[实用新型]一种电容耦合传感器

说明书

本实用新型公开了一种电容耦合传感器，包括第一电极层与第二电极层，以及位于第一电极层与第二电极层之间的介质层，第一电极层呈中空结构，所述结构自第一电极的上表面贯穿至第一电极的下表面。该传感器通过电极形状设计改变了传感器的电场分布，增强了传感器的非接触探测能力。该传感器可用于非接触式探测生物体的生理参数信号，例如呼吸或脉搏等，具有高灵敏度。

技术领域

本实用新型属于传感器技术领域，尤其涉及一种电容耦合传感器。

背景技术

目前，市售的可监测生物体的生理参数，例如呼吸、脉搏等的传感设备大部分紧密贴合在生物体体表，存在较多弊端：首先，与生物体体表紧密贴合容易对生物体造成压迫感，影响其活动；其次，长期与生物体体表贴合，容易刺激皮肤，出现瘙痒等不适感；另外，这类传感设备不适用与皮肤有缺陷或者疾病的生物。

为此，用于监测生理参数的非接触式传感设备被提出，这类传感设备无需紧密贴合在生物体表面，只需设置在生物体活动范围内，例如衣服、手环、沙发、桌椅等，在不干扰生物体活动的前提下探测生物体生理参数信号。目前，医疗领域非接触式监测的主要方法有红外热成像法、多普勒雷达探测、基于光纤传感的心冲击描记法、磁阻抗监控法和电容耦合传感等。

电容耦合传感器是以电容器作为传感元件，将被测物理量或机械量转换为电容量变化的一种转换装置，具有结构简单、重量轻、能耗低等优点，被广泛用于测量位移、角度、振动、速度、压力等。

根据电极设置，电容耦合传感器可分为自电容传感器和互电容传感器。自电容传感器如图1所示，由单个电极组成，基于测试电极与地面的相对电容。这类传感器用于测试生物体生理参数时，生物体相当于接地端，增加了电极与地面的相对电容。互电容传感器如图2所示，由一对电极组成，基于测试两电极之间的电容。当生物体靠近时，生物体干扰并破坏边缘电场并捕获两电极间部分电荷，从而降低了两电极间的电容值。

现有的电容耦合传感器的检测能力较弱，尤其是当待测信号较弱时，例如待测信号为生物体的呼吸和脉搏等生理信号等，灵敏度较低，探测效果欠佳甚至无法探测出待测信号。与自电容传感器相比，互电容传感器不易受环境共模噪声和空气循环变化的影响，然而其探测能力仍然较弱。

实用新型内容

针对上述技术现状，本实用新型旨在提供一种电容耦合传感器，用于非接触式探测待测信号时具有高灵敏度。

为了实现上述技术目的，本实用新型经过大量实验探索后发现，采用互电容传感器，即，电容耦合传感器包括第一电极层与第二电极层，以及位于第一电极层与第二电极层之间的介质层时，如果将第一电极层设计为中空结构，即在第一电极内部设置自第一电极层的上表面贯穿至第一电极下表面的空心部，则与第一电极层未设置中空结构相比，传感器的电场分布发生变化，在传感器边缘部位分布的电场增加，当外界物体靠近该传感器时，其对边缘电场干扰及破坏的力度增大，从而增加了两电极间电容值的变化，即提高了传感器的探测灵敏度。

即，本实用新型的技术方案为：一种电容耦合传感器，包括第一电极层与第二电极层，以及位于第一电极层与第二电极层之间的介质层；其特征是：所述第一电极层呈中空结构，所述中空结构自第一电极的上表面贯穿至第一电极的下表面。

所述第一电极层的横截面形状不限，包括中空的规则形状，例如中空的圆形、椭圆形、矩形等，以及中空的不规则形状等。

所述第二电极的横截面形状不限，包括规则形状，例如圆形、椭圆形、矩形等，以及不规则形状等。

所述介质层位于第一电极层与第二电极层之间，其形状不限。作为一种实现方式，介质层材料充满第一电极层与第二电极层之间，并且介质层的直径大于或者等于第一电极层的外径，以及介质层的直径大于或者等于第二电极层的直径。

所述中空结构不限，包括柱体、台体等。所述中空结构的横截面形状不限，包括规则形状，例如圆形、椭圆形、矩形等，以及不规则形状等。