非接触式心电图测量传感器和传感器阵列及座椅或沙发的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于对人体的非接触式心电图测量的传感器，包括至少一个导电平面电极(24)，该电极包括面对人体的测量面(25)以及背离人体并与测量面(25)相对地安置的连接面(26)。用于连接测量装置的电终端接触器(37)布置于连接面(26)的相对处，并且二者之间有一定的距离，其中连接面(26)仅能通过施加于测量面(25)并沿终端接触器(37)方向作用的压力与终端接触器(37)电连接。而且，本发明涉及用于对人体的非接触式心电图测量的车辆用传感器阵列以及座椅或沙发。
【专利说明】非接触式心电图测量传感器和传感器阵列及座椅或沙发
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于对人体的非接触式心电图测量的传感器。而且，本发明还涉及配备了多个传感器的传感器阵列，以及配备了传感器阵列的车辆座椅或沙发。
【背景技术】
[0002]通过心电图传感器测量人体的皮肤上的电势或者电场强度构成了许多医学诊断方法的基础。以举例的方式，通过这种方式可以从所测量的电势记录心电图(ECG)或者确定心率。
[0003]在用于测量皮肤上的电势的传统测量方法中，电势通过直接与皮肤表面电接触的电极获得。由此，在皮肤(一方)与电极(另一方)之间建立起导电连接。但是，在此过程中，要电极与皮肤并进而与被检验的人体之间保证足够好的电接触常常是非常困难的。而且，这样的诊断方法还越来越多地用于与被检验人体的肌肤无直接接触的应用领域，例如，在用于监测在车辆座椅或沙发上的车辆乘员的身体机能和/或生命参数的车辆应用中。
[0004]例如，专利文献US 7684854B2公开了一种对人体的非接触式心电图测量的传感器。在这种情况下，人可以位于椅子上、床上或车辆座椅上。可以从穿有衣服的人员身体上记录心电图，无需与皮肤的直接接触。传感器包括导电的平面电极，该电极具有面向人体的测量面以及背离人体并与测量面相对地安置的连接面，该连接面与前置放大器电连接。传感器的电极以及前置放大器被护罩包围。
[0005]专利EP 2532306A1公开了另一种用于记录人体心电图的无接触传感器。该传感器包括导电电极以及与电极电连接并配置用于放大由电极所记录的信号的检测装置。该传感器布置于车辆座椅内，并确立坐于车辆座椅上的驾驶员的特定生理参数。
[0006]专利文献DE 202012001096U1公开了一种用于电容式地获得车辆驾驶员生命参数的电容传感器。为此，传感器附接在车辆座椅的靠背内或者其上。根据一个实施例，特别提出将传感器布置于座椅的椅背内或者其上，传感器分成相互间隔开与驾驶员的脊柱宽度对应的距离的两排。在每一排中，面积为16-36cm2的传感器以彼此间l-5cm的相等距离布置。在另一个实施例中，两个彼此隔开与脊柱对应的距离且宽度在4-lOcm的薄膜传感器布置于座椅的整个高度内，而不是彼此分离的两排、以l_5cm的距离分布于座椅的整个高度内的传感器。
[0007]而且，专利文献DE 102008049112A1公布了一种用于测量人体身体机能和/或生命参数的电容织物电极，其用于车辆应用，例如放在座椅或沙发内，该电极具有多层设计。其包括两个织物层，每个织物层都设有导电电极区域，其中，配备有另一个织物层用于在所述两个织物层之间确立间隔。
[0008]在车辆应用中，为了从已知的用于对人体的非接触式心电图测量的传感器或传感器装置/传感器阵列获得可靠并且稳定的信号，重要的是，传感器由人员的待检测身体或身体区域最好是完全覆盖，传感器与被检验人体之间的距离应确保尽可能的小。具有距例如被检验人体的背部的大距离的那些电极通常产生质量差甚至不可用的信号。因此，原则上可尝试将传感器放置于例如座着或躺着的面上，其中，可预期就坐于座椅或沙发上的人体与座椅或沙发之间有尽可能好的接触。在整个范围内使用更多的电极以提高这些电极与被检测人体之间的接触同样可行。但是，随着传感器数量的增加的电极面积减小可能导致传感器灵敏度降低。以举例的方式，进一步的选择也可以包括利用较大电极面积。但是在人体小或瘦的情况下，这使得被被检验人体不能覆盖整个电极区域，因此与人体之间没有接触，可能也会导致增加对错误的易感性。
【发明内容】
[0009]在这样的背景下，本发明是基于说明一种优选在车辆应用中用于对人体的非接触式心电图测量的传感器、传感器阵列以及座椅和/或沙发的目标，利用这种手段可以得出关于人体的身体机能和/或生命参数的可靠表述，即在任何时候都能提供高信号质量的可靠的信号。
[0010]这个目标通过具有以下技术特征的传感器、传感器阵列以及座椅或沙发来实现。以下还披露了本发明的特别有利的配置。
[0011]需要指出的是，权利要求中单独提到的技术特征可以以任何技术上有利的方式彼此结合，并呈现出本发明的进一步实施例。对本发明的描述尤其结合附图附加地表征和详细说明了本发明。
[0012]根据本发明，用于对人体的非接触式心电图测量的传感器包括:至少一个导电平面电极，该电极包括面对人体的测量面以及背离人体并与测量面相对地安置的连接面。在本发明中，“非接触”应理解为电极的测量面不直接与被检验人体的皮肤接触的意思。以举例的方式，在被检验人体与电极的测量面之间可以有衣物用品。
[0013]根据本发明，用于连接测量装置的电子终端接触器与接触面相对地安置并与之有一定的距离。在本发明内的意思中，测量装置应该理解为适用于处理(例如放大)由电极以任何形式记录的测量信号的任何装置，例如以电子电路的形式。
[0014]根据本发明，连接面仅能通过施加到电极测量面并且沿终端接触器方向作用的压力与终端接触器电连接。也就是说，只要沿终端接触器方向作用于电极测量面的压力不足以建立电连接，那么电极与终端接触器之间就没有电连接，进而也没有信号从电极传输到测量装置。因此，总是可以确保只有当凭借被检验人体将与传感器位置相对应的身体部分压向传感器使传感器与被检验人体之间有充分的接触时传感器才可以自动向测量装置提供信号。如果在传感器与被检验人体之间不存在这样的接触，即由测量面记录的信号很可能是不正确进而不可用的信号，那么根据本发明的传感器不向测量装置提供信号。因此，由于传感器在任何时候都能提供高信号质量的可靠的信号，即来自电极的可用的测量信号或者是没信号，从而可以得出关于人体的身体机能和/或生命参数的可靠表述。
[0015]根据本发明的一个有利的实施例，电开关接触器布置于连接面与终端接触器之间并且在二者之间建立电连接。此处，电开关接触器配置为，由电极测量面上的压力引起的电极连接面向终端接触器接近使得建立起电连接。为此，原则上可以采用任何能够在连接面靠近终端接触器时闭合电极接触面与终端接触器之间的电接触的传统开关接触器。
[0016]本发明的另一个有利的实施例，其就生产而言尤其简单，规定开关接触器包括刚性接触针，该针的长度沿从电极的接触面到终端接触器的方向延伸。此处，接触针可以紧固于电极的接触面上或终端接触器上。以这种方式，电极接触面与终端接触器之间的电连接在电极测量面的预定压力以上建立，取决于接触针的长度以及电极接触面与终端接触器之间的无压力距离。
[0017]本发明的另一个有利的实施例规定开关接触器包括接触针，接触针的长度沿从电极的连接面到终端接触器的方向延伸，其中可以对抗作用于接触针的弹簧力使其长度缩短。以举例的方式,接触针可以由至少两个接触套组成,两个接触套一个位于另一个之内，可以对抗弹簧力的作用使一个接触套相对于另一个移位或缩短。换言之，即使是在电极的连接面与终端接触器之间建立起电连接之后，开关接触器的接触针也可以通过对抗作用于接触针上的弹簧力而缩短。因此，根据施加于电极测量面的压力，即使已经建立电连接，也可以实现电极到终端接触器的进一步靠近。
[0018]根据本发明的另一个有利的实施例，每个传感器上设有多个电极。此处，传感器的每个电极能够形成较大的复合整体电极表面，其是由每个较小的电极的总量来限定的并由各个电极分段。这个实施例本质上的有利之处在于采用这种方式整个电极表面中只有由被检验人体向各电极测量面施加了足够高压力的电极区域才能自动提供测量信号。反过来，其他电极区域不提供测量信号。
[0019]根据本发明的另一个有利的实施例规定，多个电极在不同情况下具有大约为lcm2-16cm2的测量面积，优选地约为4cm2，并且以彼此间距小于约Icm的矩阵的形式布置，优选地小于5mm。相应的，由单独电极的总和所限定的整体电极表面可细分为相对较小的电极区域，其可以在相应的电极测量面上有足够的压力的情况下自动提供可靠的测量信号。除了以矩阵的布置方式，传感器也可以采用其他的形式布置，例如，螺旋形，圆形或随机的。
[0020]根据本发明的另一个有利的实施例，在电极连接面与终端接触器之间插有可压缩中间材料层。因此，在电极连接面与终端接触器之间建立电连接的所需预期压力可以基于可压缩中间材料层准确设定。而且，可压缩中间材料层在无压力状态时可以确保电极连接面与终端接触器之间的距离准确限定。
[0021]根据本发明的传感器阵列包括至少两个上述类型的根据本发明的传感器。从本发明的意义而言，传感器阵列应理解为多个所述传感器的任何类型的排列。
[0022]根据本发明的有利的实施例，这些传感器被布置成隔开的两排，其中，在每一排中，多个传感器分别以彼此间距小于约Icm——特别是小于约5_——的矩阵状方式布置，每个传感器具有约lcm2-16cm2的测量面，优选的约4cm2。相应的，用于传感器阵列的相对小的传感器可以实现密集排列，就总体而言其可以覆盖相对较大的区域，其中，在应用时，只有施加于测量面的压力足够大以及与被传感器阵列检验的人体之间的接触足够好的那些传感器才会自动向各测量装置提供测量信号。
[0023]根据本发明，车辆中的座椅或沙发包括至少一个根据本发明的上述类型的传感器阵列，其用于对就坐于座椅或沙发上的人体的非接触式心电图的测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]本发明的进一步特征或优点从本发明的示例性实施例的下述说明中表现出，其不该解释为限制并在以下结合附图进行具体描述。在附图中:
[0025]图1示意性示出了现有技术中的用于车辆的传感器阵列和座椅；
[0026]图2示意性示出了根据本发明的第一个实施例的传感器的截面图；
[0027]图3示意性示出了根据本发明的另一个实施例的传感器的截面图；以及
[0028]图4示意性示出了根据本发明的实施例的车辆传感器阵列和座椅。
[0029]附图标记列表:
[0030]20传感器阵列
[0031]21 座椅
[0032]22人体，身体
[0033]23传感器
[0034]24 电极
[0035]25测量面
[0036]26连接面
[0037]27测量装置
[0038]28绝缘体
[0039]29 衣服
[0040]30 护罩
[0041]31前置放大器
[0042]32仪表放大器
[0043]33过滤和放大单元
[0044]34 Α/D 转换器
[0045]35计算机
[0046]36传感器
[0047]37终端接触器
[0048]38开关接触器
[0049]39接触针
[0050]40中间材料层
[0051]41传感器
[0052]42接触针
[0053]43 电线
[0054]44传感器阵列
[0055]45 座椅
【具体实施方式】
[0056]在各图中，同样的部分总是采用同样的附图标记，因此通常只对其进行一次描述。
[0057]图1示意性的示出了根据现有技术用于对人体22的非接触式心电图测量的用于车辆的传感器阵列20以及座椅21。可以辨别出传感器阵列包含以3X2的矩阵安置于车辆座椅的靠背内的六个传感器23的矩阵状排列,其中的每一个传感器都具有导电平面电极24。而且，另一个电极安置于车辆座椅21的座位区域内，此处还应用了电路参考电势。
[0058]每一个电极24包括面向人体22或其身体的测量面25，以及背离人体并且与测量面25相对地安置的连接面26，其用于与测量装置27连接。如图1所示出的，各电极24的测量面25不直接与被检验人体22的皮肤接触。相反，在图1中，绝缘体28应用于每个电极24的测量面25上。而且，人体所穿的衣服29也可以位于被检验人体22与测量面25之间。
[0059]图1中示出的测量装置27包括每一个传感器23的一个前置放大器31，其由护罩30包围。而且，仪表放大器32将传感器23的电极24记录的测量信号放大；随后是过滤和放大单元33以及数模转换器(Α/D转换器)34。Α/D转换器输出的数字测量信号随后进一步以适当的方式利用例如数字计算机35进行处理。Rbias为偏压电阻。
[0060]图2示意性地示出了根据本发明的第一实施例的对人体的非接触式心电图测量的传感器36的截面图。图2中示出的传感器36包括导电平面电极24，其包括面对人体的测量面25以及以及背离人体并且与测量面25相对地安置的连接面26。用于连接测量装置(图2中未示出)的电终端接触器37与连接面26相对地安置并与之保持一定距离。如图2中虚线所示，电极24的连接面26可以利用施加于测量面25的压力沿终端接触器37的方向移动。此处，连接面26可以通过置于连接面26与终端接触器37之间的开关接触器38与终端接触器37电连接。
[0061]如图2所示的示例性实施例所示,开关接触器38大体上具体化为实质刚性的接触针39的形式，该接触针的长度沿从电极24的接触面26到终端接触器37的方向延伸。一旦作用于电极24的测量面25的沿终端接触器37方向的压力足够高，接触针39便在测量面26与终端接触器37之间建立起电连接。由电极24记录的测量信号随后传输至与终端接触器37电连接的测量装置(此处未示出)。在电极24的测量面25上的压力不足的情况下，开关接触器38打开，这样测量信号不再传输至测量装置。
[0062]在图2所示的传感器36的示例性实施例中，为了能准确地限定以及预设闭合开关接触器38所需的压力以及连接面26与终端接触器37之间的距离，可适当压缩的中间材料40插于电极24的连接面26与终端接触器37之间。在开关接触器38的区域内，中间材料层40包括与开关接触器38相对应的凹槽。
[0063]图3示意性示出了根据本发明的另一个实施例的传感器41的截面图。其与图2所示的实施例的本质区别包括开关接触器38的构造。在图3所示的实施例中，开关接触器38包括接触针42，其长度沿从电极24的连接面26到终端接触器37的方向延伸，其中可以对抗作用于接触针42上的弹簧力缩短该长度。以举例的方式，接触针可由两个接触套构成，其中一个布置于另一个之内，对抗弹簧力的作用可以使一个接触套相对另一个移位或压缩。换言之，即使是在电极24的连接面26与终端接触器37之间建立电连接之后，开关接触器38的接触针42也可以通过对抗施加于接触针42上的弹簧力而压缩。因此，即使已经建立起电连接，根据施加于电极24的测量面25上的压力也可以实现电极24向终端接触器37的进一步接近。
[0064]而且，从图3中可以分辨出用于将测量装置(此处未示出)连接到终端接触器37的电线43。
[0065]图4示出了根据本发明的一个实施例用于车辆中对人体22的非接触式心电图测量的传感器阵列44以及座椅45。如不例性的实施例所不,布置于车辆座椅45的靠背内的传感器阵列44包括两个长形的传感器46，其彼此分开一段距离布置并且各由以3x15的矩阵布置的多个电极24形成。在不同情况下各电极24具有约4cm2的测量面并且以类似矩阵形式以彼此少于约5cm的距离隔开布置。图4中还示出，根据坐于车辆座椅内的人当前施加在电极上的压力，多个电极24中只有一些是有活跃的，即与各测量装置(此处未示出)电连接，然而各传感器46的剩余的电极24是不活跃的，并且相应的与相关的测量装置没有电连接。因此，施加有足够高的用于在电极24的连接面与终端接触器之间建立电连接的压力的那些电极24总是自动地活跃。由于与被检验人体之间的接触足够好，这些电极24向相关的测量装置提供了可用的测量信号，剩余的施加的压力太低的电极24或者没有压力的电极不向测量装置提供测量信号。
[0066]根据本发明的传感器、传感器阵列、以及座椅或沙发根据附图中示出的多个示例性实施例已经进行了详细地解释。但是，所述传感器、传感器阵列、以及座椅或沙发并不限于本发明所述的实施例，也包括具有相同效果的其他实施例。
[0067]在优选的实施例中，根据本发明的传感器、传感器阵列以及座椅或沙发用于在车辆中、尤其是机动车辆中对人体的非接触式心电图测量。
【权利要求】
1.一种用于对人体的非接触式心电图测量的传感器，包括至少一个导电平面电极(24)，该电极包括面对人体的测量面(25)以及背离人体并与测量面(25)相对地安置的连接面(26)，其特征在于， 用于连接测量装置的电子终端接触器(37)与连接面(26)的相对地设置并且二者之间有一定的距离，其中，连接面(26)仅能通过施加于测量面(25)上并沿终端接触器(37)的方向作用的压力与终端接触器(37)电连接。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，电开关接触器(38)布置于连接面(26)与终端接触器(37)之间并且在二者之间建立电连接。
3.如权利要求2所述的传感器，其特征在于，开关接触器(38)包括刚性接触针(39)，接触针(39)的长度沿从电极(24)的连接面(26)到终端接触器(37)的方向延伸。
4.如权利要求2所述的传感器，其特征在于，开关接触器(38)包括接触针(42)，接触针(42)的长度沿从电极(24)的连接面(26)到终端接触器(37)的方向延伸，其中可以对抗作用于接触针(42)上的弹簧力缩短接触针的长度。
5.如上述任一项权利要求所述的传感器，其特征在于，包括多个电极(24)。
6.如权利要求5所述的传感器，其特征在于，多个电极(24)具有约lcm2-16cm2的测量面，优选地约为4cm2，并且以彼此距离少于约Icm的矩阵状形式布置，优选地少于约5mm。
7.如上述任一项权利要求所述的传感器，其特征在于，在电极(24)的连接面(26)与终端接触器(37)之间插有可压缩中间材料层(40)。
8.—种传感器阵列，其特征在于，包括至少两个如上述权利要求中任一项所述的传感器(36、41、46)ο
9.如权利要求8所述的传感器阵列，其特征在于，传感器(36、41)布置为分开的两排，其中，在每一排中，多个传感器各以彼此相距少于约Icm的矩阵状形式布置，优选地少于5mm,每个传感器具有约lcm2_16cm2的测量面,优选地约为4cm2。
10.一种车辆座椅或沙发，其特征在于，包括至少一个如权利要求8或9所述的用于对处在座椅上或沙发上的人体的非接触式心电图测量的传感器阵列(44)。
【文档编号】A61B5/0408GK104510465SQ201410502940
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】本杰明·艾勒布雷希特, 吉荣·莱姆, 马塞尔·马西森, 阿奇姆·林德纳, 雷纳·沃格特, 马里安·沃尔特, 斯蒂芬·莱昂纳特 申请人:福特全球技术公司