电容式纺织电极及其制造方法和使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种按照权利要求1前述部分的电容式纺织电极用于电信号、尤其生物信号的电容式测量。此外本发明涉及使用预制的导电纺织面料和/或预制的纺织电磁兼容屏蔽材料制造电容式纺织电极的按照权利要求9的方法以及涉及用于制造电容式纺织电极的按照权利要求1O的方法。
[0002]总体上本发明涉及用于电容式测量电信号的电容电极的领域。借助电容式检测原理可以在不直接与待测物体电接触的情况下检测电信号。这种电容式电极适合用于例如检测生物的生物信号，例如检测心电图信号或者心率信号。
[0003]专利文献DE 10 2008 049 112 Al中已知一种电容式纺织电极。
【发明内容】
[0004]与现有技术相比本发明要解决的技术问题在于，提供一种电容式纺织电极，其可以更简便和更经济地被制造并且因此尤其适合大批量制造。此外，还提供对这种电极的有利的制造方法以及对预制的导电纺织面料和/或预制的纺织电磁兼容屏蔽材料的有利的使用方法。
[0005]上述技术问题按照权利要求1通过一种电容式纺织电极解决，其用于电容式测量电信号、尤其生物信号，其中，该电极具有多层式的结构，其具有由纺织材料制成的至少两个导电层和布置在至少两个导电层之间至少一个绝缘层，其特征在于下述特征中的一个、多个或所有:
[0006]a)至少两个导电层通过粘接相互连接和/或与绝缘层机械性地连接，
[0007]b)至少一个、多个或所有的导电层具有预制的导电纺织面料和/或预制的纺织电磁兼容屏蔽材料或由其组成，
[0008]c)至少一个、多个或所有的导电层设计为激光切边的织物块，
[0009]d)用于放大由电容式电极输出的电信号的至少一个电子放大装置集成在电容式电极的多层结构中。
[0010]本发明具有的优点在于，所述电容式纺织电极可以尤其有效地以工业生产的常用机器自动地制造。省掉了必要的手动操作或使其减至最小。迄今为止所公开的为了制造电极面、也就是由纺织材料制造的导电层，必不可少地要将导电线纺织进或绣进纺织材料中。区别于此地，按照本发明的一个方面建议，至少一个、多个或所有的导电层至少部分地由预制的导电纺织面料和/或预制的纺织电磁兼容屏蔽材料构成。这在制造工艺方面具有很大的优点。导电的纺织面料能以匹料得到。导电的纺织面料尤其能设计为纺织电磁兼容屏蔽材料。电磁兼容英文简称为EMC。电磁兼容屏蔽材料在别的地方用于例如建筑物中的房间屏蔽电磁辐射。以纺织形式的电磁兼容屏蔽材料或者常用的导电的纺织面料能在市场上作为成品获得，例如从Statex公司或Aaronia公司，例如屏蔽绒料X-Dream。这种产品能以成卷匹料获得并且能相应地简便地自动化处理。
[0011]按照迄今为止所公开的，必不可少地要将电极的多层结构的单个层通过缝接机械性地接在一起。即使使用自动化的缝纫机或缝纫机器人，这种缝接过程也意味着较高的时间耗费。此外，由于要引导很细的线，这种制造工艺不会如期望的那样稳定。会出现故障时间和维护时间。区别于此地，按照本发明的一个方面建议，至少两个导电层通过粘接相互连接和/或与绝缘层机械性地连接。这同样可以非常经济地自动化。粘接连接根据所使用的粘合剂而不同。
[0012]此外，对于已知的电极存在例如为导电层制备合适的织物块的问题。手工剪切对于大批量制造来说是相当不经济的。使用剪切机器人、例如切割机的形式，在切下的料块的边缘并不能总是达到预期的切割质量，可能会散线。此外，根据使用的纺织材料的不同，所用的切割刀具会有相当大的磨损，对于维护这种设备的时间和成本又使制造更不经济。所使用的纺织材料部分地也不利于机械性的切割。区别于此地，按照本发明的一个方面建议，至少一个、多个或所有的导电层设计为激光射线切边的织物块。以此，织物块可以通过激光射线直接从原料中、例如从预制的导电纺织面料和/或预制的纺织电磁兼容屏蔽材料中切出。激光裁剪、例如借助计算机控制的激光裁剪装置实现以预期的形状快速制备织物块，其中，该形状也可以任意地不规则地裁剪。此外，所制备的织物块能更好地进一步处理并且不会轻易地散线。
[0013]按照本发明的另一个方面，至少一个用于放大由电容式电极输出的电信号的电子放大装置集成在电容式电极的多层结构中。这样的优点在于，由电容式电极或由其导电层提供的与电参量能直接就地进行与电相关的进一步处理并且其中尤其能被放大。这对信号质量是有好处的。在电子放大装置布置的更远的情况下会有向馈线中杂散的风险。按照本发明的电极可以防止这种风险。可以提供一种紧凑式的电容式电极，在其外部电连接上就已经能提供通过电子放大装置处理过的电信号并且以此能够直接连接到进一步进行处理的与电相关的装置上。电子放大装置可以具有任意的对各应用适合的放大系数。放大系数可以小于或者大于I或等于I。
[0014]—般而言，电容式纺织电极具有的优点在于，其能够在整体上柔性地设计。这实现了在常见物体中的安装，例如座椅、躺椅或者衣物。在此，这种柔性的电极能至少部分地记录产生的运动并随之形变。通过加装在这些物体中的电极能够直接对坐在座椅上或者躺在躺椅上的人员记录例如心电图。
[0015]在柔性的电容式电极中集成的电子放大装置同样能设计为柔性的电子放大装置，例如以柔性电路板设计。也能使用非柔性的电子放大装置。在这种情况下有利的是，将其在面积上保持的相当小，以便不会太大地影响到电容式纺织电极的其余区域的柔性。
[0016]纺织材料应该理解为尤其是与单个纺线的联结方式无关的各种平面式的纺织品，例如网状织物、钩编物、编结物、纺织物、针织物、缝织物、非纺织而成的纺织品和毡料。
[0017]按照本发明的有利的改进设计，用于机械性连接所述层的粘合剂是导电粘合剂，其同样也建立了电极的至少一个导电层与至少一个与其连接的电器件的电连接，例如与电子放大装置或电连接线缆。这样的优点在于，不需要有另外的措施用于电接触。通过单个层相互粘接的步骤就已经建立了必要的电接触。以此能使电容式电极的量产制造进一步显著地优化。相反地，在已知的建议方案中，接触例如必须借助钎焊或折边连接或导电线，这使得制造耗费明显地升高。此外，借助导电粘接剂的电接触实现了电容式纺织电极的牢靠的构造。在电极的使用中不会再有钎焊或折边连接例如由于柔性电极的变形而被损坏或折断的情况。作为粘合剂可以使用例如CircuitWorks公司的CW2400。能使用的例如还有具有金属成分例如银成分的二组分粘合剂。
[0018]按照本发明的有利的改进设计，所述电极具有至少三个由纺织材料制造的导电层以及布置在导电层之间绝缘层。对于至少三个导电层，尤其可以具有至少一个感应层用于待借助电极测量的信号的电容式耦连、至少一个防护层用于屏蔽外部干扰对感应层的影响、至少一个参考电势层。参考电势层与参考电势连接或者能与参考电势连接、例如与电路的接地电势或零电势连接。具有所述至少三个导电层的优点在于，按照本发明的电极在不对干扰信号过度灵敏的情况下对于要检测的电信号是尤其灵敏的。除了布置在三个导电层之间的两个绝缘层之外还可以具有第三个绝缘层，以便得到总共六层的结构。通过第三个绝缘层使电极能对于环境绝缘，就是说，第三个绝缘层是位于外侧的绝缘层。第三个绝缘层尤其可以布置在参考电势层上。
[0019]按照本发明的有利的改进设计，防护层布置在感应层与参考电势层之间。以此，电极尤其不易受干扰辐射的影响。
[0020]按照本发明的有利的改进设计，至少两个或至少三个导电层具有至少一个感应层用于电容式耦连待借助电极测量的信号，其中，感应层设计为电极的多层结构的位于外侧的层，在其外侧未设绝缘层。由此能使按照本发明的电极的结构进一步优化，这不仅是在简便和低成本制造方面而且也在功能方面。基本上，对于电容式电极的功能来说尽管需要在感应层的外侧绝缘，但是在电容式纺织电极的一般使用情况中这种绝缘却可以通过使用环境提供，例如像座椅套或衣物材料的表面。与此相应地，按照本发明的电极在其结构和制造方面相对于已知的建议方案进一步的简化了。
[0021]按照本发明的有利的改进设计，绝缘层具有至少一个与由纺织材料制造的导电层重叠的留空，导电层与电器件通过该留空电接触。这有利的实现了没有处于外部的接触线的电极的多层结构。接触部同样能向电极中集成。电器件可以是例如前面已经提过的电子放大装置或者其他部件或者连接线缆。所述的通过在绝缘层中的留空的接触可以对电极的一个、多个或所有绝缘层实现。
[0022]基本上绝缘层可以由任意一种绝缘材料制造。有利之处在于，绝缘层由柔性材料制造，以便实现整体上柔性的电容式纺织电极。按照本发明的有利的改进设计，一个、多个或所有绝缘层具有绝缘的纺织材料或由其组成。这样的优点在于，绝缘层能以与导电层相同的处理步骤制备、尤其借助激光裁剪预制的、例如成卷的或以另外的形式制备的纺织材料。
[0023]此外，开始所述的技术问题还按照权利要求9通过对预制的导电纺织面料和/或预制的纺织电磁兼容屏蔽材料的应用，即用于制造测量电信号、尤其生物信号的电容式纺织电极来解决。尤其地，前述类型的电极能以此被制造。由此也能实现开始所述的优点。
[0024]此外，开始所述的技术问题按照权利要求10通过测量电信号、尤其生物信号的电容式纺织电极的制造方法解决，该方法包括步骤:
[0025]a)制备预制的导电纺织材料以及预制的绝缘材料，
[0026]b)将导电纺织材料以及绝缘材料裁剪成预先给定的尺寸和形状的块，
[0027]c)将裁剪好的块相互粘接成具有多层结构的电极，其具有至少两个由纺织材料制造的导电层和至少一个布置在至少两个导电层之间的绝缘层。
[0028]有利的是以所给出的顺序执行所述步骤a)到C)。以此能制造具有前述优点的前述电容式纺织电极。
[0029]将导电纺织材料和/或绝缘材料裁剪成预先给定的尺寸和形状的块能借助激光进行。由绝缘材料构成绝缘层，由