缘层4上部设有金属屏蔽层5，金属屏蔽层5上部设有绝缘顶层7；其中电极层2接有电极引脚3；金属屏蔽层5接有屏蔽引脚6。在柔性非接触电极结构中绝缘顶层、中间绝缘层、绝缘底层都使用聚酰亚胺绝缘材料制成，形状采用圆形结构，圆形结构的半径16～20mm，采用没有棱角的圆形，不会扎伤皮肤；绝缘顶层厚度0.05mm，避免下面金属屏蔽层暴露在空气中氧化；同时，为了将电极层固定在皮肤上，使用医用胶带从绝缘顶层粘在皮肤上，而顶层的聚酰亚胺容易和医用胶带分离，这样电极层使用后好清理，便于下次使用；中间绝缘层厚0.4～0.8mm，避免绝缘层与电极层产生较大寄生电容；屏蔽层和电极层都是金属，即使屏蔽层接地，仍会产生寄生电容，对电极层耦合过来的心电信号有影响；为了减小影响，需要将屏蔽层与电极层之间的距离增大，从而减小寄生电容；但过大距离使得电极层体积增大，屏蔽效果变差；采用0.4～0.8mm的距离最合适，因此选用此距离作为中间绝缘层厚度；绝缘底层厚度0.05mm，避免电极层与人体直接接触；电极层和屏蔽层材料是导电性良好的金属，如金，银，铜，铝等；从经济角度和导电性角度考虑，使用铜最为合适，厚度为0.02mm；屏蔽层和电极层形状一样，只是大小参数不同；电极层的圆形部分直径是12mm，长方形部分用于焊接导线，长是3mm，宽是2mm；屏蔽层圆形部分14～16mm，屏蔽引脚的长是2～4mm，宽是3mm。传输电极层耦合过来的心电信号使用屏蔽传输导线，屏蔽传输导线的外层有铜网屏蔽外界干扰。屏蔽铜网焊接屏蔽层的屏蔽引脚，传输导线焊接电极层的电极引脚。屏蔽传输导线的另一端，铜网接预处理电路的地端，传输导线接输入端。柔性非接触电极传感器包括预处理电路；预处理电路与柔性非接触电极连接，将柔性非接触电极耦合到驱动能力不足的信号微弱进行预处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性非接触心电传感器，其特征在于：柔性非接触电极传感器包括柔性非接触电极；柔性非接触电极通过电容耦合原理将心电信号耦合到电极上，人体皮肤相当电容一极板，电极相当于另一极板；人体皮肤上的心电信号，可以耦合到电极上面；耦合到的心电信号微弱易受外界干扰，因此需要屏蔽层屏蔽外界干扰；而人体与电极、电极与屏蔽层都不能直接接触，因此在人体与电极之间和电极与屏蔽层之间增加绝缘层。

【技术特征摘要】
1.一种柔性非接触心电传感器，其特征在于：柔性非接触电极传感器包括柔性非接触电极；柔性非接触电极通过电容耦合原理将心电信号耦合到电极上，人体皮肤相当电容一极板，电极相当于另一极板；人体皮肤上的心电信号，可以耦合到电极上面；耦合到的心电信号微弱易受外界干扰，因此需要屏蔽层屏蔽外界干扰；而人体与电极、电极与屏蔽层都不能直接接触，因此在人体与电极之间和电极与屏蔽层之间增加绝缘层。2.根据权利要求1所述的一种柔性非接触心电传感器，其特征在于：柔性非接触电极结构具有5层，包括绝缘底层；绝缘底层上部设有电极层，电极层上部设有中间绝缘层，中间绝缘层上部设有金属屏蔽层，金属屏蔽层上部设有绝缘顶层；其中电极层接有电极引脚；金属屏蔽层接有屏蔽引脚。3.根据权利要求1所述的一种柔性非接触心电传感器，其特征在于：在柔性非接触电极结构中绝缘顶层、中间绝缘层、绝缘底层都使用聚酰亚胺绝缘材料制成，形状采用圆形结构，圆形结构的半径16～20mm；绝缘顶层厚度0.05mm，避免下面金属屏蔽层暴露在空气中氧化；同时，为了将电极层固定在皮肤上，使用医用胶带从绝缘顶层粘在皮肤上，而顶层的聚酰亚胺容易和医用胶带分离；避免绝缘层与电极层产生较大寄生电容，中间绝缘层厚为0.4～0.8mm；屏蔽层和电极层都是金属，即使屏蔽层接地，仍会产生寄生电容，对电极层耦合过来的心电信号有影响；为了减小影响，需要将屏蔽层与电极层之间的距离增大，从而减小寄生电容；但过大距离使得电极层体积增大，屏蔽效果变差；采用0.4～0.8mm的距离最合适，因此选用此距离作为中间绝缘层厚度；绝缘底层厚度0.05mm，避免电极层与人体直接接触；电极层和屏蔽层材料是导电性良好的金属，金属厚度为0.02mm；屏蔽层和电极层形状一样，只是大小参数不同；电极层的圆形部分直径是12mm，长方形部...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘纪红，李阳，孙炜翔，周晓阳，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21