电容式纺织电极及其制造方法和使用方法.pdf

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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201480043978.4 (22)申请日 2014.08.12 102013108810.4 2013.08.14 DE A61B 5/00(2006.01) A61B 5/0408(2006.01) (71)申请人 凯皮考有限公司 地址 德国不伦瑞克 (72)发明人 M. 奥勒 H. 格罗诺斯泰 H. 伯格 (74)专利代理机构 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人 侯宇 冯欢 (54) 发明名称 电容式纺织电极及其制造方法和使用方法 (57) 摘要 本发明涉及一种电容式纺织电极用于电容式 测量电信号、 尤其生物信号， 其中， 。

2、该电极具有多 层结构， 其具有至少两个由纺织材料制造的导电 层和至少一个布置在至少两个导电层之间的绝缘 层， 其特征为下述特征中的一个、 多个或所有 ： a) 至少两个导电层通过粘接相互连接和 / 或与绝缘 层机械性地连接， b) 至少一个、 多个或所有的导 电层具有预制的导电纺织面料和 / 或预制的纺织 电磁兼容屏蔽材料或由其组成， c) 至少一个、 多 个或所有的导电层设计为激光切边的织物块， d) 至少一个用于放大由电容式电极输出的电信号的 电子放大装置集成在电容式电极的多层结构中。 此外本发明还涉及使用预制的导电纺织面料和 / 或预制的纺织电磁兼容屏蔽材料制造电容式电极 的使用方法以及。

3、电容式电极的制造方法。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2016.02.03 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/EP2014/067249 2014.08.12 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2015/022327 DE 2015.02.19 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 105451644 A 2016.03.30 CN 105451644 A 1.一种电容式纺织电极(1)， 所述电容式电极(1)用于电容式测量电信号、 尤其生物信 号， 其中， 所述电极。

4、(1)具有多层结构， 所述多层结构具有由纺织材料制造的至少两个导电 层(2、 4、 6)和布置在所述至少两个导电层(2、 4、 6)之间的至少一个绝缘层(3、 5、 7)， 其特征 在于下述特征a)、 b)、 c)、 d)中的一个、 多个或所有： a)所述至少两个导电层(2、 4、 6)通过粘接相互连接和/或与绝缘层(3、 5、 7)机械性地连 接， b)至少一个、 多个或所有的导电层(2、 4、 6)具有预制的导电纺织面料和/或预制的纺织 电磁兼容屏蔽材料或由其组成， c)至少一个、 多个或所有的导电层(2、 4、 6)设计为激光切边的织物块， d)用于放大由电容式电极(1)输出的电信号的至。

5、少一个电子放大装置(8)集成在电容 式电极(1)的多层结构中。 2.按照权利要求1所述的电极， 其特征在于， 用于层(2、 3、 4、 5、 6、 7)的机械性连接的粘 合剂是导电粘合剂， 其同样也建立了至少一个导电层(2、 4、 6)与至少一个与其连接的电器 件的电连接。 3.按照前述权利要求之一所述的电极(1)， 其特征在于， 所述电极具有由纺织材料制造 的至少三个导电层(2、 4、 6)以及布置在导电层(2、 4、 6)之间绝缘层(3、 5、 7)。 4.按照权利要求3所述的电极， 其特征在于， 所述至少三个导电层(2、 4、 6)具有： 至少一 个感应层(2)用于待借助电极(1)测量的。

6、信号的电容式耦连； 至少一个防护层(4)用于屏蔽 外部干扰对感应层(2)的影响； 至少一个参考电势层(6)， 所述参考电势层(6)与参考电势连 接或者能与参考电势连接。 5.按照权利要求4所述的电极， 其特征在于， 所述防护层(4)布置在所述感应层(2)和所 述参考电势层(6)之间。 6.按照前述权利要求之一所述的电极， 其特征在于， 至少两个或至少三个导电层(2、 4、 6)具有至少一个感应层(2)用于电容式耦连待借助电极(1)测量的信号， 其中， 感应层(2)设 计为电极(1)的多层结构的位于外侧的层， 该电极在其外侧未设绝缘层(3、 5、 7)。 7.按照前述权利要求之一所述的电极， 其。

7、特征在于， 绝缘层(3、 5、 7)具有与由纺织材料 制造的导电层(2、 4、 6)重叠的至少一个留空(30、 50)， 所述导电层(2、 4、 6)与电器件通过所 述留空(30、 50)电接触。 8.按照前述权利要求之一所述的电极， 其特征在于， 一个、 多个或所有绝缘层(3、 5、 7) 具有绝缘的纺织材料或由其组成。 9.预制的导电纺织面料和/或预制的纺织电磁兼容屏蔽材料的一种应用， 即制造用于 测量电信号、 尤其生物信号的电容式纺织电极(1)。 10.一种用于测量电信号、 尤其生物信号的电容式纺织电极(1)的制造方法， 步骤为： a)制备预制的导电纺织材料以及预制的绝缘材料， b)将导。

8、电纺织材料和绝缘材料裁剪成预先给定的尺寸和形状的块， c)将裁剪好的块相互粘接成具有多层结构的电极(1)， 其具有由纺织材料制造的至少 两个导电层(2、 4、 6)和布置在所述至少两个导电层之间的至少一个绝缘层(3、 5、 7)。 11.按照权利要求10所述的方法， 其特征在于， 导电纺织材料和/或绝缘材料裁剪成预 先给定的尺寸和形状的块借助激光进行。 权 利 要 求 书 1/2 页 2 CN 105451644 A 2 12.按照权利要求10或11所述的方法， 其特征在于， 裁剪好的块的相互粘接至少部分地 借助导电粘合剂进行。 13.按照权利要求10至12之一所述的方法， 其特征在于， 在权。

9、利要求10的步骤c)中将用 于放大由电容式电极(1)输出的电信号的电子放大装置(8)集成在电容式电极(1)的多层结 构中。 权 利 要 求 书 2/2 页 3 CN 105451644 A 3 电容式纺织电极及其制造方法和使用方法 技术领域 0001 本发明涉及一种按照权利要求1前述部分的电容式纺织电极用于电信号、 尤其生 物信号的电容式测量。 此外本发明涉及使用预制的导电纺织面料和/或预制的纺织电磁兼 容屏蔽材料制造电容式纺织电极的按照权利要求9的方法以及涉及用于制造电容式纺织电 极的按照权利要求10的方法。 0002 总体上本发明涉及用于电容式测量电信号的电容电极的领域。 借助电容式检测原。

10、 理可以在不直接与待测物体电接触的情况下检测电信号。 这种电容式电极适合用于例如检 测生物的生物信号， 例如检测心电图信号或者心率信号。 0003 专利文献DE 10 2008 049 112 A1中已知一种电容式纺织电极。 发明内容 0004 与现有技术相比本发明要解决的技术问题在于， 提供一种电容式纺织电极， 其可 以更简便和更经济地被制造并且因此尤其适合大批量制造。 此外， 还提供对这种电极的有 利的制造方法以及对预制的导电纺织面料和/或预制的纺织电磁兼容屏蔽材料的有利的使 用方法。 0005 上述技术问题按照权利要求1通过一种电容式纺织电极解决， 其用于电容式测量 电信号、 尤其生物信。

11、号， 其中， 该电极具有多层式的结构， 其具有由纺织材料制成的至少两 个导电层和布置在至少两个导电层之间至少一个绝缘层， 其特征在于下述特征中的一个、 多个或所有： 0006 a)至少两个导电层通过粘接相互连接和/或与绝缘层机械性地连接， 0007 b)至少一个、 多个或所有的导电层具有预制的导电纺织面料和/或预制的纺织电 磁兼容屏蔽材料或由其组成， 0008 c)至少一个、 多个或所有的导电层设计为激光切边的织物块， 0009 d)用于放大由电容式电极输出的电信号的至少一个电子放大装置集成在电容式 电极的多层结构中。 0010 本发明具有的优点在于， 所述电容式纺织电极可以尤其有效地以工业生。

12、产的常用 机器自动地制造。 省掉了必要的手动操作或使其减至最小。 迄今为止所公开的为了制造电 极面、 也就是由纺织材料制造的导电层， 必不可少地要将导电线纺织进或绣进纺织材料中。 区别于此地， 按照本发明的一个方面建议， 至少一个、 多个或所有的导电层至少部分地由预 制的导电纺织面料和/或预制的纺织电磁兼容屏蔽材料构成。 这在制造工艺方面具有很大 的优点。 导电的纺织面料能以匹料得到。 导电的纺织面料尤其能设计为纺织电磁兼容屏蔽 材料。 电磁兼容英文简称为EMC。 电磁兼容屏蔽材料在别的地方用于例如建筑物中的房间屏 蔽电磁辐射。 以纺织形式的电磁兼容屏蔽材料或者常用的导电的纺织面料能在市场上作。

13、为 成品获得， 例如从Statex公司或Aaronia公司， 例如屏蔽绒料X-Dream。 这种产品能以成卷匹 料获得并且能相应地简便地自动化处理。 0011 按照迄今为止所公开的， 必不可少地要将电极的多层结构的单个层通过缝接机械 说 明 书 1/5 页 4 CN 105451644 A 4 性地接在一起。 即使使用自动化的缝纫机或缝纫机器人， 这种缝接过程也意味着较高的时 间耗费。 此外， 由于要引导很细的线， 这种制造工艺不会如期望的那样稳定。 会出现故障时 间和维护时间。 区别于此地， 按照本发明的一个方面建议， 至少两个导电层通过粘接相互连 接和/或与绝缘层机械性地连接。 这同样可以。

14、非常经济地自动化。 粘接连接根据所使用的粘 合剂而不同。 0012 此外， 对于已知的电极存在例如为导电层制备合适的织物块的问题。 手工剪切对 于大批量制造来说是相当不经济的。 使用剪切机器人、 例如切割机的形式， 在切下的料块的 边缘并不能总是达到预期的切割质量， 可能会散线。 此外， 根据使用的纺织材料的不同， 所 用的切割刀具会有相当大的磨损， 对于维护这种设备的时间和成本又使制造更不经济。 所 使用的纺织材料部分地也不利于机械性的切割。 区别于此地， 按照本发明的一个方面建议， 至少一个、 多个或所有的导电层设计为激光射线切边的织物块。 以此， 织物块可以通过激光 射线直接从原料中、 。

15、例如从预制的导电纺织面料和/或预制的纺织电磁兼容屏蔽材料中切 出。 激光裁剪、 例如借助计算机控制的激光裁剪装置实现以预期的形状快速制备织物块， 其 中， 该形状也可以任意地不规则地裁剪。 此外， 所制备的织物块能更好地进一步处理并且不 会轻易地散线。 0013 按照本发明的另一个方面， 至少一个用于放大由电容式电极输出的电信号的电子 放大装置集成在电容式电极的多层结构中。 这样的优点在于， 由电容式电极或由其导电层 提供的与电参量能直接就地进行与电相关的进一步处理并且其中尤其能被放大。 这对信号 质量是有好处的。 在电子放大装置布置的更远的情况下会有向馈线中杂散的风险。 按照本 发明的电极可。

16、以防止这种风险。 可以提供一种紧凑式的电容式电极， 在其外部电连接上就 已经能提供通过电子放大装置处理过的电信号并且以此能够直接连接到进一步进行处理 的与电相关的装置上。 电子放大装置可以具有任意的对各应用适合的放大系数。 放大系数 可以小于或者大于1或等于1。 0014 一般而言， 电容式纺织电极具有的优点在于， 其能够在整体上柔性地设计。 这实现 了在常见物体中的安装， 例如座椅、 躺椅或者衣物。 在此， 这种柔性的电极能至少部分地记 录产生的运动并随之形变。 通过加装在这些物体中的电极能够直接对坐在座椅上或者躺在 躺椅上的人员记录例如心电图。 0015 在柔性的电容式电极中集成的电子放大。

17、装置同样能设计为柔性的电子放大装置， 例如以柔性电路板设计。 也能使用非柔性的电子放大装置。 在这种情况下有利的是， 将其在 面积上保持的相当小， 以便不会太大地影响到电容式纺织电极的其余区域的柔性。 0016 纺织材料应该理解为尤其是与单个纺线的联结方式无关的各种平面式的纺织品， 例如网状织物、 钩编物、 编结物、 纺织物、 针织物、 缝织物、 非纺织而成的纺织品和毡料。 0017 按照本发明的有利的改进设计， 用于机械性连接所述层的粘合剂是导电粘合剂， 其同样也建立了电极的至少一个导电层与至少一个与其连接的电器件的电连接， 例如与电 子放大装置或电连接线缆。 这样的优点在于， 不需要有另外。

18、的措施用于电接触。 通过单个层 相互粘接的步骤就已经建立了必要的电接触。 以此能使电容式电极的量产制造进一步显著 地优化。 相反地， 在已知的建议方案中， 接触例如必须借助钎焊或折边连接或导电线， 这使 得制造耗费明显地升高。 此外， 借助导电粘接剂的电接触实现了电容式纺织电极的牢靠的 构造。 在电极的使用中不会再有钎焊或折边连接例如由于柔性电极的变形而被损坏或折断 说 明 书 2/5 页 5 CN 105451644 A 5 的情况。 作为粘合剂可以使用例如CircuitWorks公司的CW2400。 能使用的例如还有具有金 属成分例如银成分的二组分粘合剂。 0018 按照本发明的有利的改进。

19、设计， 所述电极具有至少三个由纺织材料制造的导电层 以及布置在导电层之间绝缘层。 对于至少三个导电层， 尤其可以具有至少一个感应层用于 待借助电极测量的信号的电容式耦连、 至少一个防护层用于屏蔽外部干扰对感应层的影 响、 至少一个参考电势层。 参考电势层与参考电势连接或者能与参考电势连接、 例如与电路 的接地电势或零电势连接。 具有所述至少三个导电层的优点在于， 按照本发明的电极在不 对干扰信号过度灵敏的情况下对于要检测的电信号是尤其灵敏的。 除了布置在三个导电层 之间的两个绝缘层之外还可以具有第三个绝缘层， 以便得到总共六层的结构。 通过第三个 绝缘层使电极能对于环境绝缘， 就是说， 第三个。

20、绝缘层是位于外侧的绝缘层。 第三个绝缘层 尤其可以布置在参考电势层上。 0019 按照本发明的有利的改进设计， 防护层布置在感应层与参考电势层之间。 以此， 电 极尤其不易受干扰辐射的影响。 0020 按照本发明的有利的改进设计， 至少两个或至少三个导电层具有至少一个感应层 用于电容式耦连待借助电极测量的信号， 其中， 感应层设计为电极的多层结构的位于外侧 的层， 在其外侧未设绝缘层。 由此能使按照本发明的电极的结构进一步优化， 这不仅是在简 便和低成本制造方面而且也在功能方面。 基本上， 对于电容式电极的功能来说尽管需要在 感应层的外侧绝缘， 但是在电容式纺织电极的一般使用情况中这种绝缘却可。

21、以通过使用环 境提供， 例如像座椅套或衣物材料的表面。 与此相应地， 按照本发明的电极在其结构和制造 方面相对于已知的建议方案进一步的简化了。 0021 按照本发明的有利的改进设计， 绝缘层具有至少一个与由纺织材料制造的导电层 重叠的留空， 导电层与电器件通过该留空电接触。 这有利的实现了没有处于外部的接触线 的电极的多层结构。 接触部同样能向电极中集成。 电器件可以是例如前面已经提过的电子 放大装置或者其他部件或者连接线缆。 所述的通过在绝缘层中的留空的接触可以对电极的 一个、 多个或所有绝缘层实现。 0022 基本上绝缘层可以由任意一种绝缘材料制造。 有利之处在于， 绝缘层由柔性材料 制造。

22、， 以便实现整体上柔性的电容式纺织电极。 按照本发明的有利的改进设计， 一个、 多个 或所有绝缘层具有绝缘的纺织材料或由其组成。 这样的优点在于， 绝缘层能以与导电层相 同的处理步骤制备、 尤其借助激光裁剪预制的、 例如成卷的或以另外的形式制备的纺织材 料。 0023 此外， 开始所述的技术问题还按照权利要求9通过对预制的导电纺织面料和/或预 制的纺织电磁兼容屏蔽材料的应用， 即用于制造测量电信号、 尤其生物信号的电容式纺织 电极来解决。 尤其地， 前述类型的电极能以此被制造。 由此也能实现开始所述的优点。 0024 此外， 开始所述的技术问题按照权利要求10通过测量电信号、 尤其生物信号的电。

23、 容式纺织电极的制造方法解决， 该方法包括步骤： 0025 a)制备预制的导电纺织材料以及预制的绝缘材料， 0026 b)将导电纺织材料以及绝缘材料裁剪成预先给定的尺寸和形状的块， 0027 c)将裁剪好的块相互粘接成具有多层结构的电极， 其具有至少两个由纺织材料制 造的导电层和至少一个布置在至少两个导电层之间的绝缘层。 说 明 书 3/5 页 6 CN 105451644 A 6 0028 有利的是以所给出的顺序执行所述步骤a)到c)。 以此能制造具有前述优点的前述 电容式纺织电极。 0029 将导电纺织材料和/或绝缘材料裁剪成预先给定的尺寸和形状的块能借助激光进 行。 由绝缘材料构成绝缘层。

24、， 由导电纺织材料构成电极的导电层。 绝缘材料尤其可以是绝缘 的纺织材料。 裁剪好的块的粘接可以至少部分地借助导电粘合剂进行。 可选地是额外地对 电极的单个或者所有层进行缝接。 总共可以布置至少三个由纺织材料制造的导电层， 在它 们之间分别布置绝缘层。 至少三个导电层可以如前面为电极所述那样构成。 0030 按照本发明的有利的改进设计， 在权利要求10的步骤c)中将用于放大由电容式电 极输出的电信号的电子放大装置集成进电容式电极的多层结构中。 附图说明 0031 下面根据实施例并参照附图进一步阐述本发明。 附图中， 0032 图1以按照分解视图的形式示出等距视图中的电极， 0033 图2示出按。

25、照图1的电极的侧视图， 0034 图3以俯视图示出按照图1的电极的各个层， 和 0035 图4示出按照图1的电极的俯视图和 0036 图5以透视图的方式示出按照图1的电极的俯视图。 0037 在附图中对相互对应的元件使用相同的附图标记。 具体实施方式 0038 图1示出以等距视图显示的在粘接到一起之前的各层的电极1。 能看到三个由导电 纺织材料制造的导电层2、 4、 6以及三个由绝缘的纺织材料制造的绝缘层3、 5、 7。 最上面的导 电层2是电极的感应层， 其用于与待借助电极测量的信号的电容式耦合。 中间的导电层4是 防护层， 其用于屏蔽外部干扰、 尤其静电放电(ESD)对感应层2的影响。 下。

26、面的导电层6是参 考电势层， 其与参考电势连接。 感应层2在角部具有留空21， 通过其构成接触接片20用于感 应层2的电接触。 防护层4具有接触接片40， 其通过将接触接片40左侧和右侧的防护层4的纺 织材料的料块去除而构成。 接触接片40用于防护层4的电接触。 参考电势层6与感应层2相似 地构成， 不过在对置的侧具有接触接片60。 接触接片60是根据从参考电势层6的纺织材料裁 剪出的留空61构成的。 最上面的绝缘层3在角部具有留空30， 该留空位于接触接片20之下。 中间的绝缘层5在相同侧的对置的角部具有留空50。 留空50与接触接片60重叠。 最下面的绝 缘层7不具有这样的留空。 层2、 。

27、3、 4、 5、 6、 7可以通过例如激光裁剪形成所述和所示的外部轮 廓。 以激光按照外部轮廓行进， 以此能容易地产生所述的留空。 由此产生纺织块的激光切 边， 如感应层2的切边22的形状所示。 0039 电极1或者单个层2、 3、 4、 5、 6、 7的外部形状不是必须如图1所示的一样基本上是矩 形的， 而是可以成为其他任何所期望的形状， 例如椭圆形、 四角倒圆的矩形或者圆形。 0040 在图1所示的多层结构中， 在具有接触接片20、 40、 60的区域中集成用于放大由电 容式电极输出的电信号的电子放大装置8。 在此， 电子放大装置8布置在上面的绝缘层3与防 护层4之间。 这仅是对可能的布置。

28、的示例， 电子放大装置8的其他定位也是有利地可以实现 的。 电子放大装置8在图1中显示在上面的侧上具有电连接面80， 在下面的侧上具有两个其 说 明 书 4/5 页 7 CN 105451644 A 7 它的电连接面81、 82， 电连接面的形式例如为接触垫。 通过留空30、 50， 接触接片20可以与连 接面80电连接， 接触接片40可以与连接面81电连接， 以及接触接片60可以与连接面82电连 接。 通过在其余区域中重叠的绝缘层3、 5、 7， 可以避免出现非预期的短路或者错误接触。 0041 图2以电极1的安装有电子放大器8的窄侧的侧面视图示出按照图1的电极1。 能看 出在电子放大装置8。

29、的不同侧上布置的连接面80、 81、 82以及其能实现的穿过绝缘层3、 5到 接触接片20、 40、 60的接触 0042 图3再次部分相邻地示出单个层2、 3、 4、 5、 6以及电子放大装置8的俯视图， 其中， 导 电层2、 4、 6分别在所配属的位于下方的绝缘层3、 5、 7之上。 0043 图4示出在组装成电极1之后的在图3中所示的元件， 就是说在单个层互相通过导 电的粘接剂粘接之后。 图5以透视图示出按照图4的电极1， 在图中位于更深处的层也是可见 的。 尤其能看到的是电子放大器8的轮廓、 连接面80、 81、 82以及不同的接触接片20、 40、 60和 留空30、 50。 004。

30、4 图5还示例性地示出电极1借助电连接线缆83的电接触。 由电子放大器8输出的电 信号能借助电连接线缆83引导至实际应用、 例如心电图或者心律监测系统。 0045 所述的电极适合用于集成在座椅中、 尤其家具座椅或者交通工具座椅中， 集成在 躺椅中、 例如用于病人监测， 以及用于衣物的集成。 电极的重要应用领域是心电图或心律测 量。 0046 正如所看到的一样， 按照本发明的电极可以为自动化制造进行很大程度的优化。 可以执行下列步骤： 0047 -处理导电的和绝缘的纺织匹料， 0048 -通过激光例如从备料辊子或者纺织材料的坯料上裁剪织物， 0049 -进行裁剪的成形， 使稍后的粘接和绝缘或者电。

31、接触通过对裁剪的设计得到简化， 0050 -将单个的层相互粘接， 例如通过多层结构的挤压， 0051 -使用导电粘结剂实现同时的电接触， 0052 -将电子放大装置粘结到多层结构中， 0053 -必要时可选地将各层缝接。 说 明 书 5/5 页 8 CN 105451644 A 8 图1 说 明 书 附 图 1/4 页 9 CN 105451644 A 9 图2 说 明 书 附 图 2/4 页 10 CN 105451644 A 10 图3 说 明 书 附 图 3/4 页 11 CN 105451644 A 11 图4 图5 说 明 书 附 图 4/4 页 12 CN 105451644 A 12 。