本發(fā)明涉及穿戴式電子和傳感器技術(shù)，具體涉及一種用于采集生物電信號(hào)的織物電極。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)身體、心理健康狀況的關(guān)注日漸上升。人體的各種生物電信號(hào)，比如腦電、心電、肌電等，能夠反應(yīng)人體的生理或心理特征。通過(guò)一些信號(hào)采集手段，將人體的這些信號(hào)采集出來(lái)加以分析和處理，能夠得到有效的人體數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而分析人體的健康程度或情緒狀態(tài)。

電極是信號(hào)采集設(shè)備與人體皮膚直接相連的介質(zhì)，它與人體皮膚接觸的好壞、接觸阻抗的大小很大程度地影響了信號(hào)采集的質(zhì)量。當(dāng)在人體運(yùn)動(dòng)、天氣較炎熱、高溫高濕等環(huán)境下進(jìn)行多點(diǎn)生物電信號(hào)監(jiān)測(cè)時(shí)，前額、手臂等區(qū)域因汗液多而容易導(dǎo)致電極間短路，這是因?yàn)楹挂褐械乃趾蚽acl電解質(zhì)的導(dǎo)電性。在這種情況下，傳統(tǒng)的濕電極或一些導(dǎo)電硅膠干電極的效果將受到影響。因此，要實(shí)現(xiàn)人體在運(yùn)動(dòng)時(shí)或太陽(yáng)曝曬下的生物電信號(hào)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，需要設(shè)計(jì)出能有效吸汗的電極。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種吸汗織物電極，能快速有效地吸收人體排出的汗液，避免汗液區(qū)域出現(xiàn)電極間短路現(xiàn)象的發(fā)生，用于人體出汗較多時(shí)在無(wú)發(fā)或少發(fā)區(qū)域監(jiān)測(cè)生物電信號(hào)。

本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案如下：本新型吸汗織物電極，包括織物電極本體以及電聯(lián)接件，織物電極本體包括導(dǎo)電泡棉和包在導(dǎo)電泡棉外的導(dǎo)電布，電聯(lián)接件固定在導(dǎo)電布上；在與人體皮膚接觸的導(dǎo)電布上設(shè)有通孔。

優(yōu)選地，所述織物電極本體還包括位于導(dǎo)電泡棉與導(dǎo)電布之間的吸汗層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明的織物電極采用導(dǎo)電布包裹導(dǎo)電海綿，質(zhì)地柔軟、輕便舒適，富有彈性，可以承受一定的壓力，具有良好的導(dǎo)電性和較低的接觸阻抗，與皮膚貼合緊密。

2、由于海綿具有良好的吸水性能，本發(fā)明將導(dǎo)電海綿應(yīng)用在人體汗液較多區(qū)域的生物電信號(hào)的采集，汗液中含有一定比例的nacl(300mg/100ml)，其為一種強(qiáng)電解質(zhì)，使得汗液具有較強(qiáng)的導(dǎo)電性。當(dāng)汗液浸入導(dǎo)電泡棉時(shí)，使導(dǎo)電泡棉中充滿了nacl溶液，電極的導(dǎo)電性將顯著增強(qiáng)，皮膚‐電極接觸阻抗降低，達(dá)到更好的信號(hào)采集效果，并且避免因汗液造成的電極間短路或串?dāng)_。

3、本發(fā)明電極的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，適于前額、手臂等多區(qū)域的生物電信號(hào)監(jiān)測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為電極的主視圖，(b)為電極的側(cè)視圖，(c)為電極的后視圖；

圖2為本發(fā)明另一實(shí)施方式的電極結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明電極的等效電路圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于此。

實(shí)施例

如圖1的(a)、(b)及(c)所示，本發(fā)明吸汗織物電極，包括織物電極本體和電聯(lián)接件4，其中織物電極本體包括導(dǎo)電布1、導(dǎo)電泡棉2和吸汗層3，導(dǎo)電布1包在導(dǎo)電泡棉2及吸汗層3的外層，吸汗層位于導(dǎo)電泡棉與導(dǎo)電布之間，組成織物電極本體。電聯(lián)接件為金屬導(dǎo)電按扣4，固定在導(dǎo)電布1上，用于與信號(hào)采集裝置連接。

導(dǎo)電布在布料上電鍍金屬系材料或涂覆導(dǎo)電材料層制成，金屬系材料可選用金、銀、鎳或者銅等，導(dǎo)電材料可選用石墨烯或者pedot等。而導(dǎo)電泡棉利用高分子復(fù)合材料經(jīng)過(guò)發(fā)泡技術(shù)制成，經(jīng)過(guò)pvd導(dǎo)電化處理，具有全方位導(dǎo)電性。導(dǎo)電泡棉為長(zhǎng)方體或其他形狀，其厚度為3mm‐8mm,長(zhǎng)乘以寬的面積可調(diào)。吸汗層為吸汗能力強(qiáng)的布料，可為導(dǎo)電布料也可為絕緣布料。由于導(dǎo)電泡棉本身具備吸汗性能，故吸汗層在本發(fā)明的技術(shù)方案中并不是必要的，而是優(yōu)選的；如果沒(méi)有吸汗層，則電極本體僅包含導(dǎo)電布和導(dǎo)電泡棉。

導(dǎo)電布內(nèi)表面有一層膠層用于粘接導(dǎo)電布、導(dǎo)電泡棉及吸汗層，該膠層可以是導(dǎo)電膠或其他類型粘接膠層。導(dǎo)電布與導(dǎo)電泡棉及吸汗層的固定連接亦可采用導(dǎo)電線縫合固定的方式。

為了使織物電極取得更好的透氣、吸汗效果，本發(fā)明在與人體皮膚接觸的導(dǎo)電布上設(shè)置了若干個(gè)通孔，使皮膚能直接與吸汗層或?qū)щ娕菝藿佑|；通孔的形狀可以為圓形，也可以選擇其他形狀。本發(fā)明也可以直接在導(dǎo)電布上設(shè)置一個(gè)較大的棱形通孔，如圖2所示，使吸汗層通過(guò)該棱形孔區(qū)域更充分地與皮膚直接接觸。圖2所示結(jié)構(gòu)的織物電極吸汗區(qū)域較為集中，吸汗性能良好。本發(fā)明在圖1或圖2的通孔處，還可以加設(shè)一層編織密度小于導(dǎo)電布編織密度的導(dǎo)電布料，由于編織密度較小，加快了導(dǎo)電泡棉吸收汗液的速度，起到了與通孔相類似的作用。

所述電聯(lián)接件為金屬導(dǎo)電按扣，其金屬材料為金、銀、銅或鉑等。電聯(lián)接件可通過(guò)按扣鉚接的方式與織物電極本體連接固定在一起。

材料的電阻可以通過(guò)電阻公式r＝ρl/s來(lái)計(jì)算，其中ρ為材料的電阻率，l為材料的長(zhǎng)度，s為材料橫截面積。本發(fā)明中所設(shè)計(jì)的織物電極本體的橫截面積s應(yīng)為與皮膚接觸的表面平行的面的面積，長(zhǎng)度l為織物電極本體的厚度。因此，從電極自身阻抗的大小考慮，該織物電極本體的導(dǎo)電泡棉厚度不宜過(guò)厚，而與皮膚接觸的表面面積應(yīng)盡量大。同時(shí)，從穿戴舒適性和小型化穿戴式電子技術(shù)的方面考慮，特別是在腦電信號(hào)32導(dǎo)聯(lián)或64導(dǎo)聯(lián)的信號(hào)采集時(shí)，電極不宜過(guò)大。本發(fā)明在實(shí)施過(guò)程中對(duì)電極的尺寸進(jìn)行了多種設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，為保證該織物電極的阻抗在10hz時(shí)小于10kω(在這個(gè)電阻值時(shí)電極采集生物電信號(hào)的效果與傳統(tǒng)濕電極幾乎沒(méi)有差異)，得出導(dǎo)電泡棉厚度應(yīng)保持在3mm-8mm之間為宜，而織物電極本體的橫截面積應(yīng)在100mm²-1600mm²之間，例如選擇長(zhǎng)、寬尺寸為10mm×10mm-40mm×40mm的導(dǎo)電泡棉來(lái)制作。在進(jìn)行電極設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)測(cè)量后的阻抗值自行確定電極橫截面積的設(shè)置。

如圖3，為本發(fā)明電極的等效電路圖，導(dǎo)電泡棉的電阻率在10⁵ω·m左右不等，吸汗層布料可為絕緣材料，導(dǎo)電布上的金屬鍍層或?qū)щ姴牧蠈拥碾娮杪试?0^-6-10^-8ω·m，導(dǎo)電布的電阻率顯著低于導(dǎo)電泡棉和吸汗層布料。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)電布可以視為一個(gè)阻值為r1的電阻，導(dǎo)電泡棉和吸汗層布料可以視為兩個(gè)電阻串聯(lián)，即r2與r3，而導(dǎo)電布和導(dǎo)電泡棉可以看成兩個(gè)并聯(lián)的電阻，如圖3。在導(dǎo)電布的表面積較大時(shí)，織物電極的電阻主要取決于導(dǎo)電布的電阻。

在與皮膚接觸一側(cè)的導(dǎo)電布上設(shè)置通孔，會(huì)減少該側(cè)導(dǎo)電布的表面積，增大整個(gè)導(dǎo)電布的阻抗，從而增大織物電極的阻抗，降低電極導(dǎo)電性。當(dāng)阻抗過(guò)大時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響生物電信號(hào)的采集效果。因此通孔的數(shù)量和尺寸需要進(jìn)行一定的限制，根據(jù)電極表面面積的不同，可以設(shè)置不同大小和數(shù)量的通孔。在電極厚度一定時(shí)，若給定電極在10hz時(shí)的皮膚-電極接觸阻抗小于10kω，通孔的總面積(例如若干個(gè)小通孔的面積之和，或者單個(gè)大通孔的面積)在該側(cè)導(dǎo)電布的表面積中占比應(yīng)在30％-70％之間，即通孔的總面積在織物電極本體的橫截面積中占比在30％-70％之間。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到各種變形或修改，但在不脫離本公開精神的前提下，做出的所有修改和替換都將落入所附權(quán)利要求定義的本公開保護(hù)范圍內(nèi)。