[发明专利]利用布料电容传感器来产生生理信号的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于侦测人体生理能例如应用在体能训练，医疗，健身，保健等中的方法及系统，特别是涉及一种以至少一块布料，且至少一导电区设置于该布料，与人体接触，两者之间形成一电容，当人体与布料之间有压力、拉力或扭力等力而使电容变化，或人体与布料之间的介质常数改变而使电容值产生变化时，在外界提供的一信号的作用下产生一共振频率、电压或电流，并且利用此共振频率、电压或电流侦测人体生理参数，如呼吸、吞咽、湿度、咳嗽、流汗、心跳，也可用于姿势参数，如位置、速度、加速度、角度、角速度、角加速度的侦测，并且电容传感器本身也可被当作侦测人体的压力、拉力、张力的传感器或是人体位移传感器而产生可分辨信号的方法及系统。

背景技术

随着生活水平与医疗卫生的长足进步，人类的平均寿命逐渐延长，老年人口比例持续增加。面对高龄化的社会，各种社会福利，医疗医药技术与社会安全制度的问题随着显现，越来越多的高龄者无法藉由家人与家庭获得妥善充分的照顾，此外，运动，休闲，娱乐等也是必要的生理能监控项目。

为了以让人没有异物感的方式来侦测人体的生理信号，可穿式的感应器是最重要的关键所在。在国外，已有相关的技术讨论：例如Sergio先生使用两个导电电极去感测压力，其原理是从外部系统提供一个固定的频率并侦测两个电极之间的电容，其压力变化的呈现是以电压来表现(可参阅参考文件1)。另一个用以侦测呼吸的系统则是用距离变化来表现：当使用者呼吸时，电容会产生变化并导致电极之间的距离随其变化(可参阅参考文件2)。更有人利用两导电电极之间的电容变化来侦测湿度(可参阅参考文件3)。Jun Rekimoto研发了一个可量测导电物体之间距离的技术，他测量电极以及导电体之间的电容并使用一个转换器(transmitter)和一个电极接收器(receiver)，当人体接近两电极时其电容变大，这是用来侦测proximitry and position(接近及位置传感器)，由于侦测手势没有直接接触皮肤，故没有考虑到人体的等效寄生电容，并且也没有因压力、拉力或扭力不同而产生不同的结果。本文用的是手表的形式，且一个电容值是相对于一种手的形状。当做在衣服上时都有一隔离层(shield layer)接地，其输出端是以电压的振幅来表现，其发射信号也是固定的而不是振荡的，也就是说它是不变的(可参阅参考文件4)。Cliff Randell在论文中研究了以两个导电布形成一电容，在外部的压力下人的姿势一有变动，其电容值也跟着变化的情况(可参阅参考文件5)。在Jan Meyer的研究中，其原理与上述几篇相同，只是改变了两导电布之间的材料(可参阅参考文件6)。最后，在Jingyuan Cheng的研究中，利用人的身体当作一介质，并放置了导电布在身体的两侧形成一电容，同时用一电路去测量此电容值的变化，在此研究中他展示了呼吸与喝水可以产生可分辨的不同信号(可参阅参考文件7)。

美国专利11/68132P利用两块布料来测量人体的生理变化，但是利用两块布料之间随人体变化而产生的电容变化，且其量测的参数是电压变化。

美国专利6826968利用行与列的电极，并在两者之间放一介质来形成电容，用来测量压力，这也是利用两块布料之间的电容随压力大小而改变，且给的也是一固定频率来测量电压的变化。

专利US6469524则是通过发射一信号到第一电极，第二电极与第一电极形成一电容，当人接近时，其电容值也随之改变，同时也要产生一相位差(PHASE SHIFTED)信号。

专利P CT/CN2008/001571指的是裂缝两边的导电区之间随外力而变化，与人的身体接触无关的情况。

专利US2005/0215915是利用两电极受到压力作下产生距离改变，同时导致电容值变化，而本发明是通过身体与电极之间随压力变化或者身体与电极之间的介电常数改变而产生的电容变化。

专利CN2641621也是利用两导电材料，如金属片或纤维，在压力作用下产生的电容变化，而与受测者的身体无关，并且两电极中间要有绝缘材料。

专利CN101622518A也是利用电容传感器在受压力以及剪切力所产生的电容值变化，而非导电材料与人体之间的电容值由于受到外力而变化。

专利CN1718160中所用的静电电容测呼吸也是利用两导电材质在受压下的电容变化。

专利JP2003339652A中的心跳、呼吸传感器也是利用两电极之间在受到压力作用下的电容变化而得到。