[发明专利]皮电活动传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感器。本发明尤其针对传感器盘，其用作用于测量用户皮肤的皮电活动的传感器设备的一部分，此外针对于生产这种传感器盘的方法。

整个说明书中，术语“皮电活动(electrodermal activity)”应该理解为包含会导致用户皮肤的皮电特征改变的任何类型的活动。

背景技术

近来，许多个人电子产品已经上市以允许用户监控他们自身的健康特性。这种设备通常监控以及测量用户的生物信号，并将这些生物测量传递至用户用于信息以及分析。这些设备典型地仅当接触用户时操作，结果许多设备要连续穿戴或至少使用延长的时间段。因而，这种设备需要在实验室环境外部用体力执行，设备还必须是成本有效以及相对简单的操作。

作为获得用户的生物测量的器件，采用了多个不同的技术。测量用户的皮电活动、肌电图、心电图所有这些都采用接触用户皮肤的电极以便传导对应生物信号。

这些电极的性能以及可靠性在所有上述技术中是非常重要的，因为通过电极所获得的生物信号是输入至设备的源，然后放大以及处理源输入信号以便输送信息以及结果至用户。如果初始检测生物信号的电极是不好的，那么不管放大和/或处理电路系统多么强大，设备将输送不充分精确的结果至用户。

在实验室环境或者临床情况中，氯化银(Ag-AgCI)电极是使用的优选类型电极。这些氯化银电极与导电凝胶结合使用，导电凝胶施加至氯化银电极的皮肤接合表面，以降低用户的皮肤和氯化银电极的皮肤接合表面之间的电路径的阻抗。这些类型电极俗语公知为“湿电极”。这些湿电极不适合使用在先前提到的类型的个人电子设备中，因为需要施加凝胶对于用户是不方便的。而且，在每天现实世界设置中用户不合理预期要携带它们以及周期性地施加导电凝胶至他们个人设备的电极。总之，使用湿电极对于上市作为可穿戴生物传感器设备的个人电子设备类型来说不可行的，或者甚至对于不是可穿戴设备的传感器设备来说也是不可行的，但是被设计为相对频繁地使用延长时间段。

简言之，对于每天的非专业使用来说，期望的是不需要施加导电凝胶的电极。这种所谓的“干电极”是现有技术公知的，并且设计为由上述提到的个人电子设备使用。

此外，因为这些个人电子设备将出售作为消费产品，还重要的是，干电极的外观需要引起消费者感兴趣。

本发明的干电极设计成最佳的用于传导皮电活动，以及具体地用于监控以及测量用户的皮肤电导，作为皮电活动的符号。虽然存在公知的用来测量皮电活动的若干技术，但是经由施加恒定DC电压至皮肤来测量皮肤电导被认为是最广泛使用的。皮肤电导根据年龄、性别、种族和遗传以及还响应于环境条件而广泛变化。取决于这些因素，皮肤电导水平的范围能够是1μS至40μS。

皮电活动是产生自用户身体中排泄汗腺的活动。这些排泄汗腺产生的汗水通常是氯化钠溶液，因而利于传导电流。因为排泄汗腺的活动或不活动分别将产生更多或更少这种汗水，所以通过测量皮肤的电导能够定量排泄汗腺的活动。测量用户的皮肤电导是这样完成的：使用干电极捕获以及测量皮肤电导生物信号，然后使用关联的公知处理步骤，这些测量的生物信号代表皮电活动，将它们传递给用户。

因为排泄汗腺活动是在自主神经系统的交感元件的控制下进行，排泄汗腺活动是自主神经系统的活动的执行。交感神经系统是个人的整个神经系统的一部分，自主神经系统的交感元件是神经系统的调动个人的所谓“战或逃”响应的部分。结果，排泄汗腺活动是个人的心理状态和/或生理激发的指示器。以这种方式，使用干电极能够测量以及定量用户的心理和/或生理激发。

人体汗腺的最大密度是在掌侧即手的前面侧以及在足底侧即脚的脚底。指尖包含相对高浓度的汗腺，代表用于尤其每天情况下皮肤电导测量的方便部位。因此，干电极通常夹在用户的指尖周围或者由用户保持处于他们拇指和手指之一之间的适当位置。

选择指尖作为人体上最实践的可靠区域用于测量皮肤电导，重要的是选择适当的电极构造以与指尖的皮肤相互作用，相比用户皮肤的其他区域，其是非常隆起的。如以上讨论的，用户指尖的皮肤与干电极的皮肤接合表面之间的相互作用在获得精确真实的皮肤电导测量方面是关键的。

现有技术已经考虑了大多数不同的材料用于使用在干电极中，如以下将更详细讨论的，但是这些电极设计以及制造处理存在许多公知问题。这些问题包括由于腐蚀以及其他效应随着时间降低了皮肤电导测量灵敏度，这影响所选材料执行皮肤电导测量的能力；材料成本；以及材料外观。

发明内容