一种柔性创口贴式心率计的制作方法

本发明涉及可穿戴式设备领域，尤其涉及一种柔性创口贴式心率计。

背景技术：

随着社会经济的飞速发展，以至于生活生存所引起的压力不断威胁着人类的健康，而压力过大、精神紧张时往往会引起人的心率不正常，最后长期的心率不正会导致各种疾病。因此，人们的关注点已从饮食安全与医疗保障领域，转移到了对身体状况的实时监控领域中。国内外各类企业与科研机构为了满足这种日益增大的技术需求，纷纷开发出各种可穿戴式设备，尤其对于便携式心率计的研究引起广泛的关注。

目前市场上的心率计主要以腕带式结构作为主体，通过搭配不同类型的心率传感器组装成可穿戴式的心率计。根据探测原理，心率传感器的种类可分为光电式、压容式和压阻式，其中光电式因其具有非侵入、非接触的好处而被应用得最为广泛，然而由于腕带的松紧程度难以掌握，易造成光电式心率传感器测量误差，过松会引起探测信号过弱、过紧则使得穿戴者不适。除此之外，由于光电式心率传感器是通过光反射来测量心率：它是根据心脏跳动时，人体全身血管会有微小波动的原理，通过对皮下血管发射光束，实时检测反射光周期性的强度变化，从而得出人体的脉搏信号。该传感器使用时，会因为环境引起的光干扰、穿戴者的肤色、汗液以及脂肪厚度等因素也容易造成测量误差，且一旦传感器功能异常，则需要心率计整体更换，花费高昂。

因此，发明一种能准确、实时测量且保证良好的穿戴体验的便携式心率计是便携式医疗设备发展的迫切需求。

技术实现要素：

基于此，本发明的目的在于，提供一种柔性创口贴式心率计，其具有无腕带、粘贴式、穿戴体验好、分辨率高、灵敏度高和制备简单的优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种柔性创口贴式心率计，包括电源组件、传感组件、信号处理组件、包覆组件和柔性基底；所述传感组件和信号处理组件分别与电源组件电连接，且所述信号处理组件与传感组件电连接；所述电源组件、传感组件和信号处理组件均包覆于所述包覆组件中，并附着于所述柔性基底上。

本发明的工作原理为：当穿戴者将柔性创口贴式心率计粘贴于手臂或者心脏等脉搏处，脉搏跳动引起传感组件的电学性能改变，并通过传感组件将这种变化信号传输至信号处理组件，信号处理组件对该信号进行处理，然后显示穿戴者的心率状况。

相对于现有技术，本发明采用柔性创口贴式封装，使用区域不受身体部位限制，任意部位都可以使用，如颈动脉、胸部、手腕、大腿内动脉等，同时具有优秀的隐蔽性与舒适性，缩小了心率计的整体体积，解决了传统腕带式需要特定的松紧度才能有效使用的问题，且该封装模式在保证良好的心率监控条件下，给穿戴者带来更加舒适的用户体验。

进一步地，所述传感组件包括应力传感模块，所述应力传感模块包括阵列式应力传感器，所述阵列式应力传感器由多根表面设有纳米结构薄膜的纤维丝通过编织的方式形成，所述纤维丝在横向和纵向上相互交叉叠放，其表面的纳米结构薄膜在交叉部位相互接触，构成一个传感单元。优选地，所述传感单元的数量为9～2000个。相比于光电式传感器，阵列式应力传感器具有多点实时检测、灵敏度高与稳定性高的优点。

进一步地，所述纳米结构薄膜为一维纳米线薄膜、一维纳米棒薄膜、一维纳米管薄膜、二维纳米薄片薄膜或三维网络纳米结构薄膜；且所述纳米结构薄膜为金属纳米结构薄膜、或半导体纳米结构薄膜中的一种或多种的复合。纳米结构薄膜的具体结构和材料选择范围广，可视实际所需而定。

进一步地，所述纤维丝为有机高分子纤维丝、碳纤维丝、纺织纤维丝、金属丝或光导纤维。纤维丝材料可以是导电材料或表面镀有导电层的纤维材料，选材范围广，其直径大小可视实际所需而定。

进一步地，所述应力传感模块还包括导线和集线器，所述集线器与阵列式应力传感器连接，所述导线与集线器连接。集线器用于整理阵列式应力传感器的信号输入、输出端口，并接入信号处理组件。

进一步地，所述传感组件的两端分别通过排线与电源组件和信号处理组件连接。通过插拔两端的排线，即可完成传感组件的安装和拆卸，避免一旦传感组件出现异常则需要整体更换心率计的问题，从而最大限度地降低用户后续维护成本。

进一步地，所述信号处理组件包括单片机和通信模块，所述通信模块与单片机电连接，所述通信模块包括蓝牙通信子模块和wifi通信子模块，用以传输心率数据。

进一步地，所述电源组件包括电池和usb充电口，用以为传感组件和信号处理组件供电。

进一步地，所述信号处理组件和电源组件表面设有粘性层，用以粘贴在人体上。

进一步地，所述包覆组件为硅胶，所述柔性基底为纤维布料、pdms或pua。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为实施例的柔性创口贴式心率计的整体结构示意图。

图2为实施例的传感组件的结构示意图。

图3为实施例的应力传感模块的结构示意图。

图4为实施例的阵列式应力传感器的阵列式结构示意图。

图5为实施例的信号处理组件的结构示意图。

图6为实施例的电源组件的结构示意图。

图7为实施例的柔性创口贴式心率计在脉搏测量的应用示意图。

图8为实施例的柔性创口贴式心率计在心率测量的应用示意图。

具体实施方式

请同时参阅图1-图6，本实施例提供了一种柔性创口贴式心率计，包括电源组件3、传感组件1、信号处理组件2、硅胶5和柔性基底4；传感组件1和信号处理组件2分别与电源组件3电连接，且信号处理组件2与传感组件1电连接；电源组件3、传感组件1和信号处理组件2均包覆于硅胶5中，并附着于柔性基底4上。

具体的，传感组件1的两端分别通过排线6与电源组件3和信号处理组件2电连接，通过插拔两端的排线，即可完成传感组件的安装和拆卸，避免一旦传感组件出现异常则需要整体更换心率计的问题，从而最大限度地降低用户后续维护成本。

具体的，传感组件1包括应力传感模块11，所述应力传感模块11包括阵列式应力传感器113、导线111和集线器112；集线器112与阵列式应力传感器113连接，并通过导线111与排线6电连接，用于整理阵列式应力传感器113的信号输入、输出端口，并接入信号处理组件2。

具体的，阵列式应力传感器113为由多根表面生长、涂覆或镀有纳米结构薄膜的碳纤维丝1131通过编织的方式形成的阵列式结构，所述碳纤维丝1131在横向和纵向上相互交叉叠放，其表面的纳米结构薄膜在交叉部位相互接触，构成一个传感单元。优选地，所述传感单元的数量为9～2000个。该阵列受到外力作用时，其电学性能将发生改变，实现将心率信号的提取，并转化成电学信号的过程，从而为穿戴者提供心率的实时监控与记录功能，且阵列式应力传感器具有多点实时检测、灵敏度高与稳定性高的优点。

具体的，信号处理组件2包括单片机和通信模块21，通过排线6分别与传感组件1、电源组件3电连接；通信模块21拥有蓝牙通信和wifi通信功能，与其他设备连接并传输心率数据。

具体的，电源组件3包括电池31和usb充电口，通过排线6分别与传感组件1、信号处理组件2电连接，用于为传感组件1和信号处理组件2供电。

本实施例的工作原理为：当穿戴者将柔性创口贴式心率计粘贴于手臂或者心脏等脉搏处，脉搏跳动引起阵列式应力传感器的电学性能改变，这种电学信号的变化被传感组件所收集，然后将信号传输至单片机进行处理并通过通信模块发送至穿戴者移动终端上，最后以可视化图表或语音播报的形式告知穿戴者目前心率状况，实现将心率信号的提取，并转化成电学信号的过程，从而为穿戴者提供心率的实时监控与记录功能。

请参阅图7，其为本实施例的柔性创口贴式心率计在脉搏测量的应用示意图，其中心率计所搭配的阵列式应力传感器为压阻式，阵列式应力传感器中所使用的纳米结构薄膜为氧化钨纳米线薄膜。具体的，在用户的左手脉搏处粘贴柔性创口贴式心率计，在保证用户的良好的舒适性的同时，脉搏跳动而产生的应力变化使得阵列式应力传感器中的碳纤维丝之间的距离变小，纳米线的接触数量增加，导致阵列式应力传感器两端的电阻变小，并且电阻变化量与脉搏跳动的强度成正比；此外，该电学信号的变化呈现周期性，与脉搏的跳动频率一致；信号被信号处理组件所接受，通过单片机处理后，经由通信模块发送到用户的手机终端上，最后用户通过手机软件得知当前的脉搏信息。

请参阅图8，其为本实施例的柔性创口贴式心率计在心率测量的应用示意图，其中心率计所搭配的阵列式应力传感器为压容式，阵列式应力传感器中所使用的纳米结构薄膜为氧化钨纳米线薄膜。具体的，在用户的左胸处粘贴柔性创口贴式心率计，在保证用户的良好的舒适性的同时，心脏跳动而产生的应力变化使得了阵列式应力传感器中的碳纤维丝之间的距离变小，纳米线的正对有效面积增大，导致阵列式应力传感器两端的电容变大，并且电容变化量与脉搏跳动的强度成正比；此外，该电学信号的变化呈现周期性，与心脏的跳动频率一致；信号被信号处理组件所接受，通过单片机处理后，经由通信模块发送到用户的手机终端上，最后用户通过手机软件得知当前的脉搏信息。

相对于现有技术，本发明采用柔性创口贴式封装，使用区域不受身体部位限制，任意部位都可以使用，如颈动脉、胸部、手腕、大腿内动脉等，同时具有优秀的隐蔽性与舒适性，缩小了心率计的整体体积，解决了传统腕带式需要特定的松紧度才能有效使用的问题，且该封装模式在保证良好的心率监控条件下，给穿戴者带来更加舒适的用户体验。此外，本发明搭配了阵列式应力传感器，相比于光电式应力传感器，阵列式应力传感器具有多点实时检测、灵敏度高与稳定性高的优点，且传感器可更换，最大限度地降低用户的后续维护成本。基于阵列式封装的思想，有望可与现代中医学结合，对于寸，关，尺三部位的同时检测，搭配现代中医脉象库，提前告知穿戴者身体状况。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。