本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)傳感及智能醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種微彈體納米壓力傳感器及健康監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著移動互聯(lián)、智能家居、智能醫(yī)療等領(lǐng)域的高速發(fā)展，能夠監(jiān)測人體呼吸心跳體動等生命體征信號，并反映心跳、呼吸、睡眠、生命狀況的便攜非接觸式智能健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)備受關(guān)注。一方面，通過主動健康監(jiān)護(hù)可以隨時知曉受測者身體狀況，從而在危險來臨之前，給予提醒，避免發(fā)生嚴(yán)重生命危險；另一方面，通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)操控，親人朋友即便身在遠(yuǎn)方也可以知曉被測者的身體狀況，從而給予照顧和關(guān)愛。要實現(xiàn)便攜非接觸式智能健康監(jiān)護(hù)和管理，除了要依賴于現(xiàn)代無線通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，便攜、舒適、靈敏、高精度的柔性傳感器作為核心部件更是重中之重。

目前，用于監(jiān)測心跳的常用方法包括聲(超聲多普勒法)、光(依靠血液光吸收或反射的光電容積法)、電(心電信號)、力(壓力傳感器)四類。用于呼吸監(jiān)測的包括鼻氣流法、胸阻抗法和壓力傳感法。體動信號一般采用重力加速度或壓力傳感器進(jìn)行檢測。如何用一種柔性廉價靈敏的傳感器實現(xiàn)對這幾種信號的監(jiān)測，對于集成化智能醫(yī)療來說是一個關(guān)鍵問題，對于實現(xiàn)集成化智能健康監(jiān)護(hù)與管理有著極其重要的意義。

傳統(tǒng)方法是將多種傳感器集成化以實現(xiàn)同時監(jiān)測呼吸心跳、體動等多種信號，如將監(jiān)測心電信號的傳感器和監(jiān)測鼻氣流的傳感器等集成起來，其典型代表就是多導(dǎo)睡眠監(jiān)測系統(tǒng)psg。雖然其被定義為業(yè)界的金標(biāo)準(zhǔn)，但是該系統(tǒng)復(fù)雜昂貴，需要將很多傳感器戴在身上，舒適度較低影響睡眠。另一種同時監(jiān)測多種人體信號的方法是利用靈敏的壓力傳感器，如微動敏感床墊式睡眠檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要基于聚偏氟乙烯(pvdf)柔性壓力傳感器。該系統(tǒng)憑借舒適、便捷，價格低廉、不影響睡眠、操作簡單、相對比較準(zhǔn)確，信息全面的優(yōu)勢，在便攜非接觸式柔性智能醫(yī)療領(lǐng)域具有很強的競爭力；但pvdf柔性壓力傳感器的主要缺陷在于信號輸出相對較弱，對呼吸及心跳等這些小信號不夠敏感，容易造成誤判。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種微彈體納米壓力傳感器及健康監(jiān)測系統(tǒng)，其目的在于提高現(xiàn)有非接觸便攜式多功能健康監(jiān)測系統(tǒng)的靈敏度。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種微彈體納米壓力傳感器，微彈體納米壓力傳感器包括第一組件和第二組件；第一組件與第二組件的外側(cè)邊緣相連接；

其中，第一組件包括柔性高分子聚合物絕緣薄膜、沉積在該柔性高分子聚合物薄膜上表面的第一金屬導(dǎo)電層、以及在第一金屬導(dǎo)電層的邊緣形成的第一電極；

第二組件包括襯底，設(shè)于襯底上表面的具有多個微彈體結(jié)構(gòu)的柔性高分子聚合物薄膜、沉積在該柔性聚合物薄膜上表面的第二金屬導(dǎo)電層、在第二金屬導(dǎo)電層的邊緣形成的第二電極和微彈體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的填充物；柔性高分子聚合物絕緣薄膜的下表面和第二金屬導(dǎo)電層的上表面相向設(shè)置。

優(yōu)選的，上述微彈體納米壓力傳感器，其柔性高分子聚合物絕緣薄膜的材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰亞胺、聚乙烯、聚二甲基硅氧烷、氟化乙丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、乙烯四氟乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯-聚醋酸乙烯酯共聚物，或者為涂布有駐極體材料氮化硅、二氧化硅、全氟環(huán)狀聚合物cytop或派瑞林的聚合物。

優(yōu)選的，上述微彈體納米壓力傳感器，其具有多個微彈體結(jié)構(gòu)的柔性高分子聚合物薄膜的材料為聚乙烯-聚醋酸乙烯酯共聚物、氟化乙丙烯共聚物、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰亞胺、聚乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯，乙烯四氟乙烯共聚物或聚甲基丙烯酸甲酯。

優(yōu)選的，上述微彈體納米壓力傳感器，其第一金屬導(dǎo)電層的材料為銅、鋁或氧化銦錫；第二金屬導(dǎo)電層的材料為金、銀、銅或者鋁。

優(yōu)選的，上述微彈體納米壓力傳感器，其微彈體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的填充物質(zhì)采用低楊氏模量的材料。

優(yōu)選的，上述微彈體納米壓力傳感器，其微彈體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的填充物質(zhì)采用空氣、聚二甲基硅氧烷或共聚酯ecoflex；襯底采用多孔或薄膜狀聚合物。

優(yōu)選的，上述微彈體納米壓力傳感器，其柔性高分子聚合物薄膜的微彈體結(jié)構(gòu)為半球形、三角形、錐形或正方體。

優(yōu)選的，上述微彈體納米壓力傳感器，其形狀呈長條狀、圓形、正方形或長方形。

一種微彈體納米壓力傳感器，通過多個上述微彈體納米壓力傳感器折疊并串聯(lián)構(gòu)成。

為實現(xiàn)本發(fā)明目的，按照本發(fā)明的另一方面，基于本發(fā)明提供的微彈體納米壓力傳感器提供了一種健康監(jiān)測系統(tǒng)，包括依次連接的微彈體納米壓力傳感器、多級放大濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和通信模塊；

其中，微彈體納米壓力傳感器將檢測得到的交流電流信號發(fā)送給多級放大濾波電路，多級放大濾波電路用于對接收到的交流電流信號進(jìn)行放大、濾波，獲取體動信號、心跳信號和呼吸信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將體動信號、心跳信號和呼吸信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后經(jīng)通信模塊發(fā)送到用戶終端；用戶終端可根據(jù)接收到的信號來分析獲取被監(jiān)測對象的心跳情況、呼吸情況、睡眠情況和/或生命情況；其中，多級放大濾波電路包括依次連接的多級放大電路、50hz陷波電路和濾波電路。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

(1)本發(fā)明所提供的微彈體納米壓力傳感器是一種機械換能裝置，將人體維持其正常生命產(chǎn)生的機械運動轉(zhuǎn)化成電信號，具有柔性，成本低，便攜性強，使用周期長、信號輸出大的優(yōu)點；并在一定壓力范圍內(nèi)具有很好的線性響應(yīng)特性，靈敏度高，能準(zhǔn)確監(jiān)測人體睡眠時的呼吸、心跳以及體動情況；

(2)本發(fā)明基于微彈體納米壓力傳感器提供了一種健康監(jiān)測系統(tǒng)，通過將微彈體納米壓力傳感器換能輸出的交流電流信號進(jìn)行處理分析后可以對人體呼吸狀況、心臟狀況、睡眠狀況、生命狀況進(jìn)行分析判斷；克服現(xiàn)有非接觸便攜式多功能健康監(jiān)測系統(tǒng)靈敏度低的問題，從而更準(zhǔn)確地監(jiān)測人體生理信號。

附圖說明

圖1是實施例1提供的微彈體納米壓力傳感器的截面示意圖；

圖2是實施例2提供的微彈體納米壓力傳感器的示意圖；其中，圖2(a)是實施例2提供的微彈體納米壓力傳感器的三維截面示意圖；圖2(b)是實施例2提供的微彈體納米壓力傳感器的截面示意圖；

圖3是實施例提供的基于微彈體納米壓力傳感器的多功能健康監(jiān)測系統(tǒng)的功能框圖；

圖4是采用實施例提供的微彈體納米壓力傳感器在受測者屏住呼吸時所采集到的心跳信號示意圖；。

圖5是采用實施例提供的微彈體納米壓力傳感器所采集到的信號示意圖；其中，圖5(a)是受測者體動信號和包含呼吸心跳信息的原始信號示意圖；圖5(b)為從5(a)中提取的呼吸信號示意圖；圖5(c)為從5(a)中提取到的心跳信號示意圖。

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：

21-第一組件、22-第二組件、211-柔性高分子聚合物絕緣薄膜、212-第一金屬導(dǎo)電層、221-柔性高分子聚合物薄膜、222-第二金屬導(dǎo)電層、224-襯底、223-填充物、31-第一組件、32-第二組件、311-柔性高分子聚合物絕緣薄膜、312-第一金屬導(dǎo)電層、321-柔性高分子聚合物薄膜、322-第二金屬導(dǎo)電層、323-填充物、324-襯底。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

圖1是實施例1提供的微彈體納米壓力傳感器的截面示意圖，該微彈體納米壓力傳感器包括第一組件21和第二組件22；第一組件21與第二組件22的外側(cè)邊緣相連接；

其中，第一組件21包括柔性高分子聚合物絕緣薄膜211、沉積在該柔性高分子聚合物薄膜上表面的第一金屬導(dǎo)電層212、以及在第一金屬導(dǎo)電層212的邊緣形成的第一電極；第二組件22包括襯底224，設(shè)于襯底224上表面的具有多個微彈體結(jié)構(gòu)的柔性高分子聚合物薄膜221、沉積在該柔性聚合物薄膜221上表面的第二金屬導(dǎo)電層222、在第二金屬導(dǎo)電層222的邊緣形成的第二電極和微彈體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的填充物223；柔性高分子聚合物絕緣薄膜211的下表面和第二金屬導(dǎo)電層222的上表面相向設(shè)置。

實施例1中，柔性高分子聚合物絕緣薄膜211的材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰亞胺、聚乙烯、聚二甲基硅氧烷、氟化乙丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、乙烯四氟乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯-聚醋酸乙烯酯共聚物，或者為涂布有駐極體材料氮化硅、二氧化硅、全氟環(huán)狀聚合物cytop或派瑞林的聚合物。

具有多個微彈體結(jié)構(gòu)的柔性高分子聚合物薄膜221的材料為聚乙烯-聚醋酸乙烯酯共聚物、氟化乙丙烯共聚物、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰亞胺、聚乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯，乙烯四氟乙烯共聚物或聚甲基丙烯酸甲酯。

第一金屬導(dǎo)電層212的材料為銅、鋁或氧化銦錫；第二金屬導(dǎo)電層222的材料為金、銀、銅或者鋁；微彈體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的填充物質(zhì)223采用低楊氏模量的材質(zhì)，譬如：空氣、聚二甲基硅氧烷或ecoflex；襯底224采用多孔或薄膜狀聚合物。

實施例2提供的微彈體納米壓力傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中，圖2(a)是實施例2提供的微彈體納米壓力傳感器的三維截面示意圖；圖2(b)是實施例2提供的微彈體納米壓力傳感器的截面示意圖；通實施例2提供的這種微彈體納米壓力傳感器過將實施例1提供的微彈體納米壓力傳感器折疊并串聯(lián)構(gòu)成，可提高靈敏度，節(jié)約空間，并且便于封裝。

上述實施例中，在組裝成微彈體納米壓力傳感器前，對柔性高分子聚合物絕緣薄膜進(jìn)行極化處理，以提高微彈體納米壓力傳感器對壓力的輸出響應(yīng)；柔性高分子聚合物薄膜的微彈體結(jié)構(gòu)可為半球形、三角形、錐形或正方體。

實施例提供的上述微彈體納米壓力傳感器的形狀可呈長條狀、圓形、正方形或長方形，可通過將多個微彈體納米壓力傳感器進(jìn)行并聯(lián)或串聯(lián)以提高靈敏度?？蓪⑦@種微彈體納米壓力傳感器設(shè)置在枕頭內(nèi)部或下面，也可以放置在床墊或床單下，或者放置于辦公室或者汽車座椅靠背或座位上來對人體信號進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)身體由于呼吸、心跳或體動等微小動作按壓或松開該壓力傳感器使第一、第二組件發(fā)生相對位移時，即產(chǎn)生具備一定強度的、攜帶有對應(yīng)呼吸、心跳或者體動信息的交流電流信號，該交流電流信號被輸送給與之電連接的多級放大濾波電路，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，即可得到包含多種信息的原始信號。

基于本發(fā)明提供的這種微彈體納米壓力傳感器的健康監(jiān)測系統(tǒng)的功能框圖如圖3所示，包括依次連接的微彈體納米壓力傳感器、多級放大濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和通信模塊；微彈體納米壓力傳感器將檢測得到的交流電流信號發(fā)送給多級放大濾波電路，多級放大濾波電路對接收到的交流電流信號進(jìn)行放大、濾波，獲取體動信號、心跳信號和呼吸信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將體動信號、心跳信號和呼吸信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后經(jīng)通信模塊發(fā)送到用戶終端；用戶終端可根據(jù)接收到的信號來分析獲取被監(jiān)測對象的心跳情況、呼吸情況、睡眠情況和/或生命情況。其中，多級放大濾波電路包括依次連接的多級放大電路、50hz陷波電路和濾波電路；通信模塊可采用藍(lán)牙模塊來實現(xiàn)，用戶終端可使用電腦或者智能手機。

圖4所示，是采用實施例1提供的微彈體納米壓力傳感器在受測者屏住呼吸時所采集到的心跳信號示意圖；圖5是采用實施例1提供的微彈體納米壓力傳感器所采集到的信號示意圖；其中，圖5(a)包含是受測者體動信號和呼吸心跳信息的原始信號示意圖；圖5(b)為從5(a)中提取的呼吸信號示意圖；圖5(c)為從5(a)中提取到的心跳信號示意圖。從這幾個圖可以看出采用該微彈體納米壓力傳感器可以靈敏地對人體生理信號進(jìn)行監(jiān)測；通過對圖4和圖5的人體呼吸和心跳信號進(jìn)行進(jìn)一步分析可以得到人體睡眠情況及生命健康情況。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。