[发明专利]一种基于柔性非接触电极的生理电信号检测装置

说明书

技术领域

本发明属于生理电信号检测领域，具体涉及一种基于柔性非接触电极的生理电信号检测装置。

背景技术

可穿戴式健康监测系统是利用穿戴式生物传感器采集人体运动与生理参数，来实现对穿戴者运动与健康管理。心电(Electrocardiogram，ECG)和脑电(Electroencephalogram，EEG)是诊断人体疾病和监测人体健康状况的关键生理指标。尽管无线技术和电子器件小型化已经取得长足进步，然而ECG和EEG在可穿戴健康监测系统上的应用和推广仍然在很大程度上受到传统电极缺点的限制。传统的ECG和EEG测量普遍需要使用导电膏，以减小电极与皮肤的接触电阻。这种湿电极最大的缺点在于，导电膏在一定时间内易干掉，这显然不利于心电和脑电信号的长期监测。同时，导电膏的使用通常会给病人的皮肤带来刺激性而产生不舒适的感觉，因而病人的接受度较低。作为一种改进，干电极通过金属电极与皮肤之间的直接接触拾取人体的生理电信号，从而避免了导电膏的使用。然而干电极对皮肤的电导状况要求更高，并且对病人肢体运动和电极移动等伪影十分敏感。综上所述，传统的湿电极和干电极技术都无法满足可穿戴健康监测系统的各种需求。

非接触式电极基于电容耦合原理，无需电极与人体直接接触，无须涂抹导电膏，能够间隔一定的距离和绝缘材料而准确测得人体生理信号，因此非接触电极可以克服传统湿电极和干电极的局限性，在移动心电监测领域具有广泛的应用前景。非接触式电极具有以下优点，首先，非接触式电极测量前无需准备；其次，对受试者的皮肤状态无任何要求，无需裸露皮肤，操作简便，即使穿着衣服也可以随时随地进行可靠的表面生理信号的测量，消除了皮肤过敏的可能性；再者，非接触电极测试负荷较低，检测过程将受试者的不适感降到最低，并且可避免电极极化现象，可满足长时间心电信号检测的需求。同时，现有的主动电极或非接触电极方案中，电极背面毫无例外都是包含芯片的，芯片本身具有一定的厚度与硬度，这样的电极佩戴起来舒适性较差，不利于长期监测。鉴于此，需要一种佩戴舒适、干扰小、结构简单的非接触电极。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了佩戴舒适、屏蔽性好、抗干扰性强、电路结构简单、精确度高、成本低的基于柔性非接触电极的生理电信号检测装置。

本发明所述的基于柔性非接触电极的生理电信号检测装置，其特征在于所述装置包括：

柔性非接触电极、屏蔽线、信号采集模块，其中信号采集模块包括阻抗匹配单元、抗混叠滤波单元和模数转换单元；

其中，所述柔性非接触电极与所述屏蔽线的一端连接，所述屏蔽线的另一端与所述阻抗匹配单元的输入端连接，所述阻抗匹配单元的输出端与所述抗混叠滤波单元的输入端连接，所述抗混叠滤波单元的输出端与所述模数转换单元连接；

其中，

柔性非接触电极，用于利用所述柔性非接触电极与人体皮肤形成的耦合电容来检测人体体表的电位变化，并将检测到的电位变化信号传输给所述屏蔽线；

屏蔽线，用于将从柔性非接触电极接收的所述电位变化信号传输到所述阻抗匹配单元的输入端，并在传输的过程中对所述电位变化信号进行电磁干扰屏蔽，可以为任何形式的屏蔽线(比如金属网屏蔽线或双绞线)；

阻抗匹配单元，用于将从所述屏蔽线接收的所述电位变化信号进行信号放大处理，得到放大后的电位变化信号，并将所述放大后的电位变化信号传输给所述抗混叠滤波单元；

抗混叠滤波单元，用于将从所述阻抗匹配单元接收的所述放大后的电位变化信号进行滤波处理，得到放大且滤波后的电位变化信号，并将所述放大且滤波后的电位变化信号传输给所述模数转换单元；

模数转换单元，用于将从所述抗混叠滤波单元接收的所述放大且滤波后的电位变化信号进行模数转换处理，得到人体的生理电信号。

优选的，所述柔性非接触电极由两层FPC柔性电路板组成，所述柔性非接触电极的正面层由FPC柔性电极片与环形屏蔽圈构成，所述柔性非接触电极的背面层为屏蔽层，所述背面层包含两个焊盘，所述两个焊盘分别为对应电极信号的第一焊盘和对应屏蔽信号的第二焊盘。

优选的，所述柔性非接触电极正面层的所述环形屏蔽圈与所述柔性非接触电极的背面层由多个排列均匀的过孔相连。

优选的，所述柔性非接触电极为圆角矩形。

优选的，所述屏蔽线为电磁屏蔽线，所述屏蔽线包括四层，从内到外分别为芯线、介电绝缘层、金属屏蔽线、塑料保护套，其中所述芯线连接所述柔性非接触电极背面层的第一焊盘，所述金属屏蔽线连接所述柔性非接触电极背面层的第二焊盘。