基于CNT/aPDMS柔性干电极的可穿戴电生理信号采集系统

发布时间：2021-06-19 12:19

　　研制了基于一种多壁碳纳米管（MWCNT）和粘性聚二甲基硅氧烷（PDMS）混合物干电极的可穿戴生理信号采集系统。干电极主体采用聚酰亚胺（PI）—铜箔—聚酰亚胺三明治结构,表面具有MWCNT掺杂的粘性PDMS涂层,可直接粘附于表皮采集生理信号,并提供了良好的接触性能。采样系统包括发送端及接收端,使用ADS1299集成模拟前端进行采集及模数转换。信号传输使用蓝牙协议,整体尺寸为45 mm×20 mm×10 mm,使用锂电池供电,数据可直接使用MATLAB程序接收并进行分析。系统使用CNT/aPDMS电极采样的信号质量和传统湿电极获取的信号质量相当。 

【文章来源】：传感器与微系统. 2020,39(01)CSCD

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

CNT/a PDMS电极工艺流程

CNT/a PDMS电极的阻抗测试如图2所示，制作了2种不同直径的电极(6,8 mm)，使用阻抗分析仪(E4990A，是德科技)分别测试了3种情况下的阻抗(20 Hz～10 k Hz):2个相同直径的电极贴合，电极贴于平整的铜箔上和电极2个电极贴附于皮肤上。阻抗由10次采样平均获得，电极—电极和电极—皮肤情况下，2个电极视为阻抗相同，故其阻抗计算为1/2。6 mm直径电极的阻抗为1.38 kΩ(20 Hz)～1.37 kΩ(10 k Hz)，与平整铜箔接触的6 mm直径电极阻抗为8.47 kΩ(20 Hz)～7.73Ω(10 k Hz),8 mm直径电极的阻抗为660Ω(20 Hz)～650Ω(10 k Hz)，与平整铜箔接触的8 mm直径电极阻抗为4.42 kΩ(20 Hz)～3.16 kΩ(10 k Hz)。由于直径减小即接触面积减少，6 mm直径电极在三种条件下其阻抗都高于8 mm直径电极。而电极—电极接触阻抗要显著低于电极—铜箔阻抗，这得益于CNT/a PDMS界面间更高的接触面积。皮肤接触阻抗是影响生理信号采集的重要因素，8 mm直径电极的皮肤接触阻抗为2.57 MΩ(20 Hz)～13.5 kΩ(10 k Hz)。对于接触阻抗在MΩ级的干电极，采用高输入阻抗的放大器十分必要。2 采样系统

可穿戴式肌电采集系统框架如图3所示，系统可分为发送端和接收端两部分，发送端由CNT/a PDMS电极，ADS1299模拟前端，PSo C4片上系统，蓝牙发送模块和电池组成，接收端由蓝牙接收模块，上位机组成。2.2 发送端

【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性可穿戴生命体征传感器的研究进展[J]. 何宏瑾,王跃林.  传感器与微系统. 2018(07)
[2]面向人工耳蜗的柔性生物微电极稳定性研究[J]. 包步峰,吉博文,王明浩,郭哲俊,杨斌,陈翔,王晓林,刘景全.  微电子学. 2018(03)
[3]可穿戴传感器趋势及部分新产品技术[J]. 迎九.  电子产品世界. 2018(05)
[4]新型EEG检测干电极设计制备和测试研究[J]. 盖淑萍,刘军涛,刘欣阳,王力,蔡新霞.  仪器仪表学报. 2016(01)
[5]MEMS微针阵列干电极及其在生理电信号采集中的应用[J]. 蒋小梅,张俊然,张坤,周博,陈富琴.  中国生物医学工程学报. 2015(05)
[6]基于模拟前端ADS1299的脑电信号采集系统[J]. 陈悦,罗锦宏,何可人,邹凌.  测控技术. 2015(08)
[7]有源柔性表面肌电电极阵列设计[J]. 张恒毅,陈香.  电子测量与仪器学报. 2014(08)
[8]基于ADS1299的可穿戴式脑电信号采集系统前端设计[J]. 谢宏,李亚男,夏斌,姚楠.  电子技术应用. 2014(03)
[9]柔性同心圆差分阵列表面肌电电极研制[J]. 董中飞,陈香,邓浩,张永强.  电子测量与仪器学报. 2012(04)
[10]干电极脑电采集技术综述[J]. 王晓韡,石立臣,吕宝粮.  中国生物医学工程学报. 2010(05)



本文编号：3237801