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生物 電信號 傳感器
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摘要
申請專利號:

CN201520796709.7

申請日:

20151015

公開號:

CN205181341U

公開日:

20160427

當前法律狀態:

有效性:

有效

法律詳情:
IPC分類號: A61B5/04 主分類號: A61B5/04
申請人: 蘇州格林泰克科技有限公司
發明人: 段晏文,李廣利,楊德濤
地址: 215123 江蘇省蘇州市蘇州工業園區仁愛路150號C307室
優先權: CN201520796709U
專利代理機構: 武漢凌達知識產權事務所(特殊普通合伙) 代理人: 宋國榮
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201520796709.7

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本實用新型涉及生物電信號傳感器,它包括電極體,電解質滲透柱,電極,以及電連接件;所述電極體具有空腔本體和空腔一端的上封蓋;所述的電解質滲透柱是嵌入固定在電極體的空腔中,并與空腔中電極電接觸;電解質滲透柱露出電極體的空腔之外的端面用于同生物體皮膚接觸;電極通過電極體上的電連接件與外電路導線連接;所述的電極為電極體的空腔內壁上、和/或內壁頂面上的導電層,或導電線,或導電片。本實用新型優點是:傳感器結構合理,無需電解質儲液腔,電解質滲透柱在支撐體輕微壓力下,將其吸收的電解質溶液釋放到皮膚表面,涂層電極與電解質滲透柱接觸穩定,且接觸面積大,因此阻抗低且穩定,測量精度高,長時間佩戴舒適。

權利要求書

1.一種生物電信號傳感器,其特征在于,包括電極體(1),電解質滲透柱(2),電極(3),以及電連接件(4);所述電極體(1)具有空腔(1.1)本體(1.2)和空腔一端的上封蓋(1.3);所述的電解質滲透柱(2)是嵌入固定在電極體的空腔(1.1)中,并與空腔中電極(3)電接觸;電解質滲透柱(2)露出電極體的空腔(1.1)之外的端面用于同生物體皮膚接觸;電極(3)通過電極體(1)上的電連接件(4)與外電路導線(9)連接;所述的電極(3)為電極體的空腔(1.1)內壁上、和/或內壁頂面上的導電層,或導電線,或導電片。2.根據權利要求1所述的生物電信號傳感器,其特征在于,電極體(1)的本體(1.2)與上封蓋(1.3)為一體式結構,該結構是本體(1.2)與上封蓋(1.3)為一次成型的整體,或粘結成的整體。3.根據權利要求1所述的生物電信號傳感器,其特征在于,電解質滲透柱(2)嵌入固定在空腔(1.1)中的構件是電極體的空腔(1.1)下側內壁上固定的彈片(8.1),或由空腔下端外固定向空腔內延伸的彈片(8.1),或下端內壁上整體的卡柱(8.2),或下端內壁上整體的止口(8.3)。4.根據權利要求1所述的生物電信號傳感器,其特征在于,電解質滲透柱(2)嵌入固定在空腔(1.1)中的結構是電極體的空腔(1.1)下腔直徑小于上腔直徑的喇叭形。5.根據權利要求1所述的生物電信號傳感器,其特征在于,電極體(1)的本體(1.2)與上封蓋(1.3)為能拆分的分體式結構,該結構是本體(1.2)外部的外螺紋與上封蓋(1.3)的內螺紋匹配,或本體(1.2)通過卡件與上封蓋(1.3)固定連接。6.根據權利要求1所述的生物電信號傳感器,其特征在于,所述的電連接件(4)為公母扣;外電路導線(9)與導電的母扣(4.2)連接;公扣(4.1)為導電材料,鑲嵌、或粘結在絕緣材料制成的上封蓋(1.3)端面上,或與上封蓋(1.3)一次成型。7.根據權利要求1所述的生物電信號傳感器,其特征在于,所述的電連接件(4)為固定在電極體的本體(1.2)周邊的定位片(6)上的導電片(7),外電路導線(9)與導電片(7)焊接。

說明書

技術領域

本實用新型涉及生物電信號傳感器,廣泛用于生物電記錄、測量和刺激,包括醫療設備、移動設備、家庭保健、心理認知、游戲、腦-機接口、康復訓練和神經營銷等,特別是用于無膠生物電測量及可穿戴設備。

背景技術

隨著科學技術的發展,生物電(如腦電、心電、肌電等)測量已經廣泛應用于各種神經系統疾病的監測診斷和生物電反饋的康復設備。腦電測量還是認知心理研究的一個重要實驗手段。為了獲取精準的微弱腦電信號,要求電極和頭皮有良好接觸,電極阻抗較低且穩定。腦電測量電極阻抗一般要求小于100kOhm,最好小于5kOhm。為達到滿意的測量阻抗,需要在電極和頭皮之間涂覆導電膠(膏),克服頭發對測量的影響。這種傳統的濕電極(指需要導電膠的電極)使用,雖然達到滿意的測量阻抗,但存在耗時和不舒適等問題,嚴重限制了應用范圍。

隨著移動醫療和健康監測的發展,可穿戴設備和移動醫療設備亟需配套使用無需涂覆導電膠的電極,即無膠電極。這類無膠電極主要分為干電極、半干電極。所述干電極,即不使用任何電解質;半干電極是指通過無機或高分子多孔材料將微量的導電溶液(電解質)滲透到皮膚表面。無論是干電極還是半干電極,由于沒有或僅靠微量的電解質溶液與皮膚表面接觸,阻抗相對膠基電極高,阻抗受電極皮膚接觸的影響更加敏感。因此,無膠電極的關鍵就是維持電極與皮膚接觸良好,這就對電極的設計提出了新的挑戰。

現有干電極技術采用剛性的管狀鍍金小柱,前端封端前置放大器,雖然這種設計能較好地穿過頭發,但是存在以下問題:(1)電極-皮膚阻抗較高,移動偽差大;(2)由于剛性小柱直接與皮膚接觸,有較強的疼痛感,佩戴不舒適,特別是長時間測量更為不舒適。也有采用導電塑料制成的爪子式設計,由于電極-皮膚界面干接觸,因此,需要電極支撐施加較大壓力降低電極-皮膚阻抗,也存在疼痛和不舒適的問題。

與本實用新型最接近的現有技術是CNCN103932704A,公布了一種用于濕電極的皮膚接觸裝置,濕電極儲液箱,以及具有該濕電極儲液箱的腦電采集電極。腦電采集電極包括金屬蓋,金屬殼,以及濕電極儲液箱,該濕電極儲液箱的底部還設有背離濕電極儲液箱延伸的多孔金屬柱,用于輸送導電液,金屬柱一端與所述金屬極板電氣連接,另一端用于與皮膚接觸。該技術方案由于多孔金屬柱輸送導電液在皮膚表面,阻抗相對干電極較低。但是電解質滲透柱本身不能吸收導電液,需要額外的儲液箱,結構比較復雜,導電液用完后需要進行灌裝。另外,長時間使用后,多孔金屬柱直接作用皮膚,會產生較強的疼痛感,存在不舒適的缺陷。

發明內容

本實用新型的目的在于,克服現有技術電極-皮膚阻抗過高,長時間使用造成受體的疼痛和不舒適缺陷,提供一種生物電信號傳感器。該傳感器結構合理,無需電解質儲液腔;電解質滲透柱在支撐體輕微壓力下,將其吸收的電解質溶液釋放到皮膚表面,涂層電極與電解質滲透柱接觸穩定,且接觸面積大,因此阻抗穩定,信號采集精度高,長時間佩戴舒適,穩定工作時間長,適合長程生物電信號采集。

本實用新型生物電信號傳感器的技術方案是:

一種生物電信號傳感器,它包括電極體,電解質滲透柱,電極,以及電連接件;所述電極體具有空腔本體和空腔一端的上封蓋;所述的電解質滲透柱是嵌入固定在電極體的空腔中,并與空腔中電極電接觸;電解質滲透柱露出電極體的空腔之外的端面用于同生物體皮膚接觸;電極通過電極體上的電連接件與外電路導線連接;所述的電極為電極體的空腔內壁上、和/或內壁頂面上的導電層,或導電線,或導電片。

進一步的技術方案是:

所述的生物電信號傳感器,其電極體的本體與上封蓋為一體式結構,該結構是本體與上封蓋為一次成型的整體,或粘結成的整體。

所述的生物電信號傳感器,其電解質滲透柱嵌入固定在空腔中的構件是電極體的空腔下側內壁上固定的彈片,或由空腔下端外固定向空腔內延伸的彈片,或下端內壁上整體的卡柱,或下端內壁上整體的止口。

所述的生物電信號傳感器,其電解質滲透柱嵌入固定在空腔中的結構是電極體的空腔下腔直徑小于上腔直徑的喇叭形。

所述的生物電信號傳感器,其電極體的本體與上封蓋為能拆分的分體式結構,該結構是本體外部的外螺紋與上封蓋的內螺紋匹配,或本體通過卡件與上封蓋固定連接。

所述的生物電信號傳感器,其電連接件為公母扣;外電路導線與導電的母扣連接;公扣為導電材料,鑲嵌、或粘結在絕緣材料制成的上封蓋端面上,或與上封蓋一次成型。

所述的生物電信號傳感器,其電連接件為固定在電極體的本體周邊的定位片上的導電片,外電路導線與導電片焊接。

上述的生物電信號傳感器,其電極體外周上有用于固定的凹槽,以使于將生物電信號傳感器固定安裝在支撐體上,形成可穿戴式采集裝置,如采集帽,或綁帶,或背心,頭盔等。

本實用新型有益效果:

1.本實用新型提供的生物電信號傳感器無需電解質儲液腔,結構簡單,使用前只需將傳感器浸泡在電解質溶液中,電解質滲透柱快速吸收電解質,使用時在支撐體輕微的壓力下即可將吸收的電解質溶液滲透到皮膚表面,潤濕皮膚,快速降低電極-皮膚阻抗,阻抗低且穩定。

2.電解質滲透柱采用海綿、泡棉、水凝膠等材料具有多孔結構,能吸收較多的電解質溶液,能長時間持續滲透,可以穩定工作12h以上,因此,適合長程生物電信號的采集。傳感器只需浸泡在電解溶液中即可自動吸收補充電解質,相對于需要手動往儲液腔內灌裝電解質溶液的現有技術,更加方便。電解質滲透柱可以反復多次吸收、滲透電解質,使用的時間長,長時間佩戴舒適。

3.電極為銀或氯化銀涂層電極,電極與電解質滲透柱的接觸穩定且接觸面積大,與現有技術相比,電極-皮膚阻抗更小,且能長時間維持低阻抗。

4.電連接件當為與電極體通過絕緣材料一次成型的公扣,其凸起的圓柱纏繞銀絲,外電路通過與其匹配的母扣連接,由于銀絲在含氯離子的電解液中容易形成氯化銀,即使長時間浸泡在電解質中,也不會影響信號采集的精度。

附圖說明

圖1為生物電信號傳感器一個實施例的局部剖視的主視圖;電極體為一體式,電解質滲透柱為圓柱形,電極為導電層,電極連接片與上封蓋內頂面貼平,固定電解質滲透柱的是內壁上固定的彈片:電連接件為公母扣,公扣上有電極導線,所述的導電層為空腔內壁的銀或銀/氯化銀涂層。

圖2為圖1的局部剖視的俯視圖。

圖3為生物電信號傳感器又一個實施例的局部剖視的主視圖;電極體為一體式,電解質滲透柱為圓柱形,電極為導電片,該導電片同時為電極連接片,并從上封蓋內頂面向下延伸,固定電解質滲透柱的是內壁上固定的彈片。

圖4為生物電信號傳感器又一個實施例的局部剖視的主視圖;電極體為一體式,電解質滲透柱為下部直徑下部小于上部直徑的圓柱形,電極為導電層,電極導線與上封蓋內頂面導電層直接聯通,固定電解質滲透柱的是固定在電極體的本體外部伸向內壁的彈片。

圖5為圖4的左視圖。

圖6為生物電信號傳感器又一個實施例的軸向全剖視的主視圖;電連接件公扣為導電體,鑲嵌入絕緣材料制成的上封蓋中,固定電解質滲透柱的是與內壁為一整體的卡柱。

圖7為圖6的A-A剖視圖。

圖8為生物電信號傳感器又一個實施例的局部剖視的主視圖;電極體的空腔為喇叭形,其下腔直徑小于上腔直徑。

圖9為生物電信號傳感器又一個實施例的局部剖視的主視圖;電連接件為固定在電極體外周的定位片上的導電片的示意圖;外電路導線與導電片相連。

圖10為生物電信號傳感器又一個實施例的軸向全剖視的主視圖;電極體為分體式,電極體的本體與上封蓋為能拆分的分體式結構;該本體外部的外螺紋與上封蓋的內螺紋匹配;空腔的下端有用于嵌入固定電解質滲透柱的止口。

圖11為電極體上封蓋局部剖視的主視圖;電連接件與上封蓋為絕緣材料一次成型,電連接件公扣的圓柱上纏繞銀絲。

圖12為圖11的B-B剖視圖;電連接件公扣圓柱上纏繞的銀絲穿過電極體的上封蓋后粘結在電極體內表面上;本實施例中電極為電極體上封蓋內表面的銀或銀/氯化銀涂層;粘結在電極體內表面上的銀絲還可以獨立作為電極。

圖中:1-電極體;1.1-電極體的空腔;1.2-電極體的本體;1.3-電極體封上蓋;2-電解質滲透柱;3-電極;3.1-電極導線;3.2-電極連片;4-電連接件;4.1-公扣;4.2-母扣;5-銀絲;6-定位片;7-導電片;8-電解質滲透柱固定件;8.1-彈片;8.2-卡柱;8.3-止口;9-外電路導線;a-電極體的下腔;b-電極體的上腔。

具體實施方式

以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明:

實施例1:是本實用新型的一個基本實施例。如附圖所示,一種生物電信號傳感器,它包括電極體1,電解質滲透柱2,電極3,以及電連接件4;所述電極體1具有空腔1.1本體1.2和空腔一端的上封蓋1.3;所述的電解質滲透柱2是嵌入固定在電極體的空腔1.1中,并與空腔中電極3電接觸;電解質滲透柱2露出電極體的空腔1.1之外的端面用于同生物體皮膚接觸;電極3通過電極體1上的電連接件4與外電路導線9連接;所述的電極3為電極體的空腔1.1內壁上、和/或內壁頂面上的導電層,或導電線,或導電片。

與現有技術相比,本實用新型的生物電信號傳感器,無需電解質儲液腔,結構簡單,使用前將傳感器浸泡在電解質溶液中,電解質滲透柱快速吸收電解質,使用時在支撐體輕微的壓力下即可將吸收的電解質溶液滲透到皮膚表面,潤濕皮膚,快速降低電極-皮膚阻抗,阻抗低且穩定。由于電解質滲透柱為海綿、泡棉、水凝膠、纖維等材料,具有多孔結構,能吸收較多的電解質溶液,能長時間持續滲透,可以穩定工作12h以上,因此,適合長程生物電信號的采集。傳感器只需浸泡在電解溶液中即可自動吸收補充電解質,而現有技術需要灌裝電解質溶液,更加方便。電解質滲透柱可以反復多次吸收、滲透電解質,使用的時間長,長時間佩戴舒適。

實施例2:是進一步的實施例。如附圖1~9所示,在實施例1的基礎上,所述的生物電信號傳感器,其電極體1的本體1.2與上封蓋1.3為一體式結構,該結構是本體1.2與上封蓋1.3為一次成型的整體,或粘結成的整體。整體結構使用方便,工藝簡單,用料少,成本低。導電層為電極體空腔內壁上和/或內壁頂表面涂覆的或鍍上的銀層、或銀/氯化銀層。所述的銀或銀/氯化銀涂層直接與所述的電極體端面的電連接件,所述的銀或銀/氯化銀涂層還可以只涂覆到電極體上封蓋的內表面,也可以同時在電極體的主體空腔內表面均勺涂覆。優點是:電極為銀或氯化銀涂層電極,電極與電解質滲透柱的接觸穩定且接觸面積較大,與現有技術相比,電極-皮膚阻抗更小,且能長時間維持低阻抗。與電極小柱稍微露出電極體密封端的技術方案相比,即使頂端的海綿吸收的電解質已經用完,電極體內腔下方的內壁仍有涂層即電極與多孔滲透柱接觸,因此傳感器工作時間更長。所述的電解質滲透柱2為海綿、或泡棉、或水凝膠、或纖維材料制成。所述纖維以植物纖維為佳,如棉花,還可以是無機化合的中空棉。

實施例3:是進一步的實施例。如附圖3、4、5所示,在實施例1的基礎上,所述的生物電信號傳感器,其電解質滲透柱2嵌入固定在空腔1.1中的構件是電極體的空腔1.1下側內壁上固定的如圖1、3、9所示彈片8.1;還有實施例是:如圖4、5所示由空腔下端外固定向空腔內延伸的彈片8.1;如圖6所示下端內壁上整體的卡柱8.2;如圖10所示下端內壁上整體的止口8.3。彈片8.1、卡柱8.2在空腔1.1內壁上是均勻分布。彈片8.1,或卡住8.2,或止口8.3用于將電解質滲透柱2卡持固定,防止電解質滲透柱在使用時掉落。

如圖1、3、9所示,電解質滲透柱2為圓柱形。

實施例4:是進一步的實施例。如附圖8、10所示,在實施例1的基礎上,所述的生物電信號傳感器,電解質滲透柱2嵌入固定在空腔1.1中的結構是電極體的空腔1.1下腔直徑a小于上腔直徑b的喇叭形,也是用于將電解質溶液的電解質滲透柱2卡持固定,防止電解質滲透柱在使用時掉落,該結構更簡單,使用方便。

實施例5:是進一步的實施例。如圖10所示,在實施例1的基礎上,電極體1的本體1.2與上封蓋1.3為能拆分的分體式結構,該結構是本體1.2外部的外螺紋與上封蓋1.3的內螺紋匹配。優點是方便更換電解質滲透柱,可將多孔滲透柱作為一次性耗材。所述的電解質滲透柱2為錐形,由于電極體的空腔內電解質滲透柱與電極接觸的上端大于工作的下端,電解質滲透柱不易從電極體空腔中掉落。

與本實施例5類似的方案還有:將本體1.2通過卡件與上封蓋1.3固定連接。

實施例6:是進一步的實施例。如附圖1、3、4、5、6、8、10、11所示,在實施例1的基礎上,所述的生物電信號傳感器,電連接件4為公母扣;外電路導線9與導電的母扣4.2連接;公扣4.1為如圖3、6、10導電材料,鑲嵌、或粘結在絕緣材料制成的上封蓋1.3端面上,或與上封蓋1.3一次成型。所述的導電母扣與導電公扣由金屬、或導電塑料、或導電硅膠材料制成。所述的導電材料優選導電塑料、導電硅膠。該傳感器結構簡單,加工方便。電連接件4與外電路通過公母扣式連接,既可實現與外電路的電連接,又可通過公扣、母扣將傳感器固定在支撐體上。傳感器可以根據需要靈活地固定安裝支撐體上,提高了傳感器的利用率。

如附圖1、4、5、8、11所示,所述的生物電信號傳感器,電連接件4的公扣4.1為非導電材料,該公扣與上封蓋1.3通過絕緣材料一次成型;公扣4.1其凸起的圓柱上纏繞銀絲5,該銀絲5與電極3連接。所述的銀絲穿過電極體上封蓋,固定在電極體上封蓋內表面上。

實施例7:是進一步的實施例。如圖9所示,所述的電連接件4為固定在電極體的本體1.2周邊的定位片6上的導電片7,外電路導線9與導電片7焊接。所述的電連接件4還可以是直接焊接在電極3的外電路導線9。

如附圖11、12所示,銀絲可直接與作為電極的銀或銀/氯化銀涂層相連。由于銀絲在含氯離子的電解液中容易形成氯化銀,因此,即使長時間浸泡在電解質中,也不會影響信號采集的精度。本實施例中粘結在電極體內表面上的銀絲還可以獨立作為電極。

上述的生物電信號可以通過公母扣或電極體的本體1.2外部卡槽固定安裝在如支撐帶或帽的支撐體上,形成可穿戴式采集裝置,如采集帽,或綁帶,或背心,頭盔等。

本實用新型的權利要求保護范圍不限于上述實施例。

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