基于防水电子皮肤的人体生理信号检测系统与制备方法

1.本发明涉及人体生理信号监测技术领域，尤其涉及基于防水电子皮肤的人体生理信号检测系统与制备方法。


背景技术：

2.据研究，人体生理信号如肌肉运动、关节运动、脉搏信号反映了人体的健康状况。若能够实时采集人体生理信号，并对采集到的信号进行分析，便可以提前对人体潜在的健康状况进行预警，从而达到避险的效果。
3.现有的生理信号采集装置多通过植入式电极以实现对电信号的采集，无法实现对人体生理信号的24小时连续采集，且佩戴时较为不便。因而需要设计一种非植入式可穿戴的人体生理信号连续采集系统。此外，长期佩戴在人体上，为避免汗水，环境湿度对电子皮肤使用寿命及传感性能的影响，为该电子皮肤构建了一层超疏水表面。
4.因此，提出一种基于防水电子皮肤的人体生理信号检测系统与制备方法，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种基于防水电子皮肤的人体生理信号检测系统与制备方法，可以通过防水电子皮肤作为传感器对人体的生理信号进行采集，从而实时监测人体生理特征。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种基于防水电子皮肤的人体生理信号检测系统，包括：防水电子皮肤、数据处理模块、无线传输模块和移动端；其中，
8.防水电子皮肤，与数据处理模块的输入端连接，用于采集待检测人体部位的生理电信号并发送至数据处理模块；
9.数据处理模块，与无线传输模块的输入端连接，用于对接收的生理电信号进行处理，得到处理后的生理电信号；
10.无线传输模块，与移动端的输入端连接，用于将处理后的生理电信号传输至移动端；
11.移动端，与无线传输模块的输出端连接，用于监测人体部位的生理情况。
12.可选的，防水电子皮肤设置于待检测的人体部位表面。
13.可选的，生理电信号包括脉搏信号和肌肉关节运动信号。
14.可选的，数据处理模块包括信号采集放大电路，信号采集放大电路包括低频采样、滤波、降噪、多级放大以及模数转换电路。
15.可选的，无线传输模块采用型号为ecb02h1的蓝牙芯片。
16.可选的，还包括为数据处理模块、无线传输模块提供电能的电源。
17.一种防水电子皮肤制备方法，应用上述任一项的一种基于防水电子皮肤的人体生
理信号检测系统，包括以下步骤：
18.s1.利用无水乙醇与去离子水对柔性衬底硅橡胶进行预处理，得到预处理后的柔性衬底硅橡胶；
19.s2.通过旋涂法将石墨烯分散液涂覆值柔性衬底硅橡胶上构建导电层；
20.s3.采用预拉伸的工艺将硅橡胶衬底预拉伸50％，在预拉伸的衬底表面使用烛灰层的炭黑纳米颗粒构建超疏水表面，使用低表面能的聚二甲基硅氧烷对超疏水表面进行封装。
21.可选的，s1的具体内容为，将硅橡胶衬底放入含有无水乙醇和去离子水的容器中；将容器置入超声波清洗仪进行超声清洗；将经过超声清洗后的硅橡胶衬底经过烘干得到预处理后的硅橡胶衬底。
22.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种基于防水电子皮肤的人体生理信号检测系统与制备方法，具有以下有益效果：防水电子皮肤贴合于待检测的人体部位表面，用于采集人体的的生理电信号并将该生理电信号发送至数据处理模块；数据处理模块将采集到的生理电信号进行低通滤波与信号放大；无线数据传输模块将经过处理后的生理电信号传输至移动端；生理电信号包括心率和关节、肌肉运动。通过防水电子皮肤作为传感器对人体的生理信号进行采集，从而可实时监测人体生理特征，系统简单，制作成本低。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
24.图1为本发明提供的一种基于防水电子皮肤的人体生理信号检测系统结构框图；
25.图2为本发明提供的一种防水电子皮肤制备方法的制备工艺流程。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.参照图1所示，本发明公开了一种基于防水电子皮肤的人体生理信号检测系统，包括：防水电子皮肤、数据处理模块、无线传输模块和移动端；其中，
28.防水电子皮肤，与数据处理模块的输入端连接，用于采集待检测人体部位的生理电信号并发送至数据处理模块；
29.数据处理模块，与无线传输模块的输入端连接，用于对接收的生理电信号进行处理，得到处理后的生理电信号；
30.无线传输模块，与移动端的输入端连接，用于将处理后的生理电信号传输至移动端；
31.移动端，与无线传输模块的输出端连接，用于监测人体部位的生理情况。
32.进一步的，防水电子皮肤设置于待检测的人体部位表面。
33.进一步的，生理电信号包括脉搏信号和肌肉关节运动信号。
34.进一步的，数据处理模块包括信号采集放大电路，信号采集放大电路包括低频采样、滤波、降噪、多级放大以及模数转换电路。
35.进一步的，无线传输模块采用型号为ecb02h1的蓝牙芯片。
36.进一步的，还包括为数据处理模块、无线传输模块提供电能的电源。
37.在一具体实施例中，包括以下内容：
38.一种基于防水电子皮肤的人体生理信号检测系统，包括防水电子皮肤和数据处理模块；防水电子皮肤设置在待检测的人体部位表面，采集人体的生理电信号并将生理电信号发送至数据处理模块；数据处理模块对采集到的生理电信号进行滤波和放大；生理电信号包括脉搏信号和肌肉关节运动电信号。防水电子皮肤作为传感器采集人体的生理电信号。防水电子皮肤接收人体表面因心脏跳动而产生的微弱生物电信号或因肌肉及关节运动而产生的电信号，数据处理模块将采集的信号滤除高频噪声并进行放大。数据处理模块中利用信号采集处理电路对生理电信号进行处理，并将处理后的数据送至无线数据传输模块。
39.信号采集放大电路用于对防水电子皮肤采集的人体生理电信号进行放大与滤波。信号采集放大电路可对防水电子皮肤传入的小信号进行放大变成大信号。信号采集放大电路包括了低频采样、滤波、降噪、多级放大以及模数转换电路，且有很强的抗干扰性。
40.无线数据传输模块与数据处理模块连接，将人体生理电信号传输至移动端。无线数据传输模块连接数据处理模块并进行低功耗的无线数据传输。无线数据传输模块采用超低功耗蓝牙，通过蓝牙协议将数据发送至移动端，速度快，可接收范围广，数据传输稳定。
41.在实际应用中，还设有电源和adc，电源为各个器件提供电能。adc用于模数转换。数据处理模块采用的是微处理器。
42.本发明实施例还提供了一种防水电子皮肤制备方法，其工艺流程图如图2所示，具体包括：
43.s1.利用无水乙醇与去离子水对柔性衬底硅橡胶进行预处理，得到预处理后的柔性衬底硅橡胶；
44.s2.通过旋涂法将石墨烯分散液涂覆值柔性衬底硅橡胶上构建导电层；
45.s3.采用预拉伸的工艺将硅橡胶衬底预拉伸50％，在预拉伸的衬底表面使用烛灰层的炭黑纳米颗粒构建超疏水表面，使用低表面能的聚二甲基硅氧烷对超疏水表面进行封装。
46.进一步的，s1的具体内容为，将硅橡胶衬底放入含有无水乙醇和去离子水的容器中；将容器置入超声波清洗仪进行超声清洗；将经过超声清洗后的硅橡胶衬底经过烘干得到预处理后的硅橡胶衬底。
47.进一步的，防水电子皮肤采用预拉伸工艺由石墨烯作为导电层，烛灰的炭黑纳米颗粒构建超疏水表面从而制备而成。
48.在另一具体实施例中，具体包括：
49.步骤1：利用无水乙醇和去离子水对铂催化硅橡胶(ecoflex)进行预处理，得到经
预处理后的ecoflex。具体包括：将ecoflex放入含有无水乙醇和去离子水的容器中；将容器置入超声波清洗仪进行超声清洗；将经过超声清洗后的ecoflex进行烘干得到经预处理后的ecoflex。
50.步骤2：使用石墨烯-乙醇分散液在ecoflex基底构建导电层。将石墨烯-乙醇分散液旋涂至ecoflex基底表面，在50℃至80℃温度下干燥1至3小时，从而得到石墨烯-ecoflex复合物。
51.步骤3：将石墨烯-ecoflex复合物拉伸50％，将蜡烛未完全燃烧产生的炭黑纳米颗粒附着至预先拉伸的石墨烯-ecoflex复合物表面，在20℃至30℃温度下保持0.5至1.5小时。之后将拉伸的复合物恢复原长。
52.步骤4：配制浓度为1mg/ml至3mg/ml的聚二甲基硅氧烷(pdms)—正庚烷溶液。通过喷涂的方式将溶液喷涂至步骤3中的石墨烯-ecoflex复合物表面，在60℃至80℃温度下干燥2至3小时，从而得到防水电子皮肤。
53.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种基于防水电子皮肤的人体生理信号检测系统，其特征在于，包括：防水电子皮肤、数据处理模块、无线传输模块和移动端；其中，防水电子皮肤，与数据处理模块的输入端连接，用于采集待检测人体部位的生理电信号并发送至数据处理模块；数据处理模块，与无线传输模块的输入端连接，用于对接收的生理电信号进行处理，得到处理后的生理电信号；无线传输模块，与移动端的输入端连接，用于将处理后的生理电信号传输至移动端；移动端，与无线传输模块的输出端连接，用于监测人体部位的生理情况。2.根据权利要求1所述的一种基于防水电子皮肤的人体生理信号检测系统，其特征在于，防水电子皮肤设置于待检测的人体部位表面。3.根据权利要求1所述的一种基于防水电子皮肤的人体生理信号检测系统，其特征在于，生理电信号包括脉搏信号和肌肉关节运动信号。4.根据权利要求1所述的一种基于防水电子皮肤的人体生理信号检测系统，其特征在于，数据处理模块包括信号采集放大电路，信号采集放大电路包括低频采样、滤波、降噪、多级放大以及模数转换电路。5.根据权利要求1所述的一种基于防水电子皮肤的人体生理信号检测系统，其特征在于，无线传输模块采用型号为ecb02h1的蓝牙芯片。6.根据权利要求1所述的一种基于防水电子皮肤的人体生理信号检测系统，其特征在于，还包括为数据处理模块、无线传输模块提供电能的电源。7.一种防水电子皮肤制备方法，其特征在于，应用权利要求1-6任一项所述的一种基于防水电子皮肤的人体生理信号检测系统，包括以下步骤：s1.利用无水乙醇与去离子水对柔性衬底硅橡胶进行预处理，得到预处理后的柔性衬底硅橡胶；s2.通过旋涂法将石墨烯分散液涂覆值柔性衬底硅橡胶上构建导电层；s3.采用预拉伸的工艺将硅橡胶衬底预拉伸50％，在预拉伸的衬底表面使用烛灰层的炭黑纳米颗粒构建超疏水表面，使用低表面能的聚二甲基硅氧烷对超疏水表面进行封装。8.根据权利要求7所述的一种防水电子皮肤制备方法，其特征在于，s1的具体内容为，将硅橡胶衬底放入含有无水乙醇和去离子水的容器中；将容器置入超声波清洗仪进行超声清洗；将经过超声清洗后的硅橡胶衬底经过烘干得到预处理后的硅橡胶衬底。

技术总结
本发明公开了基于防水电子皮肤的人体生理信号检测系统与制备方法，涉及人体生理信号监测技术领域。包括：防水电子皮肤、数据处理模块、无线传输模块和移动端。本发明可以通过防水电子皮肤作为传感器对人体的生理信号进行采集，从而实时监测人体生理特征。从而实时监测人体生理特征。从而实时监测人体生理特征。


技术研发人员：毕恒昌 段嘉霖 刘家垚 李寒涛 吴幸 蔡春华
受保护的技术使用者：华东师范大学
技术研发日：2023.07.15
技术公布日：2023/9/19