[發(fā)明專利]一種檢測人體生理信號的方法及其傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810725208.8
• 申請日: 2018-07-04
• 公開（公告）號: CN109084915B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發(fā)明（設計）人: 沈群東;唐鑫;韓煦;陳昕
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學
• 主分類號: A61B5/02
• 分類號: A61B5/02;A61B5/11;G01L1/20
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 杜靜

本發(fā)明涉及一種檢測人體生理信號的方法及其傳感器。所述方法通過檢測撓曲電材料發(fā)生應變梯度而產(chǎn)生的撓曲電信號來實現(xiàn)生理信號大小或/和方向的檢測。具體的，通過在柔性極性高分子層設計特殊的結(jié)構(gòu)，使得其內(nèi)部形成較強的梯度應變，從而產(chǎn)生較強的撓曲電信號；撓曲電信號的方向與梯度應變的方向相同，所以可與據(jù)此判斷出器件所受力的方向。基于柔性極性高分子的柔性撓曲電傳感器，能夠靈敏的檢測出人體生理信號如肌肉運動信號的方向，從而收集詳盡的人體生理信息。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及電子科學與生物醫(yī)學領域，具體涉及一種檢測生理作用力信號的方法及其傳感器。

背景技術(shù)

現(xiàn)今社會，隨著電子科學與生物醫(yī)學的互相滲透，人們已不僅僅滿足于傳統(tǒng)電子設備，如智能手機、電腦等給我們生活帶來的便利。越來越多的人希望智能化電子器件能夠直接應用于電子-生物交互界面。其中可穿戴的智能電子設備受到越來越多的關注。可穿戴智能電子設備能夠與人體皮膚直接接觸，從而收集人體健康信息如脈搏信號，來評估人體健康狀況；或者讀取人體肌肉運動，從而識別人體的肢體語言和面部表情，加強人機交互。脈搏信號和肌肉運動信號其本質(zhì)是復雜的生理信號，不僅需要區(qū)分應力的大小，還需要同時檢測應力的方向。如何在識別人體生理信號，如脈搏和肌肉運動信號的大小的同時，識別此類信號的方向是當前可穿戴器件需要解決的主要問題。

目前，市場上主流的可穿戴電子設備，如運動手環(huán)，手表等，能夠通過內(nèi)置的光電檢測器檢測到脈搏跳動的頻率，以及通過集成的加速計，來判斷肢體運動的強度和方向。這類可穿戴電子設備因為不具備柔性，不能夠與人體皮膚緊密的貼合，因此只適用于收集和檢測相對簡單且信號強度較大的人體生理信號。對于精細的人體生理信號，如脈搏周期信號波形的識別，血液流動方向的判斷，以及面部表情運動的大小以及方向的識別和區(qū)分，需要通過能與人體緊密貼合的柔性可穿戴壓力傳感器件來實現(xiàn)。

柔性壓力傳感器主要分為電阻型、壓電型以及晶體管型器件。電阻型柔性壓力傳感器的工作原理是基于材料的應變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值的變化，通過測量阻值的大小來確定受力的大小。壓電型柔性壓力傳感器則是利用了壓電效應，即具有永久極化的材料在應力作用下，材料表面產(chǎn)生表面電荷，此電荷密度與外力成正比關系，與外電路連接后，可根據(jù)測得電信號的大小來確定受力的大小。晶體管型器件則是利用介電層在外力作用下，電容值發(fā)生變化，引起半導體層中載流子濃度和運輸速率發(fā)生變化，由此建立測得的電信號與所受外力大小的關系。上述幾種柔性壓力傳感器均能夠?qū)崿F(xiàn)對于應力大小精確的檢測，然而利用單個器件很難判斷應力的方向。目前的解決方案是將多個柔性壓力傳感器件集成為多維度傳感陣列，通過同時檢測多陣列點的信號，來判斷受力的方向或物體運動的軌跡。但該方法的分辨率受限于單個檢測器件的體積大小，由于上述幾種柔性壓力傳感器件均具有多層的器件結(jié)構(gòu)和復雜的電路，所以難以提高其分辨率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的之一在于提供一種檢測人體生理信號的方法，本發(fā)明所述方法是一種利用撓曲電效應來實現(xiàn)對于信號的檢測，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)力的大小和方向的檢測方法。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種用于實現(xiàn)上述檢測方法的傳感器，所述傳感器為柔性撓曲電型壓力傳感器件，能夠?qū)崿F(xiàn)對于脈搏及肌肉運動信號等復雜生理信號的大小和方向的檢測。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供一種檢測人體生理信號的方法，所述方法通過檢測撓曲電材料發(fā)生應變梯度而產(chǎn)生的撓曲電信號來實現(xiàn)生理信號大小或/和方向的檢測。

本發(fā)明所述方法更具體的是利用撓曲電材料的撓曲電性誘導的極化強度與應變梯度成線性關系來測量力的大小，同時應變梯度的方向決定撓曲電信號的極性，能夠區(qū)分力的方向。即，作為生理信號的外力作用于撓曲電材料發(fā)生梯度應變，撓曲電材料的撓曲電信號與發(fā)生的梯度應變成線性關系，撓曲電信號的極性也取決于梯度應變的方向，通過檢測撓曲電材料發(fā)生梯度應變產(chǎn)生的撓曲電信號的情況，實現(xiàn)生理信號的大小和/或方向的檢測。