[發明專利]基于人體運動混合微能量收集的心率監測系統及方法

在審

• 申請號: 202011463887.X
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112472058A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 張加宏;李玲;王超;邢俊
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: A61B5/024
• 分類號: A61B5/024;A61B5/00;H02J7/00;H02J7/32;H02J7/34;H02N1/04;H02N2/18
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 上官鳳棲

1.基于人體運動混合微能量收集的心率監測系統，其特征在于，所述心率監測系統包括混合微能量收集單元、能量管理與輸出單元(4)、柔性壓阻傳感器單元(3)、數據處理及無線傳輸單元(5)；所述混合微能量收集單元由1個可編織單電極TENG和2個分別放在左右腳后跟的壓電采集器構成；所述能量管理與輸出單元(4)和數據處理及無線傳輸單元(5)都被封裝在腕帶里；人體運動擺臂時，所述TENG和壓電采集器產生交流電并發送至能量管理與輸出單元(4)，能量管理與輸出單元(4)將交流電經過轉化存儲在超級電容中，并通過TPS63020穩壓輸出模塊給柔性壓阻傳感器單元(3)和數據處理及無線傳輸單元(5)供電；所述柔性壓阻傳感器單元(3)采集電信號數據并發送至數據處理及無線傳輸單元(5)，所述數據處理及無線傳輸單元(5)對接收的電信號數據進行處理，獲取人體的脈搏數據。

2.如權利要求1所述的基于人體運動混合微能量收集的心率監測系統，其特征在于：所述TENG由正極材料(6)和負極材料(7)組成，所述正極材料(6)縫在上衣左袖底縫靠近腋窩部位，所述負極材料(7)縫在上衣左擺縫靠近腋窩部分；正極材料(6)由錦綸紗線(13)編織而成，正極材料(6)的長寬均為5cm，負極材料(7)由包裹了銅箔膠帶(12)的納米纖維聚四氟乙烯膜細條(11)編織而成，所述納米纖維聚四氟乙烯膜細條(11)的長寬分別為10cm、0.5cm，整個負極材料(7)的長寬均為10cm，兩種編織方法均為平織法。

3.如權利要求2所述的基于人體運動混合微能量收集的心率監測系統，其特征在于：所述負極材料(7)由經線(10)和緯線(9)組成，所述經線(10)和緯線(9)里的銅箔膠帶(12)都連接并引出導線，作為導電電極；一片長寬均為5cm的鋁箔膠帶(8)被貼在負極材料附近作為參考電極。

4.如權利要求3所述的基于人體運動混合微能量收集的心率監測系統，其特征在于：所述正極材料(6)和負極材料(7)因為人體的擺臂運動相互摩擦，使得正極材料(6)的錦綸帶正電，負極材料(7)的聚四氟乙烯帶負電，當正負極材料分離時，由于局部電場被改變，銅箔膠帶(12)的銅箔和鋁箔膠帶(8)的鋁箔之間發生電子交換，電子從銅箔移動到鋁箔；當正負極材料接觸時，電子又從鋁箔移動到銅箔，由此產生交流電。

5.如權利要求1所述的基于人體運動混合微能量收集的心率監測系統，其特征在于：所述壓電采集器采用堆疊式壓電采集器(15)，由多層粘合工藝制備的層疊式PZT組成。

6.如權利要求5所述的基于人體運動混合微能量收集的心率監測系統，其特征在于：所述堆疊式壓電采集器(15)由5層成品PZT(16)和層間電極銅片(18)粘合固定，其中，所述層間電極銅片(18)通過導電銀膠與PZT(16)的上下銀電極(17)粘合，用導線連接第一、三層的層間電極銅片(18)作為負極，連接第二、四層的層間電極銅片(18)作為正極。

7.如權利要求1所述的基于人體運動混合微能量收集的心率監測系統，其特征在于：所述柔性壓阻傳感器單元(3)置于橡膠腕帶(20)上，柔性壓阻傳感器單元(3)的襯底(19)中心設有凹槽(23)，凹槽壁貼有銅箔膠帶(21)并延伸至襯底(19)表面作為電極，所述襯底(19)材料是Ecoflex橡膠，所述凹槽(23)在貼完銅箔膠帶(21)后注入Ecoflex橡膠，并在其未干之前均勻鋪上碳納米管粉末(22)作為敏感材料。

8.如權利要求1所述的基于人體運動混合微能量收集的心率監測系統，其特征在于：所述能量管理與輸出單元(4)包括TENG管理電路模塊、LTC3588能量收集轉換模塊、超級電容、TPS63020穩壓輸出模塊；所述TENG管理電路模塊由阻抗匹配電路、全波整流電路以及能量存儲電路組成；所述TPS63020穩壓輸出模塊由超級電容供電，并持續輸出穩定的5V電壓。