皮肤电导的测量制造技术

传感器用于测量皮肤电导。放大器用于将皮肤电导转换为模拟输出电压，所述模拟输出电压然后被转换到数字域中，使得在数字域中获得强直皮肤电导的增加和阶段性皮肤电导反应。放大器具有非线性对数增益，具有针对增加的皮肤电导值的减小的增益。传感器使得能够在皮肤电导的宽范围上检测强直信号和阶段性信号的增加两者。其提供了模数转换器的最佳使用，使得可以使用更低分辨率并且因此更低成本的转换器。

Measurement of Skin Conductivity

Sensors are used to measure skin conductance. An amplifier is used to convert skin conductance into an analog output voltage, which is then converted into a digital domain to obtain an increase in rigid skin conductance and a periodic skin conductance response in the digital domain. The amplifier has a non-linear logarithmic gain and a decrease in skin conductance for the increase. The sensor enables the detection of the increase of stiffness and phase signals over a wide range of skin conductance. It provides the best use of analog-to-digital converters, making it possible to use converters with lower resolution and therefore lower cost.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】皮肤电导的测量
本专利技术涉及皮肤电导的测量。
技术介绍
公知地，当人出汗时，皮肤电导变化，并且这样的出汗可能是通过体力劳动或通过人的情绪状态造成的。例如，申请人正在开发一种腕带型系统，其可以根据皮肤电导测量结果来确定佩戴者的情绪状态。然后，该信息可用于建议用户进行身体动作或放松，目的是提高佩戴者的睡眠效率。皮肤电导的增加是以有盐分的汗液填充汗腺的出汗的结果。填充的汗腺形成下面血流的电导路径，后者具有非常高的电导。可以通过将电极放置在皮肤上，施加电压并测量电流来测量皮肤电导。出汗部分是由体温调节过程引起的，并且部分是由取决于用户的情绪状态的效应引起的。这两种效应同时发生，并且它们组合以实现整体皮肤电导。所谓的强直(tonic)皮肤反应或皮肤电导水平(SCL)是随时间相对缓慢变化并且取决于温度调节和情绪状况两者的反应。所谓的阶段性(phasic)反应或皮肤电导反应(SCR)(或皮肤电反应(GSR))是随时间相对快速变化并且取决于情绪触发的反应。将温度调节效应与情绪效应分离是很困难的。用户的情绪状态通常是最近已经发生的情绪触发的结果。这些情绪触发导致皮肤电导的更短期的阶段性变化。这些阶段性反应最低地取决于体温相关过程。然而，它们具有相对小的幅度并且容易受影响皮肤-电极接触压力的用户手腕移动的干扰。情绪效应、温度调节和运动效应对皮肤电导测量结果的贡献也取决于测量的位置。例如，情绪分量在指尖处更明显。在不太明显的区域，例如手腕的基部，或甚至在手腕的顶部更如此，情绪分量变得很小，并且更难以将情绪分量与温度调节分量或运动干扰分离。纯皮肤电导测量装置不能在强直反应的情绪分量和热调节分量之间区分。测量将并且地看到所有电导变化的效应。情绪分量与皮质醇水平有关，皮质醇水平是对于维持体内平衡而言必要的肾上腺激素。皮质醇被称为“压力荷尔蒙”，其会影响、调节或调制身体在应激反应中发生的许多变化。皮质醇水平通常贯穿白天和夜晚以昼夜节律波动，其在大约早上8点达到峰值并且在凌晨4点左右达到其最低值。响应于对压力，分泌更多的皮质醇。皮肤电导传感器通常将电压(或电流)施加到皮肤，并测量所得的反应。该反应可以是流过皮肤的电流(或跨皮肤的电压)。在后一种情况下，通过串联电阻器将电压施加到皮肤，使得皮肤和串联电阻器用作可变分压器。使用电流放大器测量电流，并使用电压放大器感测电压。传感器可以使用单端设计或差分设计。单端设计成本较低，并且对噪声较不敏感。差分设计更复杂，但使得能够抵消共模效应。图1示出了典型的皮肤反应，如电导对时间。在该图中，可以将平均趋势形式的皮肤电导水平与作为高频峰的(阶段性)皮肤电导反应SCR分量区分离。如果仅响应于情绪状态而采取行动，则测量皮肤电导的传感器设备需要能够使用信号处理来提供这两个分量的分离。人皮肤电导值在大范围上变化。已知的皮肤电导传感器设计以高分辨率覆盖皮肤电导值的全范围。这需要使用高准确度放大器和高分辨率模数转换器(ADC)。一些设计使用24比特转换。这种传感器变得昂贵并且不适合于商业产品。因此，需要一种系统，用于以使得能够提取阶段性分量的方式测量和处理皮肤电导值，并且可以以低成本和简单的信号处理来实施。
技术实现思路
本专利技术由权利要求限定。根据依据本专利技术的一个方面的范例，提供了一种用于测量皮肤电导的传感器，包括：放大器，其用于将皮肤电导转换为模拟输出电压；模数转换器，其用于将模拟输出电压转换为数字输出信号；以及数字处理器，其用于从数字输出信号中提取阶段性皮肤反应并且提取强直皮肤反应中的增加，其中，放大器具有对数增益，以用于生成输出信号，所述输出信号是皮肤电导的对数，从而具有针对增加的皮肤电导值的减小的增益。可以获得整体强直皮肤反应作为系统的一个输出。情绪触发将引起皮肤电导的增加，因此阶段性皮肤反应中的活动被用作用于识别强直分量的情绪部分的增加的指示符。本专利技术提供了一种用于皮肤反应的检测的经改进的电路。该传感器使得能够在皮肤电导的宽范围上检测整个强直(即SCL)反应和阶段性(即SCR)信号的分离。本专利技术基于以下认识：SCR和SCL幅度的比率具有与绝对皮肤电导值无关的类似数量级。为了最佳地使用模数转换器，需要量化水平，其最佳地与皮肤电导的幅度无关。放大器的对数增益使得能够在皮肤电导值的范围内更有效地使用模数转换器，并且因此使得能够使用更低的分辨率和因此更低成本的转换器。当使用高分辨率模数转换器时，仍然可以达到更高的性能。本专利技术具体地确保数字化信号给出从所有输入皮肤电导水平的强直信号中提取阶段性分量的相同的能力。常规线性模数转换器需要设计成在低皮肤电导水平处给出期望的分辨率，但是在较高的皮肤电导值处分辨率不必要地高。传感器使得能够使用更少的部件和/或可以具有宽松规格的部件。这允许更低成本、低功率和小尺寸的实施方式，适用于高性能消费者产品。增益相对于皮肤电导的对数函数意味着小的皮肤电导值产生到模数转换器的第一幅度的信号，而较大的电导值产生针对模数转换器的较大但不以相同比例较大的信号。因此，对于模数转换器，测量信号以这样的方式被放大：最佳地保持用于检测阶段性值的皮肤电导信号性质。例如，数字处理器适于通过以下操作来提取阶段性皮肤反应：检测表示皮肤电导的数字输出信号中的局部最大值和最小值；检测表示皮肤电导的数字输出信号中的上升边缘；将具有第一范围内的持续时间和第二范围内的幅度变化的那些上升边缘识别为阶段性皮肤反应，并且数字处理器适于通过以下操作来提取强直皮肤反应的增加：在至少长于第一范围的最大值的时段内检测表示皮肤电导的数字输出信号的上升。因此，皮肤电导的短持续时间上升被确定为阶段性反应，而较慢的上升被确定为引起强直皮肤反应的增加。数字处理器例如适于通过滤除表示皮肤电导的数字输出信号中对应于被识别为阶段性皮肤反应的上升边缘的上升来提取强直皮肤反应的增加。因此，通过滤除阶段性反应来确定强直增加。放大器例如包括运算放大器，所述运算放大器具有第一输入处的参考电压、第二输入(实际上处于与第一输入相同的电压处)、第二输入和地之间的皮肤电导以及输出处的输出电压，其中，在输出和第二输入之间提供包括至少一个二极管的反馈路径。电流从输出流过二极管流过皮肤电导到地。反馈路径中的该二极管在具有电压降和电流之间的对数关系，并且这提供了放大器的期望的对数增益。反馈路径用于将流过皮肤的电流转换为运算放大器的输出处的电压。第一输入例如是运算放大器的非反相输入，并且第二输入是反相输入。因此，反馈路径是负反馈路径。模数转换器例如是12比特转换器。通过更有效地使用模数转换器，可以实现更少的比特数。传感器还可包括温度校正电路。这可以用于补偿提供期望的非线性增益的模拟部件(例如反馈二极管或二极管)的温度相关性。传感器可以包括信号处理单元，以用于滤除在不良皮肤电极接触的事件期间皮肤电导测量和/或用于滤波以拒绝由于由加速度计检测的运动的错误反应。这些滤波方法改进了收集的皮肤电导数据的质量。处理器可用于根据皮肤反应计算皮质醇反应。阶段性皮肤反应中的活动以及强直分量的增加是最近的情绪触发的指示符，并且可以用作皮质醇预测的输入。当阶段性反应可用时，这些反应最清洁，因为它们不受热效应的污染。在没有阶段性皮肤反应的情况下，强直反应分量的增加可以用作皮质醇反应的指示符本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量皮肤电导的传感器，包括：放大器(30)，其用于将皮肤电导转换为模拟输出电压；模数转换器(40)，其用于将所述模拟输出电压转换为数字输出信号；以及数字处理器(42)，其用于从所述数字输出信号中提取阶段性皮肤反应并且提取强直皮肤反应中的增加，其中，所述放大器具有对数增益，以用于生成输出信号，所述输出信号是所述皮肤电导的对数，从而具有针对增加的皮肤电导值的减小的增益。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.25 EP 16171377.11.一种用于测量皮肤电导的传感器，包括：放大器(30)，其用于将皮肤电导转换为模拟输出电压；模数转换器(40)，其用于将所述模拟输出电压转换为数字输出信号；以及数字处理器(42)，其用于从所述数字输出信号中提取阶段性皮肤反应并且提取强直皮肤反应中的增加，其中，所述放大器具有对数增益，以用于生成输出信号，所述输出信号是所述皮肤电导的对数，从而具有针对增加的皮肤电导值的减小的增益。2.如权利要求1所述的传感器，其中，所述数字处理器(42)适于通过以下操作来提取所述阶段性皮肤反应：检测表示所述皮肤电导的所述数字输出信号中的局部最大值和局部最小值；检测表示所述皮肤电导的所述数字输出信号中的上升边缘；将具有第一范围内的持续时间和第二范围内的幅度变化的那些所述上升边缘识别为所述阶段性皮肤反应，其中，所述数字处理器适于通过以下操作来提取所述强直皮肤反应中的增加：在至少比所述第一范围的最大值更长的时段内检测表示所述皮肤电导的所述数字输出信号中的上升。3.如权利要求2所述的传感器，其中，所述数字处理器(42)适于通过滤除表示所述皮肤电导的所述数字输出信号中与被识别为阶段性皮肤反应的上升边缘对应的上升来提取所述强直皮肤反应中的增加。4.如权利要求3所述的传感器，其中，所述放大器(30)包括运算放大器，所述运算放大器具有第一输入处的参考电压、第二输入与地之间的皮肤电导以及输出处的输出电压，其中，在所述输出与所述第二输入之间提供包括至少一个二极管(28)的反馈路径。5.如任一前述权利要求所述的传感器，还包括温度测量电路(R5、D4)。6.如任一前述权利要求所述的传感器，包括信号处理单元，所述信号处理单元用于滤除或者限制在不良皮肤电极接触的事件期间皮肤电导测量结果的影响和/或用于滤波以拒绝或者限制由于由加速度计检测的运...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·T·G·M·彭宁德弗里斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL