专利名称：电极排列的制作方法
技术领域：
本发明涉及基本上基于织物的电极的性能改善。
背景技术：
WO-A-01/02052涉及一种衣服，包含至少两个区域；其中一个区域由电绝缘线形成，而另一个区域由一条或多条电导线形成。包含电导线的区域将用作与身体接触的电极表面。因此包含电导线的区域位于接触身体皮肤的衣服内侧。WO-A-01/02052描述可以在包含电导线的区域和皮肤之间使用导电凝胶，以帮助导线和皮肤之间的电接触。出于许多原因，这种凝胶并不总是希望引进到电极和皮肤之间，总之人们并不总是喜欢在纺织品上涂抹液体或凝胶。
在对适合于穿用者的基于纺织品的电极(例如WO-A-01/02052中的电极)所进行的试验表明，基于纺织品的电极的导电部分和穿用者放置电极的皮肤之间的电阻之高足以导致难于探测对应于穿用者的心跳的电信号。这些信号是可用于产生心电图的信号类型。当对可存在于电极导电部分中的导电材料的百分比设置上限时，由于通过制造过程强行施加限制的原因，或者由于对导电部分的触觉或其他物理特性的不利影响的原因，这无助于在检测这些电信号中存在的困难。
发明内容
本发明的一个目的是相对于不具有本发明的优点的基于织物的电极，提供一种具有改善性能的实质上基于织物的电极排列。
根据本发明的一个方面，提供了一种织物电极排列，该织物电极排列的第一表面用于覆盖到哺乳动物的皮肤上，其中所述织物电极排列包括至少一部分基本上防潮的材料，所述材料位于所述第一表面上。
由于该至少一个部分材料基本上是防潮水的，因此在穿用者皮肤上放置该材料将限制材料下的可以呼吸的皮肤总量。在使用该电极排列的过程中，将该至少一部分材料置于穿用者的皮肤上，由于限制了皮肤可以呼吸的程度，所述材料促进了皮肤和该材料部分之间排汗的聚集。人们从他们的皮肤自然分泌汗液，而当人们进行活动导致分泌以及该至少一部分材料在其自身和皮肤之间收集汗液时，便不再是自然分泌了。水分或汗液的存在减少了皮肤和材料部分之间存在的电阻，因此反过来减少了皮肤和电极排列之间的电阻。电阻的减少使得与穿用者的身体相关联的电信号的检测更有效，例如对应于穿用者的心跳、可用于产生心电图的电信号。检测效率的增加使得可以在更多样的条件下对电信号更可靠的测量，因此改善了测量的可靠性，简化了在其他方面可能无法成功测量的环境中的信号测量，或者可以采用灵敏度较低、成本低的测量设备。
当将电极排列使用在健康测量设备、运动训练辅助设备、练习设备以及其他如使用者要进行身体行使之类的设备中或与它们结合使用时，本发明的电极将有助于使用者信号的检测更有效，特别是在行使的初级阶段中。实验表明WO-A-01/02052中主要描述的基础针织电极(basicknitted electrode)不能同样在使用者活动的初级阶段执行，而是当使用者开始明显感觉到出汗，从而润湿基础电极并减小基础电极和穿用者皮肤之间的电阻时，才可以更好的执行。因此，当电极排列要用于监测没有运动的患者时，本发明的电极排列在WO-A-01/02052所主要描述的基础针织电极不能监测使用者信号时，也可以进行检测。
此外，申请人已经发现在拉伸或弯曲织物电极过程中产生变形时，基于织物的电极会产生电噪声。在本发明的电极情况下，通过减少皮肤和电极排列之间的电阻，而可能获得的电信号有效检测的增加，有助于避免或减少这种导致不期望的使用者电信号屏蔽的噪声影响或其他对检测这种信号的干扰，所述干扰将在以后的过程中干扰信号处理设备。
任选的，将所述至少一部分材料直接放置在所述第一表面上。另外，其它材料的一个或多个中间层可以安排在该部分和所述第一表面之间。
任选的，可将所述至少一部分材料粘合到所述第一表面。可结合使用粘接剂，或者不需要其他更多的粘接材料进行粘合。
优选地，所述材料是可机械变形的。因此，该至少一部分材料可以与电极排列的第一表面同时弯曲。
所述材料在每平方(per square)上具有不到500欧姆的电阻率。
然而，一个重要特性是跨越材料厚度的电阻，也就是与使用者皮肤相接触的表面和与织物电极的第一表面相接触的表面之间的尺寸。理想的是这种电阻尽可能的低，但是几十欧姆到几百欧姆之间的值也是尚可的。通常将厚度约为几毫米。
在一种可选的实施方式中，所述材料是载有导电材料的硅橡胶。该导电材料可以是碳黑或银粉。
在一种优选排列中，该至少一部分或多个这种部分共同占据将要覆盖到皮肤上的第一表面区域的五分之一到二分之一之间的部分。
通常希望该至少一部分材料或多个这种部分的存在不会减损织物电极的固有优点；这包括电极是可变形的，具有机械弹性，并且可允许穿用者的皮肤进行呼吸，以使使用者感到舒适。对于上述最后一个优点来说，该至少一部分材料降低了皮肤的呼吸能力，因此需要对第一表面上由该部分或多个该部分材料占据的区域进行选择，使得提供电极排列使得在通常允许皮肤呼吸和促进汗液聚集两者达到良好的平衡以在皮肤和电极之间减少电接触电阻。
所述电极可以是一种针织结构或是一种编织结构。因此，通过适当材料的选择，电极可制成适于使用者穿用，并同时向由电极覆盖的皮肤提供一个合理的呼吸度。
所述电极可以与衣服作为一个整体，这可以使得衣服和电极能够以节省成本的方式大量生产。此外，与衣服一起作为一个整体的电极也允许制成低档品或高档品。
根据本发明的第二个方面，提供了一种包括织物电极排列的纺织物品。
根据本发明的第三个方面，提供一种包括织物电极排列的可穿用物品。
根据本发明的第四个方面，提供了一种包括织物电极排列的衣服，该织物电极排列展示覆盖到哺乳动物皮肤的第一表面，其中所述织物电极排列包括至少一部分基本上防潮的材料，所述材料位于第一表面上。
本发明的这些和其他方面均体现在附加的权利要求中，并在此结合参考。
结合附图中的图将详细描述本发明，其中图1示出了根据本发明制成的电极排列第一实施例；图2示出了安置在穿用者身上的本发明的电极排列以及电阻测量设备的示意性排列。
图3示出了与穿用者皮肤相接触的电极排列中跨越两个电极的电阻测量图；以及图4a-4c示出了根据本发明制成的电极排列的另一个实施例。
具体实施例方式
应该注意到，附图是用作图解的，并不是按比例制图。为了图的清楚和方便，相关尺寸和部分图的比例是以放大或减小尺寸示出的。在不同的实施例中相同的参考标记通常用于涉及相应或相似的特征。
织物电极排列10的第一说明实施方式示出在纺织物品11(部分示出)上，该电极排列包括展示为第一表面13的导电电极部分12，以及安置在第一表面13上的一部分材料14。第一表面13和材料14将在电极使用的过程中与穿用者的皮肤接触。该部分材料14是充分不透潮且可导电的。在本例中，该部分材料14包含装有碳黑的硅橡胶。该部分材料14厚为1.2mm，具有在电极使用过程中出现在穿用者皮肤上的0.035m2的表面区域，并且每平方上的电阻为120欧姆。
理想地，在跨越该部分材料14的厚度所测量的电阻应尽可能的低，可以是约几十欧姆或更低，但理想地应低于200欧姆左右。所述的厚度指的是与穿用者皮肤相接触的表面部分14和与导电电极部分12的第一表面13相接触的表面部分14之间的尺寸。
导电电极部分12为针织结构。更特殊地，在该第一实施例中是一种使用纱线的简单针织结构，其中该纱线包含电绝缘的tactelTM(一种类型的尼龙)和导电的不锈钢。该纱线是一种短纤维纱，包含20％-30％的不锈钢。如图1所描述的，纱线在x表示的方向上针织。
在图1中dI表示的距离的纵向上测量的导电电极部分12的电阻为20欧姆到40欧姆的范围内，但无论如何都是在几十欧姆的范围内。距离d1为0.065m。
通过增加电极部分12中的导电材料的百分比，可以在某种程度上减小使用者皮肤和导电电极部分12之间的电阻。这可以通过增加用于针织电极的纱线中的不锈钢的百分比，或通过引进具有导电性质的其它纱线来实现。然而，制造的约束会对可包含于针织中的导电材料的总量产生限制。此外，由于导电材料总量的增加，电极部分12变得和与该电极部分接合在一起的纺织物品11逐渐不同，并且当穿在使用者皮肤上时变得较不易弯曲和较不舒服。
导电电极部分12可以缝到或粘到纺织物品11上，或其他方式附在纺织物品11上。可选择的，导电电极部分12可以是纺织物品中完整的一部分。在后面的例子中，当纺织物品11是针织结构时，电极部分12也可以是针织结构，并在相同的生产过程中形成，该生产过程仅通过在物品的针织过程中对导电纱线的适当选择来定义电极部分。也可以使用嵌花和提花技术，或者导电纱线可以作为“衬垫”。
导电的防潮材料部分14通过导电胶附着在电极部分12上，但可以通过其他方式附着，例如热粘合(将部分熔化的防潮材料放在电极部分12上)、超声波焊接、缝纫或其它本领域的技术人员知道的方式。在某些情况下，材料14的导电性可以允许通过吸入焊接来进行附加。
使用图2中示意性示出的装置对电极与皮肤之间的电接触阻抗进行测量。纺织带11形式的衣服穿绕在躯干的胸部上，并提供有具有两个导电电极部分12的电极排列，从而当正确穿上这个纺织带时，一个电极部分12位于穿用者胸部的一个前侧，而另一个电极部分12位于穿用者胸部的另一前侧。每个电极部分12都具有一个材料部分14(未示出)，该材料部分是防潮并导电的，如根据图1已经描述的。当适当地穿上衣服11时可以看到，电极12是矩形的，每个高是0.02m，宽的0.065m，例如图2所示。电极之间的最短空间为0.01m，图2中以d2表示。在测量过程中，每个电极部分12和防潮部分14通过纺织带11保持与穿用者的皮肤相接触。
电极部分12的第一部分连接到一个载有电感、电阻和电容(LRC)的测量仪，而电极部分12的第二部分连接到载有仪表的另一个测量仪。向电极部分提供120HZ的测量信号，并测量跨越两个电极之间的阻抗。为避免怀疑，每个电极都与另一个电极物理隔开，而同时将两个电极放在与穿用者皮肤的不同部分接触的位置。
图3示出了所测量的阻抗的电阻分量；该测量是与使用者皮肤接触的第一电极部分12和与使用者皮肤的另一部分相接触的第二电极部分12的串行电阻总和。假定阻抗的主要部分体现在电极到皮肤的接触面，并且比人体内部的阻抗低，通过将测量值除因子二可以得到一个电极的电极到皮肤的阻抗的近似标示读数。
图3所示的图表30具有以分钟为单位的时间线性轴x和以千欧姆为单位的电阻对数轴y。当电极附着到穿用者身上时开始测量，所测量的阻抗的电阻分量由曲线31示出。可以看到，最初测量的电阻是大约80k欧姆，在连续穿上5分钟后下降到大约25k欧姆，穿上10分钟后大约为15k欧姆，并在穿上大约20分钟后稳定在12k欧姆左右。这些测量是在穿用者坐下时进行的，电阻随时间的下降是由于材料部分14和穿用者皮肤之间潮气的形成而导致部件14和皮肤接触面的电阻下降。
为了进行比较，采用了具有相同类型、相同尺寸但没有防潮导电胶的部件14的图2的相同结构。所测量的阻抗的电阻分量由曲线32表示。在这种情况下，测量的电阻要高出很多，在使用开始的15分钟，可进行测量的电阻值约为750k到850k欧姆。
电极排列10的电阻或阻抗的减少改善了来自穿用者身体的电信号的测量。由于在穿上电极排列的初级阶段，皮肤和防潮材料14之间汗液的形成减小了皮肤和材料14之间的电阻，从而实现了这种改善。由于电极排列的设计，材料14和针织导电电极部分12之间的电阻已经很低，因此通过材料14在皮肤和导电电极部分12之间建立了一条相对低电阻的路径。相对于可比较的皮肤和导电纺织部分12直接接触的接触面的电阻而言，特别是相对于当穿用者的皮肤是干燥的时候，所述路径无疑具有较低的电阻。实际上，针织导电电极部分12的特性是吸收和驱散使用者的汗液，而使使用者的皮肤进行呼吸。而这些效果使使用者在穿上带有纺织导电电极部分12的电极时感到舒适，同时也提高了皮肤到电极的接触电阻，至少直到穿用者已经进行了足够的试验来产生相当多的汗液来湿润电极部分12为止。因此，导电材料14可防潮的部分限定了电极排列的区域，该区域中相对少量的汗液用于减小电极和部分之间的电阻。
尽管使用者皮肤和纺织部分12之间的电阻是相当高的，但电极导电部分12内部的电阻是相对低的，也就是沿d1表示的长度进行测量时，在20欧姆到40欧姆的区域内。因此，具有几十欧姆电阻的导电电极部分12和具有跨越在其厚度上的几十欧姆电阻的防潮导电部分14的组合效果提供了一种用于检测使用者电信号的有效排列。通过将防潮部分14变薄，可以改善功效，以及/或者具有更高阻抗的材料仍可用于形成部分14。
尽管第一实施例所描述的排列具有附着在导电电极部分12上的导电防潮材料部分14，但也无需直接附着上，材料14和部分12之间可以存在一个或多个导电材料层。此外。防潮材料14不是强制地附加在部分12上，因为只用在适当的地方设置材料14，使得在使用中材料14能直接或间接地接触部分12，就足以实施本发明的操作了。
图4a-4c示出了本发明的进一步实施例，在该实施例中导电防潮材料14的单一圆形部分由这种材料的其他排列取代。在图4a中，电极部分12具有一个或多个导电防潮材料的矩形部分14a。在图4b中，电极部分12具有两个或更多导电防潮材料的圆形部分14b。在图4c中，电极部分12具有多个导电防潮材料的圆形部分14c，每个部分14c在使用过程中面向使用者皮肤的表面区域，比图1所示第一实施例的部分14所展示的表面区域稍小。但导电防潮材料的部分14或每个部分14的形状和大小需要适合于促进其所覆盖的皮肤进行排汗；区域太小或该部分太窄，将不利于上述减小电极到皮肤之间的电阻而需要的汗液聚集，因而不鼓励。
参照针织的电极结构已论述了本发明，但无论电极是针织的、编织的、刺绣的、或非编织结构，都不是主要使用基于纺织品的电极的本发明的限制性特征。此外，尽管在检测来自穿用者身体的信号的内容中对本发明进行了描述，但电极也可以用于哺乳动物的电流应用。
在大多数情况下，本发明的排列将避免用户为了正确操作而需要主动弄湿电极部分。但是，在一些情况下，取决于用户，可以有必要的提供一些额外的水分，例如通过湿润防潮导电部分14。即使需要这种额外的湿润，也将需要用比湿润纺织部分12少的水分来进行并且防潮导电部分比纺织导电部分12更难干，因此正确的操作能够比未设置防潮导电部分14的排列获得更长的操作时间通过阅读本发明，本领域的技术人员可以意识到其他改变。这种改变可包括其他特征，这些其他特征在基于织物电极、信号处理电路、衣服结构、材料以及它们的应用的设计、制造和使用中是已知的，并且可以使用这些其他特征取代本文已经描述的特征或作为已经描述的特征的补充。
权利要求
1.一种织物电极排列(10)，具有施加在哺乳动物皮肤上的第一表面(13)，其中所述织物电极排列包括基本上防潮的至少一部分材料(14)，所述材料位于所述第一表面(13)上。
2.根据权利要求1的电极排列，其中将所述至少一部分材料(14)直接设置在所述第一表面(13)上。
3.根据权利要求1或2的电极排列，其中所述至少一部分材料(14)粘合到所述第一表面(13)上。
4.根据权利要求1、2或3的电极排列，其中所述至少一部分材料(14)是可机械变形的。
5.根据权利要求1至4中的任何一个或多个的电极排列，其中所述至少一部分材料(14)是载有导电材料的硅橡胶。
6.根据权利要求5的电极排列，其中所述导电材料是碳黑
7.根据权利要求1至6中的任何一个或多个的电极排列，其中所述至少一部分材料在每平方上具有小于10,000欧姆的电阻率。
8.根据权利要求1至7中的任何一个或多个的电极排列，其中所述至少一部分材料或多个这种部分共同占据包含将要施加到皮肤上的第一表面(13)在内的五分之一到二分之一之间的部分。
9.根据权利要求1至8的任何一个或多个的电极排列，其中所述电极排列具有针织结构或编织结构的电极部分(12)。
10.根据权利要求1至9中的任何一个或多个的电极排列，其中所述电极排列与衣服作为一个整体。
11.一种纺织物品，包括根据权利要求1至10中的任何一个或多个的织物电极排列。
12.一种可穿物品，包括根据权利要求1至10中的任何一个或多个的织物电极排列。
13.一种衣服，包括具有施加到哺乳动物皮肤的第一表面(13)的织物电极排列，其中所述织物电极排列包括基本上防潮的至少一部分材料(14)，所述材料位于第一表面上。
全文摘要
一种电极排列(10)包括针织的导电电极部分(12)和附加到电极部分(12)的防潮导电材料(14)的至少一部分，所述电极部分含有导电纱线。在使用过程中，该电极部分(12)和部分材料(14)施加在穿用者的皮肤上。防潮材料部分(14)是载有碳黑的硅。防潮部分(14)促进使用者排汗，并将汗液集中在皮肤和防潮部分(14)之间，从而减小皮肤到电极的接触电阻，以提高检测使用者心跳速率或使用者产生的其他电信号的效率。
文档编号D04B1/14GK1732029SQ200380107582
公开日2006年2月8日 申请日期2003年12月11日 优先权日2002年12月27日
发明者P·A·高夫, M·J·比克尔顿 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司