柔性脉搏波传感器及其制备方法及脉搏检测设备

    专利2025-07-12  6


    本发明涉及传感器,特别涉及柔性脉搏波传感器及其制备方法及脉搏检测设备。


    背景技术:

    1、检测血压的设备均以袖带式电子血压计为主,但受限于多设备单元导致的大体积与阻断式测试原理带来的较差舒适感,这类血压计无法在日常活动和夜间环境中对患者血压连续地、不间断地监测。

    2、一些研究者试图将脉搏波机械信号连续不间断地转化为血压信号。血压的高精度测量意味着脉搏波信号的高保真传感,然而在相关技术中,常使用的柔性电阻式、介电电容式传感器信号弱、信号非线性、动态信号重复性差,而压电式传感又面临材料刚性强、共形性差。以上因素均可不同程度引起脉搏波信号的畸变,降低结果可信度。


    技术实现思路

    1、本发明的主要目的是提出一种柔性脉搏波传感器及脉搏检测设备,旨在解决现有技术中信号弱、信号非线性,信噪比高,结果不准确的问题。

    2、为实现上述目的,本发明提出一种柔性脉搏波传感器,包括:

    3、传感层,包括离子凝胶薄膜以及位于离子凝胶薄膜两侧的金属导电薄膜电极层;

    4、辅助层,设于所述金属导电薄膜电极层的两侧;以及

    5、封装层,设于辅助层背离所述金属导电薄膜电极层的一侧;

    6、其中,所述离子凝胶薄膜包括一弹性基体和位于弹性基体上多个间隔设置的可压缩的弹性支撑体,所述弹性基体上还设有多个部分容置所述弹性支撑体的容置腔;

    7、所述辅助层的弹性模量为0.1~1mpa。

    8、可选地,所述辅助层的厚度为50~200μm。

    9、可选地,所述辅助层的材料包括硅橡胶、热塑性苯乙烯类化合物、聚丙烯酸酯橡胶、热塑性聚氨酯、热塑性聚酯、热塑性硫化橡胶及热塑性聚烯烃化合物中的至少一种。

    10、可选地,所述辅助层与所述金属导电薄膜电极层通过弹性交联剂连接,所述弹性交联剂包括热固性聚二甲基硅氧烷预聚物、热固性聚氨酯与热固性丙烯酸酯中的至少一种。

    11、可选地,所述弹性支撑体在所述弹性基体上的分布密度为400~1600个/cm2。

    12、可选地,所述弹性支撑体与所述基体之间呈夹角设置,所述夹角的角度为60°~90°。

    13、可选地,所述弹性支撑体包括两个相互连接的第一椭球体和第二椭球体,其中所述第一椭球体位于所述第二椭球体与所述弹性基体之间,所述第一椭球体的长半轴为a1,所述第一椭球体的短半轴为b1,所述第一椭球体的中半轴c1,所述第二椭球体的长半轴为a2,所述第二椭球体的短半轴为b2,所述第二椭球体的中半轴c2,所述第一椭球体与所述第二椭球体的重合距离为d,其中:

    14、a1≤a2,b1≤b2,c1≤c2;和/或,

    15、a2≤50μm,b2≤50μm,c2≤50μm;和/或,

    16、0<d<(0.1×a1+0.1×b1);和/或,

    17、所述第一椭球体的第一偏心率为0.2~0.8;和/或,

    18、所述第二椭球体的第一偏心率为0.2~0.8。

    19、本发明还提出了一种柔性脉搏波传感器的制备方法,包括以下步骤:

    20、s10、提供辅助层、金属导电薄膜电极层,在模板上3d打印出离子凝胶薄膜;

    21、s20、在离子凝胶薄膜的两侧分别贴附金属导电薄膜电极层;

    22、s30、在金属导电薄膜电极层背离离子凝胶薄膜的一侧分别贴附辅助层;

    23、s40、在辅助层背离金属导电薄膜电极层的一侧分别贴附封装层,得柔性脉搏波传感器;

    24、其中,所述离子凝胶薄膜包括一弹性基体和位于弹性基体上多个间隔设置的可压缩的弹性支撑体,所述弹性基体上还设有多个部分容置所述弹性支撑体的容置腔;所述辅助层的弹性模量为0.1~1mpa。

    25、可选地,步骤s10中,提供辅助层的步骤包括:

    26、s301、聚二甲基硅氧烷预聚物、固化剂、二氧化硅微球按质量比(1~10):(0.5~2):(0.01~0.1)混合,得混合浆料;

    27、s302、将混合料70~100℃下热固化处理1~4h,得辅助层。

    28、本发明还提出了一种脉搏检测设备,所述脉搏检测设备包括所述的柔性脉搏波传感器或所述柔性脉搏波传感器的制备方法制备的柔性脉搏波传感器。所述柔性脉搏波传感器包括:传感层、辅助层以及封装层,所述传感层包括离子凝胶薄膜以及位于离子凝胶薄膜两侧的金属导电薄膜电极层;所述辅助层设于所述金属导电薄膜电极层的两侧;所述封装层设于辅助层背离所述金属导电薄膜电极层的一侧;其中,所述离子凝胶薄膜包括一弹性基体和位于弹性基体上多个间隔设置的可压缩的弹性支撑体,所述弹性基体上还设有多个部分容置所述弹性支撑体的容置腔;所述辅助层的弹性模量为0.1~1mpa。

    29、本发明的技术方案中,人体体表往往是曲面结构且质地柔软。为了增强人机界面上机械波的传导,本发明中的柔性脉搏波传感器各功能层采用柔性薄膜,提高传感器与体表的共形能力,减少机械波因界面失配无法传递或引起运动伪影的情况发生,通过在传感层及封装层之间设置辅助层,可以将皮肤下的微小压力、微弱机械波变化完整地传递到传感层,有效提高了信噪比,减少了信号丢失,同时,引入模量为0.1~1mpa的材料作为辅助层,可以进一步减少皮肤因受压凹陷部分脱离传感器引起的机械波传递损耗,提高了检测的准确性。



    技术特征:

    1.一种柔性脉搏波传感器,其特征在于,包括:

    2.如权利要求1所述的柔性脉搏波传感器,其特征在于,所述辅助层的厚度为50~200μm。

    3.如权利要求1所述的柔性脉搏波传感器,其特征在于,所述辅助层的材料包括硅橡胶、热塑性苯乙烯类化合物、聚丙烯酸酯橡胶、热塑性聚氨酯、热塑性聚酯、热塑性硫化橡胶及热塑性聚烯烃化合物中的至少一种。

    4.如权利要求1所述的柔性脉搏波传感器,其特征在于,所述辅助层与所述金属导电薄膜电极层通过弹性交联剂连接,所述弹性交联剂包括热固性聚二甲基硅氧烷预聚物、热固性聚氨酯与热固性丙烯酸酯中的至少一种。

    5.如权利要求1所述的柔性脉搏波传感器,其特征在于,所述弹性支撑体在所述弹性基体上的分布密度为400~1600个/cm2。

    6.如权利要求1所述的柔性脉搏波传感器,其特征在于,所述弹性支撑体与所述基体之间呈夹角设置,所述夹角的角度为60°~90°。

    7.如权利要求1所述的柔性脉搏波传感器,其特征在于,所述弹性支撑体包括两个相互连接的第一椭球体和第二椭球体,其中所述第一椭球体位于所述第二椭球体与所述弹性基体之间,所述第一椭球体的长半轴为a1,所述第一椭球体的短半轴为b1,所述第一椭球体的中半轴c1,所述第二椭球体的长半轴为a2,所述第二椭球体的短半轴为b2,所述第二椭球体的中半轴c2,所述第一椭球体与所述第二椭球体的重合距离为d,其中:

    8.一种如权利要求1至7任意一项所述的柔性脉搏波传感器的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

    9.如权利要求8所述的柔性脉搏波传感器的制备方法,其特征在于,步骤s10中,提供辅助层的步骤包括:

    10.一种脉搏检测设备,其特征在于,包括如权利要求1至7任意一项所述的柔性脉搏波传感器,或如权利要求8或9所述的柔性脉搏波传感器的制备方法制备的柔性脉搏波传感器。


    技术总结
    本发明公开了一种柔性脉搏波传感器及其制备方法及脉搏检测设备,本发明涉及传感器技术领域。所述柔性脉搏波传感器包括:传感层、辅助层以及封装层,所述传感层包括离子凝胶薄膜以及位于离子凝胶薄膜两侧的金属导电薄膜电极层;所述辅助层设于所述金属导电薄膜电极层的两侧;所述封装层设于辅助层背离所述金属导电薄膜电极层的一侧;其中,所述离子凝胶薄膜包括一弹性基体和位于弹性基体上多个间隔设置的可压缩的弹性支撑体,所述弹性基体上还设有多个部分容置所述弹性支撑体的容置腔;所述辅助层的弹性模量在0.1~1MP范围的材料作为辅助层,可以减少皮肤因受压凹陷部分脱离传感器引起的机械波传递损耗,降低信噪比,提高检测的准确性。

    技术研发人员:郭传飞,赵玲玉,黄毅,蔡旻堃
    受保护的技术使用者:南方科技大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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