专利名称：电容式感测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电容式感测系统和一种电容式感测方法。
背景技术：
W02008/152588A1公开了一种用于感测身体电场的电容式传感器，该电容式传感器包括电极、屏蔽件、将该电极与该屏蔽件分开的绝缘分隔材料以及包括相关电子电路的外壳，其中绝缘分隔材料或用于外壳的材料的摩擦电属性大体上与身体皮肤的摩擦电属性相匹配，从而减少了在该电容式传感器上的静电荷的产生。该电容式传感器被用在对来自身体的电生理信号的测量期间存在运动的应用中，所述应用例如是心电图描记法或肌电图描记法。
发明内容
即使减少了在电容式传感器上的静电荷的产生，但是通常随着时间变化的存在于身体上的静电荷仍然可以使电容式传感器的感测信号失真。此外，由于要被感测的对象与电容式传感器之间的变化距离所导致的运动伪影可以使信号失真。因此，该感测信号是一种小的低质量的信号。本发明的目的是提供一种电容式感测系统和一种电容式感测方法，其中改善了由该电容式感测系统产生的感测信号的质量。在本发明的一个方面中，提出一种用于感测对象的电容式感测系统，其中该电容式感测系统包括-电荷提供单元，其用于在对象的感测部位处提供永久电荷，-电容式传感器，其包括用于通过在对象的感测部位处电容性地感测对象来生成感测信号的感测电极。因为电容式感测系统包括用于在对象的感测部位处提供永久电荷的电荷提供单元，所以可以减少或消除电荷(特别是静电荷)的波动，从而减少或消除由这些波动带来的感测信号的失真，并且因而改善了由电容式感测系统产生的感测信号的质量。此外，通过在对象的感测部位处提供永久电荷，有意地优先使对象与电容式传感器的感测电极之间的偏置(bias)变大，从而增加了对机械运动的灵敏度。大体上由这些在对象与感测电极之间的机械运动引起的作为结果的感测信号通常大于大体上由如ECG或EMG之类的电生理场产生的信号。因而，该电容式感测系统产生了具有较大信噪比并且因此具有改善的质量的较大信号。电荷提供单元可以是被配置为在对象的感测部位处提供永久电荷的任何单元。电荷提供单元的优选实施例将在下文中进一步描述。永久电荷优先为永久静电荷。如果电荷在时间上恒定，则电荷被优先认为是永久的。如果在至少一分钟内，进一步优选为在至少一小时内，进一步优选为在至少一天内，进一步优选为在至少一个月内，并且甚至进一步优选为在至少一年内，电荷的变化小于10 %，进一步优选为小于5%，并且甚至进一步优选为小于3%，则电荷被优先认为在时间上恒定。电容式感测系统优先被配置为感测人或动物的身体，特别是被配置为产生身体的生理信号。例如，如果人或动物位于椅子或床上，则电容式感测系统可以被配置为透过衣料感测身体。这允许例如当人在睡眠时对与健康相关的参数进行监测。电容式传感器优先被配置为执行对人或动物的机械运动的非接触测量。优选的是，电荷提供单元包括用于附着到对象以提供电荷的驻极体(electret)。驻极体优先为驻极体箔。包括驻极体的电荷提供单元是确保在感测部位处具有可靠的并且随时间恒定的静电荷的电荷提供单元的实施例。优先为驻极体箔的驻极体优先被配置为附着到人或动物的身体上，或者附着到被优先地机械耦合到该身体的其他对象(如衣料、椅子、床等)上。驻极体为永久性带电材料，该永久性带电材料意味着无需外部偏置并且电荷不将随着时间而消失。驻极体可以被配置为放置在必须被感测的对象(优先为身体)的一部分上。驻极体的尺寸，尤其是驻极体箔的尺寸，可以被配置为适合于要被感测的区域的尺寸，例如，如果仅小的肌群必须被感测，则驻极体可以具有较小的尺寸，并且如果例如为了探查呼吸必须对上胸部进行感测，则驻极体的尺寸可以较大。驻极体，尤其是驻极体箔，可以被配置为用作一次性使用的箔。进一步优选的是，电荷提供单元包括电压源和用于附着到对象的导电元件，其中电压源连接到导电元件以用于提供永久电荷。电压源例如为几伏的电池，例如小于10伏的电池。导电元件优先为导电箔。该导电箔也可以被配置为适合于要被感测的区域的尺寸。导电箔也可以被配置为用作一次性使用的箔。导电箔优先由生物相容性材料制成。该导电箔优先地被配置为适合被较长时间段佩戴，例如被配置为佩戴几分钟到几天。导电箔优先为薄的，即优先地具有小于Imm的厚度，以便尽可能不显眼。导电箔可以由导电织物制成。在感测部位处提供永久数量的静电荷。因而，感测部位相对于感测电极的运动，即永久数量的静电荷相对于感测电极的运动，产生由感测电极和对象形成的电容器的电容改变，并且由此产生感测信号的改变，该感测信号的改变主要由该相对运动引起，而不是由对象上波动的静电荷引起。因而，通过检测感测信号的改变，可以确定对象与感测电极之间的
距离变化。优选的是，电容式感测系统还包括用于根据所产生的感测信号来确定对象属性的属性确定单元。如果对象是人或动物的身体，则感测信号的变化可以与由心脏活动、呼吸、肌肉的机械活动以及从对象出现的其他机械振动引起的运动有关。还可以根据所产生的感测信号来确定对象(尤其是身体)的其他类型的运动。因而，属性确定单元优先被配置为根据所产生的感测信号来确定例如心率或呼吸。然而，还可以根据所产生的感测信号来确定与对象的运动有关的其他属性。如果感测信号的变化与由如心脏活动和呼吸等不同影响引起的机械振动有关，则可以通过使用用于对与各个影响相对应的感测信号的一部分进行滤波的频率滤波技术来区分这些影响。在本发明的又一方面中，提出了一种用于感测对象的电容式感测方法，其中该电容式感测方法包括以下步骤-由电荷提供单元在对象的感测部位处提供永久电荷，-通过由电容式传感器的感测电极在对象的感测部位处电容性地感测对象来产生感测信号。在本发明的又一方面中，提出了一种用于感测对象的计算机程序，其中该计算机程序包括程序代码模块，该程序代码模块用于使如在权利要求4中限定的电容式感测装置执行以下步骤当计算机程序在控制电容式感测装置的计算机上运行时，-通过由电容式传感器的感测电极在对象的感测部位处电容性地感测对象来产生感测信号，在该对象的感测部位处由电荷提供单元提供永久电荷，-由属性确定单元根据所产生的感测信号来确定对象的属性。应当理解的是，权利要求1的电容式感测系统、权利要求5的电容式感测方法以及权利要求6的计算机程序具有如在从属权利要求中限定的类似和/或相同的优选实施例。应当理解的是，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求与各自的独立权利要求的任意组合。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将是显而易见的并且变得清楚。在以下的图中图1示意性并且示例性地示出一种用于感测对象的电容式感测系统；图2示意性并且示例性地示出另一种用于感测对象的电容式感测系统；图3示意性并且示例性地更详细地示出电容式感测系统的电路
图4示意性并且示例性地示出由电容式感测系统产生的感测信号；以及图5示例性地示出对用于感测对象的电容式感测方法进行说明的流程图。
具体实施例方式图1示意性并且示例性地示出一种用于感测对象的电容式感测系统的实施例。电容式感测系统1包括电容式传感器2和电荷提供单元4。电容式传感器2包括用于通过在对象3的感测部位6处电容性地感测对象3来产生感测信号的感测电极5。电荷提供单元 4被配置为在对象3的感测部位6处提供永久电荷。电容式感测系统1被配置为感测人或动物的身体以确定身体3的生理属性。例如，如果人或动物位于椅子或床上，则电容式感测系统1被配置为透过衣料感测身体3。这允许例如当人在睡眠时对与健康有关的参数进行监测。在图1示出的实施例中，电荷提供单元4为驻极体箔。驻极体箔4被配置为附着到人或动物的身体3上，或者附着到被优先耦合到该身体的其他对象上，如衣料、椅子、床等。 感测部位6处的驻极体箔4确保了在感测部位6处的可靠并且随时间恒定的静电荷。
驻极体箔包括附着装置，该附着装置附着到身体3或者附着到上文示例性地提及的被优先机械耦合到该身体的其他对象。附着装置例如为粘着装置、捆扎装置，或者其可以是用于将驻极体箔附着到该身体或者附着到上文提及的被优先耦合到该身体的其他对象的任何其他装置。驻极体箔4为永久性带电材料，该永久性带电材料意味着无需外部偏置并且电荷不将随着时间而消失。驻极体箔4的尺寸被配置为适合于要被感测的区域的尺寸，例如，如果仅小的肌群必须被感测，则驻极体箔4可以具有较小的尺寸，并且如果例如为了探查呼吸必须对上胸部进行感测，则驻极体箔4的尺寸可以较大。电容式传感器2包括将在下文参考图3进一步示例性地描述的电极5和电子设备 7。因为由在感测部位6处的驻极体箔4提供永久数量的静电荷，所以感测部位6相对于感测电极5的运动，即永久数量的静电荷相对于感测电极5的运动，产生由感测电极5 和具有驻极体箔4的对象3形成的电容器的电容改变，以及由此产生主要由该相对运动引起的感测信号的改变。电容式感测系统1还包括用于根据产生的感测信号(特别是根据产生的感测信号的变化)来确定对象3的属性的属性确定单元12。在该实施例中，驻极体箔4在人的胸部处耦合到身体3。身体3的胸部的运动大体上由呼吸和心脏活动引起。属性确定单元12优先被配置为通过使用频率滤波技术来将由心脏活动引起的感测信号的变化和由呼吸引起的感测信号的变化区分开。例如，为了取出由心脏活动引起的感测信号的变化，可以使用对在IHz和30Hz之间的频率进行滤波的频率滤波器，并且为了取出由呼吸引起的感测信号的变化，可以使用对在0. IHz和IHz之间的频率进行滤波的频率滤波技术。在一个实施例中，属性确定单元被配置为确定心跳的时间位置，并且被配置为利用这些时间位置来确定心率。可替代地或附加地，属性确定单元可以被配置为根据被优先滤波的所产生的感测信号的变化来确定呼吸率。例如，可以通过检测示出感测信号的大变化的第二区域M的时间位置来确定心跳的时间位置，在图4中示例性地示出了该感测信号的大变化并且将在下文对其进行进一步更详细地解释。呼吸率可以例如被确定为感测信号的基本振荡的频率。在其他实施例中，附加地或可替代地，属性确定单元可以被配置为根据感测信号的变化来确定对象的另外的属性。例如，属性确定单元可以被配置为确定肌肉的机械活动和从对象出现的其他机械振动。属性确定单元还可以被配置为确定对象其他类型的运动， 特别是，可以根据感测信号的变化来确定整个对象或手臂、腿或头部的运动。图2示意性并且示例性地示出了电容式感测系统的又一实施例。图2中示出的电容式感测系统11还包括电容式传感器2和电荷提供单元。电容式传感器2包括用于通过在对象的感测部位6处电容性地感测对象3来产生感测信号的感测电极5。电荷提供单元包括电压源8和附着到对象3的导电元件9，其中电压源8连接到该导电元件9以用于提供永久静电荷。在该实施例中，导电元件9是导电箔。该导电箔9也被配置为适合于对象的要被感测的区域的尺寸。在一个实施例中，电压源8为高压发生器。在可替代的实施例中，电容式传感器(即探查电路)达到大于对象(该对象优先接地)的电势的电势。同样以该方式，可以在对象的感测部位处提供永久电荷，其中提供大的永久偏置以产生放大的感测信号，该放大的感测信号表示感测电极与对象之间的运动。图3示意性并且示例性地示出电容式感测系统的实施例，其中更加详细地示出了可能的电子电路。图3在左侧示意性并且示例性地示出了包括例如为ECG信号的生物电信号源Vbio 的身体3。在例如为身体3的胸部的参考部位6处，驻极体箔4提供永久电荷。身体3以电容Cbp电容性地耦合到电力网13，并且以电容Cbe电容性地耦合到地16。在图3的右侧，示意性并且示例性地示出了电容式传感器2的电路7。电容式传感器2包括以距离d电容性地耦合到身体3的电极5、偏置电阻器Ri和具有输入电容Ci的缓冲放大器22。优先地，通过使用中和技术(如在W02005/018041A2中描述的中和技术)来消除输入电容C”电容式传感器2提供输出信号OUT，该输出信号OUT是由电容式传感器2 产生的感测信号。电路基准Com以电容Cre电容性地耦合到地20，使得身体3也经由Cbe和 Cce电容性地耦合到该电路基准。在图4中示意性并且示例性地示出了由电容式传感器2产生的感测信号。图4依据以秒s计的时间t来示出以伏特V计的幅值A。在第一区域23中，感测信号的变化表示 ECG信号。接下来的第二区域M示出了由驻极体箔4相对于电极5的运动引起的感测信号的大得多的变化。因而，驻极体箔4产生了感测信号的强放大。基于在第二区域M中感测信号的这些变化，属性确定单元12可以确定对象3的属性。电荷提供单元，即例如提供永久电荷的驻极体箔4或者与导电元件9连接的电压源8，在身体3和电极5之间提供了 DC偏置，并且由此将表示身体机械运动(即表示在身体和电极之间的距离变化)的感测信号进行放大。应当注意的是，在图4中假设人已经屏住呼吸，即在图4中忽略了呼吸运动。然而， 在其他实施例中，也可以由呼吸或其他影响引起感测信号的变化。属性确定单元优先被配置为使用频率滤波器来将预期影响从所产生的感测信号和/或所确定的距离变化中滤出。电容式感测系统可以被用于远程感测至关重要的体征，如心跳、呼吸等。电容式感测系统优先允许不显眼地，特别是透过隔离物感测心跳和/或呼吸。电容式感测系统的至少部分(特别是电容式传感器)由此被集成到床或车上。床是用于监测与健康有关的参数的理想地方，这是因为睡眠是我们日常生活的一部分。此外，床是人平均一天休息八个小时的地方，环境条件和生理条件非常稳定，因此可以产生具有较少运动伪影的信号。图5示出了流程图，该流程图示例性地说明用于感测对象3的电容式感测方法的实施例。在步骤101，由电荷提供单元(即例如通过将驻极体箔4或电连接到电压源8的导电元件9附着到身体幻在对象3的感测部位6处提供永久电荷。在步骤102，通过由电容式传感器2的感测电极5在感测部位6处电容性地感测对象3来产生感测信号。在步骤103，属性确定单元12根据所产生的感测信号来确定对象3的属性。在其他实施例中，步骤103可以省略，其中电容式感测方法产生表示对象与电极之间的距离变化并由此表示对象的运动的感测信号。
如果电压源8与导电箔9 一起被用于在身体3上提供永久静电荷，则电压源8优先被如此配置，使得不超过最大电压，其中该最大电压被如此选择，使得导电箔附着的人不会受到不利的影响。虽然在上文描述的实施例中已经将驻极体箔和与导电箔组合的电压源描述为电荷提供单元，但是在其他实施例中，可以使用用于提供永久电荷的其他装置。虽然在上文描述的实施例中，在人的身体上提供永久静电荷以产生表示人胸部运动的感测信号，但是在其他实施例中，可以确定人身体的其他部分的运动或者人的整个身体的运动。此外，可以确定动物身体的部分的运动或整个身体的运动。也可以通过使用电容式感测系统来确定如技术对象等其他对象的运动。通过对附图、说明书和所附权利要求书的研究，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实施所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，术语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一个”或“一种”并不排除多个或多种。单个单元或设备可以实现在权利要求中叙述的多项功能。在相互不同的从属权利要求中叙述了某些手段这一事实并不表示这些手段的组合不可以被使用以便获得优点。如由距离变化确定单元执行的距离变化的确定和由属性确定单元执行的对象属性的确定之类的确定可以由任何其他数量的单元或设备来执行，例如仅由单个单元或者由多于两个的单元来执行。根据所产生的感测信号确定对象的属性和/或根据电容式感测方法控制电容式感测系统可以被实施为计算机程序的程序代码模块和/或专用的硬件。计算机程序可以被存储/分布在诸如光学存储介质或固态介质等适当的介质上， 该适当的介质与其他硬件一起被供应或者该适当的介质作为其他硬件的一部分而被供应， 但是计算机程序也可以以诸如经由互联网或者其他有线或无线远程通信系统等其他形式而分布。权利要求中的任何附图标记不应被理解为对保护范围的限制。
权利要求
1.一种用于感测对象的电容式感测系统，所述电容式感测系统(1 ；11)包括-电荷提供单元G ；8，9)，所述电荷提供单元G ；8，9)用于在所述对象(3)的感测部位 (6)处提供永久电荷，-包括感测电极(5)的电容式传感器O)，所述感测电极( 用于通过在所述对象(3) 的所述感测部位(6)处电容性地感测所述对象( 来产生感测信号。
2.根据权利要求1所述的电容式感测系统，其中，所述电荷提供单元包括附着到所述对象⑶以提供所述电荷的驻极体G)。
3.根据权利要求1所述的电容式感测系统，其中，所述电荷提供单元包括电压源(8)和附着到所述对象C3)的导电元件(9)，其中所述电压源( 连接到所述导电元件(9)以提供所述永久电荷。
4.根据权利要求1所述的电容式感测系统，其中，所述电容式感测系统(1；11)还包括用于根据所产生的感测信号来确定所述对象(3)的属性的属性确定单元(12)。
5.一种用于感测对象的电容式感测方法，所述电容式感测方法包括以下步骤-由电荷提供单元G ；8,9)在所述对象(3)的感测部位(6)处提供永久电荷，-通过由电容式传感器O)的感测电极( 在所述对象(3)的所述感测部位(6)处电容性地感测所述对象( 来产生感测信号。
6.一种用于感测对象的计算机程序，所述计算机程序包括用于使根据权利要求4所述的电容式感测装置(1 ;11)执行以下步骤的程序代码模块当所述计算机程序在控制所述电容式感测装置(1 ；11)的计算机上运行时，-通过由电容式传感器⑵的感测电极(5)在所述对象(3)的感测部位(6)处电容性地感测所述对象( 来产生感测信号，电荷提供单元G ；8,9)在所述对象(3)的所述感测部位(6)处提供永久电荷，-由属性确定单元(1 根据所产生的感测信号来确定所述对象(3)的属性。
全文摘要
本发明涉及用于感测对象的电容式感测系统(1)。电容式感测系统(1)包括如驻极体箔之类的电荷提供单元(4)，其用于在对象(3)的感测部位(6)处提供永久电荷；以及电容式传感器(2)，其包括用于通过在对象(3)的感测部位(6)处电容性地感测对象(3)来产生感测信号的感测电极(5)。通过在对象(3)的感测部位(6)处提供永久电荷，有意地优先使对象(3)与电容式传感器(2)的感测电极(5)之间的偏置变大，从而增加对机械运动的灵敏度。大体上由在对象(3)和感测电极(5)之间的这些机械运动引起的作为结果的感测信号通常大于大体上由电生理场产生的信号。
文档编号A61B5/11GK102458239SQ201080024468
公开日2012年5月16日 申请日期2010年5月31日 优先权日2009年6月5日
发明者B·费德斯, M·穆夫塔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司