[发明专利]一种用于检测汽车驾驶员心电信号的电容电极

说明书

技术领域

      本发明属于生物电信号检测技术领域，涉及一种用于检测汽车驾驶员心电信号的电容电极。

背景技术

       通过监测汽车驾驶员的心电信号可以检测其疲劳程度，进而防止疲劳驾驶。传统心电检测方法多采用金属电极直接接触被测对象的皮肤来获取信号，而驾驶环境的特殊性则不允许采用这种传统检测方法。

      近年来，非接触式心电检测技术开始快速发展，使得无需接触被测对象的皮肤，便可以检测其心电信号。非接触式心电检测技术利用电容耦合原理，以位移电流的形式检测心电信号。

如图1所示，为非接触式心电检测示意图。电容电极1、被测对象所穿的衣服2、被测对象的皮肤3一起形成耦合电容C_S，被测对象的心电信号通过C_S耦合到信号处理电路的输入端。由于耦合电容的阻抗在心电信号的频带范围内非常大，因此电容电极应该设计成带有电压缓冲电路的有源电极，以提高其输入阻抗；由于电容电极的输入阻抗很大，导致其对外部的噪声干扰尤其敏感，因此在设计电容电极时必须设计相应的屏蔽结构；此外，当被测对象的身体发生运动时，耦合电容的电容值发生改变，导致输出信号中出现运动伪影，如何抑制运动伪影，也是在设计电容电极时需要考虑的问题。

现有的电容电极设计方案大多采用三种方法来屏蔽干扰：采用3层或3层以上PCB板结构；在电压缓冲电路中加入复杂的反馈网络；在电容电极的底面安装金属屏蔽罩。第一种方法大大提高了电容电极的制作成本；第二种方法使得电容电极的电路结构变得复杂，而且过多的电子器件会引入大量噪声，如果设计不合理，反而会降低电容电极的抗干扰性能；第三种方法使得电容电极的机械结构变得复杂，大大影响了电容电极的应用灵活性。此外，现有的电容电极设计方案大多只包含信号检测部件，而没有缓冲部件，当用于信号检测时，电容电极固定放置，不可活动，被测对象身体的轻微运动就会引起明显的运动伪影。在检测汽车驾驶员的心电信号时，道路颠簸引起汽车的震动，导致驾驶员的身体发生运动，如何抑制身体运动引起的运动伪影是汽车驾驶员心电信号检测需要考虑的关键问题。

发明内容

       本发明的目的在于提供一种结构简单，成本低廉，且能抑制运动伪影的用于检测汽车驾驶员心电信号的电容电极。

       本发明所述的用于检测驾驶员心电信号的电容电极由支撑部件、信号检测部件和缓冲部件构成；所述支撑部件由金属板构成；所述信号检测部件由带有电压缓冲电路的双面PCB板构成，电压缓冲电路设置在PCB板的底面，由高输入阻抗、低噪声、CMOS型、双运放精密放大器组成；所述缓冲部件由弹簧构成，用于连接支撑部件和信号检测部件。

所述双面PCB板的顶面覆盖一层中心镂空的铜膜，铜膜上覆盖阻焊油墨。

所述双面PCB板的底面覆盖一层中心镂空的铜膜，铜膜上覆盖阻焊油墨。

       所述电压缓冲电路设置在PCB板底面铜膜的镂空处，包括运算放大器A1、运算放大器A2、输入保护电容C1、隔直电容C2、第一隔离电阻R1、第二隔离电阻R3、偏置电阻R2；输入保护电容C1的一端通过过孔与PCB板顶面的铜膜相连，另一端与运算放大器A1的同相输入端相连；运算放大器A1的输出端与其反相输入端相连；第一隔离电阻R1的一端与PCB板底面的铜膜相连，另一端与运算放大器A1的输出端相连；隔直电容C2的一端与运算放大器A1的输出端相连，另一端与运算放大器A2的同相输入端相连；运算放大器A2的输出端与其反相输入端相连；偏置电阻R2的一端与运算放大器A2的同相输入端相连，另一端接地；第二隔离电阻R3的一端与运算放大器A2的输出端相连，另一端为信号输出端。

       本发明采用双面PCB板作为信号检测部件，结构简单，成本低廉；采用弹簧作为缓冲部件，有效抑制了信号检测过程中被测对象的身体运动引起的运动伪影；另外采用金属板作为支撑部件，不仅可提供支撑作用，也为信号检测部件提供电磁屏蔽作用。

附图说明

图1为非接触式心电检测示意图；

图2为本发明一实施例的结构图；

图3为实施例所采用的双面PCB板的二维纵断面结构图；

图4为实施例所采用的双面PCB板的顶面结构图；

图5为实施例所采用的双面PCB板的底面结构图；

图6为实施例所采用的电压缓冲电路的电路结构图；

图7为本发明应用于汽车驾驶员心电监测的示意图。

具体实施方式