生物測定傳感器制造技術(shù)

一種生物測定傳感器裝置（１），包括：－薄的柔性層疊傳感器主體（２）；－導(dǎo)電感測板（２１）；－所述感測板和所述外表面（７）之間的第一非導(dǎo)電層（４１）；－具有貫通開口（５４）的導(dǎo)電屏蔽板（５３），其覆蓋所述感測板；－所述感測板和所述屏蔽板之間的第二非導(dǎo)電層（５１）；－內(nèi)表面（６）上的導(dǎo)電電路線（７３）；－所述屏蔽板和所述電路線之間的非導(dǎo)電隔離層（６１，７１）；－安裝在內(nèi)表面（６）上的信號處理電路，所述電路（１００）包括具有輸入端（１１１）的差分放大器（１１０）；導(dǎo)電互連體（８２），其與所述第二非導(dǎo)電層（５１）和所述隔離層（６１，７１）交叉，穿過所述屏蔽板（５３）的貫通開口（５４）延伸，耦合所述感測板（２１）和所述放大器（１１０）的所述輸入端（１１１）。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)總體上涉及用于感測生物電信號的生物測定傳感器。
技術(shù)介紹
眾所周知，在人體的各處會產(chǎn)生電信號，這些信號代表了人體內(nèi)的電活動(dòng)。這種電活動(dòng)的重要來源是心臟、大腦、運(yùn)動(dòng)的肌肉等。已經(jīng)知道測量這些電信號并提供這些信號的時(shí)間配準(zhǔn)，例如心電圖(ECG)、腦電圖(EEG)、肌電圖(EMG)，以便獲得有關(guān)特定身體狀況的信息。在測量這些信號時(shí)，必需要克服一些問題。第一個(gè)問題和人體皮膚是不良導(dǎo)體的事實(shí)有關(guān)。關(guān)于這一點(diǎn)，可以對測量傳感器進(jìn)行如下分類。刺穿傳感器，例如針，刺穿皮膚并與皮膚之下的身體的導(dǎo)電部分之間將會具有良好的電接觸，但這種傳感器在實(shí)際應(yīng)用中不適合。接觸電極的形式為與皮膚緊密接觸的導(dǎo)電板，其會受到傳感器和皮膚之間較高的接觸電阻的影響。為了通過改善電流接觸來緩解這個(gè)問題，使用濕電極，其包括導(dǎo)電板和皮膚之間的導(dǎo)電凝膠(含氯化銀)；不過，這種凝膠可能會導(dǎo)致發(fā)炎甚至過敏反應(yīng)。為了克服接觸電極的上述問題和缺陷，已經(jīng)開發(fā)出了無接觸傳感器，用于通過電容耦合測量電信號。然而，這種電容式的傳感器引起了不同種類的問題。在這方面最重要的問題涉及到這種電容式傳感器易受周圍產(chǎn)生的電信號影響這一事實(shí)。干擾信號或噪聲信號的重要來源是被通過靜電充電至高壓(可以為1000V或更高量級)的電源線路(攜帶230V或更高量級的電壓)或運(yùn)動(dòng)的人體。第二個(gè)問題涉及到用戶的舒適感。在實(shí)踐中，已經(jīng)有人指出電容式生物測定傳感器堅(jiān)硬且較為沉重。雖然生物測定傳感器具有幾種可能的應(yīng)用，一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域是實(shí)現(xiàn)在衣服中或與衣服集成在一起。在這種應(yīng)用中，堅(jiān)硬的傳感器是不合要求的，因?yàn)樗鼈儗τ脩魜碚f不舒適。此外，堅(jiān)硬的-->傳感器有與皮膚之間僅有不良接觸的問題：為了實(shí)現(xiàn)良好的接觸，需要生物測定傳感器具有足夠的柔性以適應(yīng)于人體的彎曲情況并隨著這種彎曲而變化，例如在肌肉運(yùn)動(dòng)的時(shí)候。當(dāng)將這種傳感器實(shí)現(xiàn)在座椅、床或檢查臺的表面材料中時(shí)會遇到同種問題，這種實(shí)現(xiàn)方式使得易于獲得人的人體信號而無須對此人的皮膚特別采用傳感器。國際專利公開WO?2005/032368公開了一種柔性生物測定傳感器，其提供了與皮膚的電容耦合。該公開的傳感器包括導(dǎo)電布料(cloth)，通過在紡織材料中加入導(dǎo)電絲線提供該導(dǎo)電布料。這種設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是它需要適應(yīng)紡織制造工藝。另一個(gè)缺點(diǎn)是這種布料通常要覆蓋較大的表面面積，使得傳感器的空間分辨率較低。相反，如果要使用表面面積較小的布料，這種傳感器將僅含有較少數(shù)量的導(dǎo)電絲線，與要檢測的信號之間僅有較差的耦合。另一方面，這種傳感器將對來自周圍的信號相當(dāng)敏感，將很難在實(shí)際的人體信號和噪聲信號之間進(jìn)行區(qū)分。在這一方面，值得注意的是，噪聲信號可能會具有100mV或更高量級的幅值，而實(shí)際人體信號可能具有1mV或更低的幅值。本專利技術(shù)目的在于克服上述問題和缺陷。具體而言，本專利技術(shù)旨在提供一種生物測定傳感器裝置，其具有充分的柔性以適應(yīng)人體的彎曲情況，適于結(jié)合到衣服中，并對來自周圍的電信號具有降低的敏感性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
根據(jù)本專利技術(shù)的重要方面，一種生物測定傳感器裝置包括柔性導(dǎo)電層的疊層，通過柔性絕緣層將柔性導(dǎo)電層彼此隔開。第一層包括感測區(qū)域。第二層包括防護(hù)板。該裝置還包括集成信號處理電路以及覆蓋該電路的另一導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層連接到預(yù)定電壓電平，優(yōu)選為零電壓。附圖說明以下將參考附圖，通過對根據(jù)本專利技術(shù)的傳感器裝置的優(yōu)選實(shí)施例的以-->下描述進(jìn)一步解釋本專利技術(shù)的這些和其他方面、特征和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中相同的參考標(biāo)記表示相同或相似的部件，其中：圖1A示意性地示出了根據(jù)本專利技術(shù)的生物測定傳感器裝置的頂視圖；圖1B示意性地示出了從相反方向觀察的圖1A的生物測定傳感器裝置的頂視圖；圖2為柔性箔的一部分的截面示意圖；圖3是圖1A的生物測定傳感器裝置的截面示意圖；圖4A-C示意性地示出了用于制造圖1A的生物測定傳感器裝置的一種可能的制造工藝的步驟；圖5是圖1A的生物測定傳感器裝置的電子信號處理電路的方框圖。具體實(shí)施方式圖1A是根據(jù)本專利技術(shù)的生物測定傳感器裝置1的優(yōu)選實(shí)施例的示意性內(nèi)側(cè)視圖，而圖1B是同一裝置的示意性外側(cè)視圖。傳感器裝置1包括薄的柔性傳感器主體2，該主體包括在折疊部分5處彼此相連的兩個(gè)翼狀部分3、4。傳感器主體2具有兩個(gè)相對的主表面，即可在圖1A的內(nèi)側(cè)視圖中看到的第一主表面6以及可在圖1B的外側(cè)視圖中看到的相反的第二主表面7。在使用時(shí)，兩個(gè)翼狀部分3、4將折疊到一起，使得折疊部分5呈環(huán)形(loop)，兩個(gè)翼狀部分的第一主表面6將會彼此相對；因此，也把第一主表面6稱為“內(nèi)表面”，而在如上所述那樣折疊時(shí)相反的第二主表面7將處于裝置的外側(cè)，也將它們稱為“外表面”。兩個(gè)翼狀部分3、4的輪廓形狀不是必需的。通常，這兩個(gè)翼狀部分將具有相同的輪廓，但即使這也不是必需的。在圖示的實(shí)施例中，兩個(gè)翼狀部分具有八邊形輪廓，但其他輪廓，例如圓形輪廓也是可能的。第一翼狀部分3沿其周邊具有第一系列的通孔8；類似地，第二翼狀部分4沿其周邊具有第二系列的通孔9。定位第一孔8和第二孔9，使得在將兩個(gè)翼狀部分3和4折疊到一起時(shí)，第一孔8和第二孔9彼此對準(zhǔn)。這些孔有助于例如通過縫合而將傳感器裝置1附著于衣服。如下文將更詳細(xì)描述的那樣，第一翼狀部分3在其外表面7上具有基本上位于中心的導(dǎo)電感測板21和設(shè)置于感測板21周圍的環(huán)形導(dǎo)電保護(hù)環(huán)-->22。感測板21的形狀不是關(guān)鍵的，但優(yōu)選圓形。同樣地，保護(hù)環(huán)22的形狀不是關(guān)鍵的，但圓形也是保護(hù)環(huán)優(yōu)選的形狀。感測板21的直徑不是關(guān)鍵的，通常該直徑是定位精度和電學(xué)靈敏度之間折衷的結(jié)果。在適當(dāng)?shù)膶?shí)施例中，感測板21的直徑通常在10到15mm的范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)性實(shí)施例具有12mm的直徑。保護(hù)環(huán)22通常可以具有約1到2mm的寬度，感測板21和保護(hù)環(huán)22之間的徑向距離通常也可以在1到2mm的范圍內(nèi)。如在圖1A的內(nèi)側(cè)視圖所看到的，第一翼狀部分3承載著接觸焊盤16，用于連接外部線路和電子電路元件17。如虛線所示，傳感器主體2還包括第一翼狀部分3中的第一接地板13以及第二翼狀部分4中的第二接地板14。這些接地板13、14都是導(dǎo)電的但又薄到足以是機(jī)械柔性的，它們位于距內(nèi)表面6一定距離且距外表面7一定距離處，因此在圖1A和圖1B中用虛線表示。如圖1A所示，第一翼狀部分3在其內(nèi)表面6上具有至少一個(gè)導(dǎo)電接觸區(qū)11，其電連接到第一接地板13。同樣地，第二翼狀部分4具有至少一個(gè)導(dǎo)電接觸部12，其電連接到第二接地板14。在圖示的實(shí)施例中，第一翼狀部分3具有在直徑上彼此對置的兩個(gè)接觸部11，第二翼狀部分4的情況也是如此。定位接觸部11和12，使得在折疊傳感器主體時(shí)，兩個(gè)翼狀部分3和4的接觸部11和12彼此對準(zhǔn)。于是，這些接觸部確保了第一接地板13和第二接地板14之間的電連接。還可以將接觸部用于機(jī)械密封處于折疊狀態(tài)下的傳感器主體2。在可能的實(shí)施例中，可以為接觸部11、12提供焊錫，在折疊傳感器主體2之后的局部熱處理可以使相對的接觸部11、12彼此焊接到一起。在下文中，將給出傳感器主體2的內(nèi)部設(shè)計(jì)的更詳細(xì)描述。首先，參考圖2，其示意性示出了柔性的箔30(通稱為“柔性箔”)的截面，且包括第一層31和第二層32。第一層31基本上不導(dǎo)電，而第二層32基本上導(dǎo)電。通常，第二層32是厚度大約為10到20μm量級的薄銅層。在標(biāo)準(zhǔn)的可用產(chǎn)品中，本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種生物測定傳感器裝置（１），其適于電容性地感測生物電信號，所述裝置包括：－薄的柔性層疊傳感器主體（２），其具有內(nèi)表面（６）和與所述外表面相反的外表面（７），所述主體（２）包括第一主體部分（３），其包括：－第一導(dǎo)電層（４２）中的導(dǎo)電感測板（２１）；－所述感測板（２１）和所述外表面（７）之間的第一非導(dǎo)電層（４１）；－第二導(dǎo)電層（５２）中的導(dǎo)電屏蔽板（５３），其在與所述外表面相反一側(cè)上覆蓋所述感測板（２１），并具有至少與所述感測板的尺寸相對應(yīng)的尺寸，且優(yōu)選其投影超出所述感測板的輪廓之外；所述屏蔽板（５３）具有貫通開口（５４）；－所述感測板（２１）和所述屏蔽板（５３）之間的第二非導(dǎo)電層（５１）；－所述內(nèi)表面（６）上的導(dǎo)電電路層（７２）中的導(dǎo)電電路線（７３，７４，７５，１２５）；－所述屏蔽板（５３）和所述導(dǎo)電電路線（７３，７４，７５）之間的非導(dǎo)電隔離層（６１，７１）；所述裝置還包括：－電子信號處理電路（１００），其在所述內(nèi)表面（６）上安裝有電路元件（１７），所述電路（１００）包括至少一個(gè)差分放大器（１１０），所述差分放大器具有第一輸入端（１１１）和輸出端（１１４）；－第一導(dǎo)電互連體（８２），其與所述第二非導(dǎo)電層（５１）和所述隔離層（６１，７１）交叉，穿過所述屏蔽板（５３）的貫通開口（５４）延伸，用于將所述感測板（２１）耦合到所述放大器（１１０）的所述第一輸入端（１１１）。...

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】EP 2005-11-25 05111277.91、一種生物測定傳感器裝置(1)，其適于電容性地感測生物電信號，所述裝置包括：-薄的柔性層疊傳感器主體(2)，其具有內(nèi)表面(6)和與所述外表面相反的外表面(7)，所述主體(2)包括第一主體部分(3)，其包括：-第一導(dǎo)電層(42)中的導(dǎo)電感測板(21)；-所述感測板(21)和所述外表面(7)之間的第一非導(dǎo)電層(41)；-第二導(dǎo)電層(52)中的導(dǎo)電屏蔽板(53)，其在與所述外表面相反一側(cè)上覆蓋所述感測板(21)，并具有至少與所述感測板的尺寸相對應(yīng)的尺寸，且優(yōu)選其投影超出所述感測板的輪廓之外；所述屏蔽板(53)具有貫通開口(54)；-所述感測板(21)和所述屏蔽板(53)之間的第二非導(dǎo)電層(51)；-所述內(nèi)表面(6)上的導(dǎo)電電路層(72)中的導(dǎo)電電路線(73，74，75，125)；-所述屏蔽板(53)和所述導(dǎo)電電路線(73，74，75)之間的非導(dǎo)電隔離層(61，71)；所述裝置還包括：-電子信號處理電路(100)，其在所述內(nèi)表面(6)上安裝有電路元件(17)，所述電路(100)包括至少一個(gè)差分放大器(110)，所述差分放大器具有第一輸入端(111)和輸出端(114)；-第一導(dǎo)電互連體(82)，其與所述第二非導(dǎo)電層(51)和所述隔離層(61，71)交叉，穿過所述屏蔽板(53)的貫通開口(54)延伸，用于將所述感測板(21)耦合到所述放大器(110)的所述第一輸入端(111)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中每個(gè)非導(dǎo)電層由capton制成。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述傳感器主體(2)被實(shí)現(xiàn)為彼此附著的柔性箔層(40；50；60；70)的堆疊，每個(gè)柔性箔層包括至少一個(gè)導(dǎo)電層(42；52；62；72)和至少一個(gè)非導(dǎo)電層(41；51；61；71)的組合。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括所述第一導(dǎo)電層(42)中的所述感測板(21)周圍的導(dǎo)電屏蔽環(huán)(22)，所述屏蔽環(huán)(22)電連接到所述屏蔽板(53)。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，還包括與所述第二非導(dǎo)電層(51)交叉的一系列第二導(dǎo)電互連體(81)，每個(gè)第二互連體(81)都接觸所述屏蔽環(huán)(22)和所述屏蔽板(53)。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中每個(gè)第二互連體(81)都被實(shí)現(xiàn)為金屬化過孔。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述屏蔽板(53)電連接到所述放大器(110)的所述輸出端(114)。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述放大器的輸出端(114)連接到所述放大器的倒相輸入端(112)，并且其中所述感測板(21)連接到所述放大器的非倒相輸入端(111)。9、根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，還包括與所述隔離層(61，71)交叉的第三導(dǎo)電互連體(83)，用于將所述屏蔽板(53)耦合到所述放大器的輸出端(114)。10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括：-所述屏蔽板(53)和所述電路線(73，74，75)之間的第三導(dǎo)電層(62)中的導(dǎo)電接地板(13；63)，其覆蓋所述屏蔽板(53)和所述處理電路(100)；-所述屏蔽板(53)和所述接地板(13；63)之間的第三非導(dǎo)電層(61)；-所述接地板(13；63)和所述電路線(73，74，75)之間的第四非導(dǎo)電層(71)。11、根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中將所述接地板(13；63)電連接到所述處理電路(100)的固定電壓電平，優(yōu)選為零電壓電平。12、根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述接地板(13；63)具有第一開口(64)，所述第一互連體(82)穿過所述第一開口延伸而不和所述接地板(13；63)接觸，且其中所述接地板(13；63)具有第二開口(65)，所述第三互連體(83)穿過所述第二開口(65)延伸而不和所述接地板(13；63)接觸。13、根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述電路元件(17)包括至少一個(gè)已安裝的IC放大器封裝。14、根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述放大器封裝具有與所述第一互連體(82)對準(zhǔn)的輸入端子引線(17a)。15、根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述電路元件(17)包括至少一個(gè)裸IC半導(dǎo)體管芯。16、根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述放大器(110)具有處于大約為1GΩ量級的輸入阻抗。17、根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括連接在所述放大器(110)的所述第一輸入端(111)和固定電壓線之間的電阻器(130)，所述固定電壓線優(yōu)選為零電壓線；所述電阻器(130)具有處于大約為1GΩ量級的電阻值。18、根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述電阻器(130)被實(shí)現(xiàn)為兩個(gè)或更多電阻器(131；132)的串聯(lián)組合。19、根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述串聯(lián)電阻器(131；132)中的兩個(gè)之間的節(jié)點(diǎn)(A)連接到串聯(lián)電阻器電路(141，142)的節(jié)點(diǎn)(B)，該串聯(lián)電阻器電路(141，142)連接在所述放大器的輸出端(114)和所述固定電壓線之間...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：WF帕斯韋爾，M奧沃克爾克，JT奧斯特維恩，
申請(專利權(quán))人：皇家飛利浦電子股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：NL[荷蘭]