CN101312688B - 生物测定传感器 - Google Patents
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Abstract
一种生物测定传感器装置(1)，包括：薄的柔性层叠传感器主体(2)；导电感测板(21)；所述感测板和所述外表面(7)之间的第一非导电层(41)；具有贯通开口(54)的导电屏蔽板(53)，其覆盖所述感测板；所述感测板和所述屏蔽板之间的第二非导电层(51)；内表面(6)上的导电电路线(73)；所述屏蔽板和所述电路线之间的非导电隔离层(61，71)；安装在内表面(6)上的信号处理电路，所述电路(100)包括具有输入端(111)的差分放大器(110)；导电互连体(82)，其与所述第二非导电层(51)和所述隔离层(61，71)交叉，穿过所述屏蔽板(53)的贯通开口(54)延伸，耦合所述感测板(21)和所述放大器(110)的所述输入端(111)。
Description
技术领域
本发明总体上涉及用于感测生物电信号的生物测定传感器。
背景技术
众所周知，在人体的各处会产生电信号，这些信号代表了人体内的电活动。这种电活动的重要来源是心脏、大脑、运动的肌肉等。已经知道测量这些电信号并提供这些信号的时间配准，例如心电图(ECG)、脑电图(EEG)、肌电图(EMG)，以便获得有关特定身体状况的信息。
在测量这些信号时，必需要克服一些问题。第一个问题和人体皮肤是不良导体的事实有关。关于这一点，可以对测量传感器进行如下分类。刺穿传感器，例如针，刺穿皮肤并与皮肤之下的身体的导电部分之间将会具有良好的电接触，但这种传感器在实际应用中不适合。接触电极的形式为与皮肤紧密接触的导电板，其会受到传感器和皮肤之间较高的接触电阻的影响。为了通过改善电流接触来缓解这个问题，使用湿电极，其包括导电板和皮肤之间的导电凝胶(含氯化银)；不过，这种凝胶可能会导致发炎甚至过敏反应。
为了克服接触电极的上述问题和缺陷，已经开发出了无接触传感器，用于通过电容耦合测量电信号。然而，这种电容式的传感器引起了不同种类的问题。在这方面最重要的问题涉及到这种电容式传感器易受周围产生的电信号影响这一事实。干扰信号或噪声信号的重要来源是被通过静电充电至高压(可以为1000V或更高量级)的电源线路(携带230V或更高量级的电压)或运动的人体。
第二个问题涉及到用户的舒适感。在实践中，已经有人指出电容式生物测定传感器坚硬且较为沉重。虽然生物测定传感器具有几种可能的应用，一个重要的应用领域是实现在衣服中或与衣服集成在一起。在这种应用中，坚硬的传感器是不合要求的，因为它们对用户来说不舒适。此外，坚硬的传感器有与皮肤之间仅有不良接触的问题：为了实现良好的接触，需要生物测定传感器具有足够的柔性以适应于人体的弯曲情况并随着这种弯曲而变化，例如在肌肉运动的时候。
当将这种传感器实现在座椅、床或检查台的表面材料中时会遇到同种问题，这种实现方式使得易于获得人的人体信号而无须对此人的皮肤特别采用传感器。
国际专利公开WO 2005/032368公开了一种柔性生物测定传感器，其提供了与皮肤的电容耦合。该公开的传感器包括导电布料(cloth)，通过在纺织材料中加入导电丝线提供该导电布料。这种设计的缺点是它需要适应纺织制造工艺。另一个缺点是这种布料通常要覆盖较大的表面面积，使得传感器的空间分辨率较低。相反，如果要使用表面面积较小的布料，这种传感器将仅含有较少数量的导电丝线，与要检测的信号之间仅有较差的耦合。
另一方面，这种传感器将对来自周围的信号相当敏感，将很难在实际的人体信号和噪声信号之间进行区分。在这一方面，值得注意的是，噪声信号可能会具有100mV或更高量级的幅值，而实际人体信号可能具有1mV或更低的幅值。
本发明目的在于克服上述问题和缺陷。
具体而言，本发明旨在提供一种生物测定传感器装置，其具有充分的柔性以适应人体的弯曲情况，适于结合到衣服中，并对来自周围的电信号具有降低的敏感性。
发明内容
根据本发明的重要方面，一种生物测定传感器装置包括柔性导电层的叠层，通过柔性绝缘层将柔性导电层彼此隔开。第一层包括感测区域。第二层包括防护板。该装置还包括集成信号处理电路以及覆盖该电路的另一导电层，该导电层连接到预定电压电平，优选为零电压。
附图说明
以下将参考附图，通过对根据本发明的传感器装置的优选实施例的以下描述进一步解释本发明的这些和其他方面、特征和优点，在附图中相同的参考标记表示相同或相似的部件，其中：
图1A示意性地示出了根据本发明的生物测定传感器装置的顶视图；
图1B示意性地示出了从相反方向观察的图1A的生物测定传感器装置的顶视图；
图2为柔性箔的一部分的截面示意图；
图3是图1A的生物测定传感器装置的截面示意图；
图4A-C示意性地示出了用于制造图1A的生物测定传感器装置的一种可能的制造工艺的步骤；
图5是图1A的生物测定传感器装置的电子信号处理电路的方框图。
具体实施方式
图1A是根据本发明的生物测定传感器装置1的优选实施例的示意性内侧视图，而图1B是同一装置的示意性外侧视图。传感器装置1包括薄的柔性传感器主体2，该主体包括在折叠部分5处彼此相连的两个翼状部分3、4。传感器主体2具有两个相对的主表面，即可在图1A的内侧视图中看到的第一主表面6以及可在图1B的外侧视图中看到的相反的第二主表面7。在使用时，两个翼状部分3、4将折叠到一起，使得折叠部分5呈环形(loop)，两个翼状部分的第一主表面6将会彼此相对；因此，也把第一主表面6称为“内表面”，而在如上所述那样折叠时相反的第二主表面7将处于装置的外侧，也将它们称为“外表面”。
两个翼状部分3、4的轮廓形状不是必需的。通常，这两个翼状部分将具有相同的轮廓，但即使这也不是必需的。在图示的实施例中，两个翼状部分具有八边形轮廓，但其他轮廓，例如圆形轮廓也是可能的。
第一翼状部分3沿其周边具有第一系列的通孔8；类似地，第二翼状部分4沿其周边具有第二系列的通孔9。定位第一孔8和第二孔9，使得在将两个翼状部分3和4折叠到一起时，第一孔8和第二孔9彼此对准。这些孔有助于例如通过缝合而将传感器装置1附着于衣服。
如下文将更详细描述的那样，第一翼状部分3在其外表面7上具有基本上位于中心的导电感测板21和设置于感测板21周围的环形导电保护环22。感测板21的形状不是关键的，但优选圆形。同样地，保护环22的形状不是关键的，但圆形也是保护环优选的形状。感测板21的直径不是关键的，通常该直径是定位精度和电学灵敏度之间折衷的结果。在适当的实施例中，感测板21的直径通常在10到15mm的范围内，实验性实施例具有12mm的直径。保护环22通常可以具有约1到2mm的宽度，感测板21和保护环22之间的径向距离通常也可以在1到2mm的范围内。
如在图1A的内侧视图所看到的，第一翼状部分3承载着接触焊盘16，用于连接外部线路和电子电路元件17。
如虚线所示，传感器主体2还包括第一翼状部分3中的第一接地板13以及第二翼状部分4中的第二接地板14。这些接地板13、14都是导电的但又薄到足以是机械柔性的，它们位于距内表面6一定距离且距外表面7一定距离处，因此在图1A和图1B中用虚线表示。
如图1A所示，第一翼状部分3在其内表面6上具有至少一个导电接触区11，其电连接到第一接地板13。同样地，第二翼状部分4具有至少一个导电接触部12，其电连接到第二接地板14。在图示的实施例中，第一翼状部分3具有在直径上彼此对置的两个接触部11，第二翼状部分4的情况也是如此。定位接触部11和12，使得在折叠传感器主体时，两个翼状部分3和4的接触部11和12彼此对准。于是，这些接触部确保了第一接地板13和第二接地板14之间的电连接。还可以将接触部用于机械密封处于折叠状态下的传感器主体2。在可能的实施例中，可以为接触部11、12提供焊锡，在折叠传感器主体2之后的局部热处理可以使相对的接触部11、12彼此焊接到一起。
在下文中，将给出传感器主体2的内部设计的更详细描述。
首先，参考图2，其示意性示出了柔性的箔30(通称为“柔性箔”)的截面，且包括第一层31和第二层32。第一层31基本上不导电，而第二层32基本上导电。通常，第二层32是厚度大约为10到20μm量级的薄铜层。在标准的可用产品中，该厚度大约为17.5μm，在另一标准的可用产品中，该厚度大约为35μm。第二层是具有电性能的绝缘体。用于不导电的第一层31的典型材料是capton。图2中设计的柔性箔30是市场上可买到的，不导电的第一层31的厚度具有不同尺寸，该产品典型地被用作所谓的“柔性PCB”。由于该材料是公知的，如本领域技术人员所清楚的，在此不需要进一步描述。不过，要指出的是可以将这种公知的柔性箔30用于制造传感器主体2，更具体而言是通过将多层柔性箔30彼此叠置附着，如从以下描述中将会明了的那样。可以利用适当的粘合剂，或通过进行热处理使capton层流动并粘附到相邻层来实现附着。
图3示意性地示出(未按比例)了沿图1B的线III-III的生物测定传感器装置1的截面。在本实施例中，传感器主体2由四个彼此叠置附着的柔性箔层40、50、60、70的叠层构成。第一柔性箔层40的非导电层41朝向装置外侧，使得该第一非导电层形成传感器装置1的外表面7。利用公知的技术，例如蚀刻，去除第二导电层42的一部分，在感测板21周围留下导电感测板21和导电环形保护环22。
在使用时，可以使传感器装置1紧密靠近要检查的人体的皮肤，甚至与该人体接触。那么，非导电层41将充当电绝缘体，在人体和导电感测板21之间提供电流隔离，并且还充当人体和感测板21之间的电介质。于是，感测板21将测出人体皮肤中存在的电场变化。
第二柔性箔50附着到第一柔性箔40，使得第二非导电层51与第一导电层42接触。实际上，这意味着感测板21和保护环22被完全包封在两个非导电层41和51之内。要指出的是，为了清晰起见，即使在已经去除导电材料的位置上，也把第一导电层42绘示成位于传感器主体2的整个区域之上。于是，虽然起初柔性箔40曾在其整个表面之上包括导电层42，但传感器主体2中的第一柔性箔40仅保留了导电部分21和22。在这些部分21和22之外，层42实际不再存在，使得在已经去除第一导电层42的部分中，第一非导电层41和第二非导电层51实际上直接彼此附着。然而，为了清晰起见，图3示出了第一非导电层41和第二非导电层51之间的距离，表示第一导电层42的被去除的部分。加以必要的变更，同样的情况也适用于其他层，本领域的技术人员应当对此很清楚。
还要指出的是，只要考虑到第一导电层42，传感器装置1的有源部分都是指所述部分21和22。可能已经在这些部分21和22之外整个去除了第一导电层42，但也可能仍保留了第一导电层42的其他部分，只要这些第一导电层42的其他部分不与部分21或22电接触，它们对传感器装置没有任何有源功能，对传感器装置的工作也没有干扰，并且甚至有助于屏蔽外部场。
在第二柔性箔50的第二导电层52中，在最优选的实施例中，限定防护板53，其范围至少对应于保护环22的范围并且甚至可以延伸超过保护环22的外周。在本实施例中已经整个去除了防护板53外部的第二导电层52。
第三柔性箔层60附着到第二柔性箔层50，使得第三柔性箔层60的第三非导电层61与防护板53接触；从而防护板53整体嵌入在非导电层51和61之间。在第三柔性箔60的第三导电层62中，仅去除了传感器主体2周边周围的小部分，使得第一翼状部分3中保留第三导电层62的大部分，从而限定第一翼状部分3的第一接地板13。同样地，在第二翼状部分4中保留第三导电层62的大部分66，限定第二翼状部分4的第二接地板14。
图3示出了在传感器主体2的折叠部分5中仍可存在第三导电层62。那么希望在该折叠部分5中蚀刻掉部分第三导电层62，留下一些连接第一接地板13与第二接地板14的小导电线15，如图1A所示。通过在折叠部分5中去除大部分第三导电层62，改善了该折叠部分5的柔性。只要这些导电线15保持原样，甚至可以省去接触部11和12。然而，对于如前所述的具有接触部11和12的实施例而言，可以省去连接线15，在这种情况下，可以在折叠部分5中整个去除第三导电层62，从而进一步提高折叠部分5的柔性。
第四柔性箔层70的第四非导电层71附着到第三柔性箔60的第三导电层62。第四柔性箔70的第四导电层72限定传感器装置1的内表面6。在大部分上蚀刻掉第四导电层72，留下电接触部11和12，还留下连接电路元件17的端子和接触焊盘16的电路线。由于已经在第四柔性箔70的大部分表面上去除了第四导电层72，因此也可以说传感器装置1的内表面6是由第四非导电层71的自由表面限定的，并且该内表面6设有导电接触部分11和印刷电路线73，74，75。
通过至少一个导电体81将保护环22电连接到防护板53，导电体81穿过第二非导电层51，在下文中将其称为“互连体(interconnector)”。在优选实施例中，传感器装置1包括设置成圆形图案的一系列这种互连体81，其相互之间的间隔可以小至1-3mm。防护板53充当着对电场的屏蔽，很大程度上防止了这种电场达到感测板21。屏蔽环22和互连连接器81的组合进一步改善了屏蔽效应，或多或少像法拉第笼。第一翼状部分3的接地板13在使用时将连接到预定电压电平(优选为零电压)，这进一步有助于屏蔽掉这种电场。可以容易地看出，当把传感器装置1施加到人体皮肤时，在接地平面13、63和传感器装置的外表面7之间仅留有很小间隙，该间隙的宽度由三个非导电层41、51和61的厚度的组合限定，通常将小于100μm。通过防护板53、保护环22和互连体81限定的法拉第笼进一步屏蔽掉能够穿过该间隙的电场线。
为了将来自外界的电场的影响保持尽可能小，在第一翼状部分3的内表面6上放置处理所拾取的信号的电路，使其输入端子尽可能靠近感测板21。根据本发明的重要方面，例如，通过蚀刻掉第二导电层52的相应的小部分，在第二导电层52中限定小开口54，同样地，在第三导电层62中设置小开口64，这两个开口54和64彼此对准。将第四导电层72的第一电路部分73限定为与所述开口54和64对准。图3示出了第一电路部分73和所述开口54和64与感测板21对准，并且通过第二、第三和第四非导电层51、61和71的第二互连体82将感测板21连接到第一电路部分73，从而延伸穿过所述开口54和64，使得该第二互连体82既不接触防护板53也不接触接地板63。图3还示出了封装形式的电路元件17，该封装具有端子引线，输入端子引线17a电连接到所述第一电路部分73。在优选实施例中，该输入端子引线17a与第二互连体82基本对准。如稍后所述，图3所示的电路元件17包括放大器。
根据本发明的又一重要方面，在接地板63中限定第二开口65，并且第三互连体83将第四导电层72的第二电路部分74与防护板53连接。如图所示，该第三互连体83甚至可以延伸到保护环22。于是第三互连体83经过第二、第三和第四非导电层51、61和71，接触第二导电层52，并延伸穿过第三导电层62的第二开口65，从而不与第三导电层62电接触。通过第四导电层72的印刷电路线将第二电路部分74连接到第三电路部分75，放大器元件17的输出端子引线17b连接到该第三电路部分75。
互连体81、82、83的重要特征是它们不延伸穿过第一非导电层41。因此，虽然第一互连体81与第一导电层42的保护环22部分接触，但第一互连体81不延伸穿过第一非导电层41。更具体而言，第一非导电层41总是覆盖第一互连体81，以避免从外表面7一侧与第一互连体81电流接触的可能性。第二和第三互连体82和83也是这种情况。
在图3中，互连体81、82、83被示出为薄的纵向导体。虽然这样的实施例不是不可能，但考虑到柔性箔层的小厚度，这是相当不实际的。在更实际的优选实施例中，将互连体81、82、83设置为金属化过孔。制造金属化过孔以在薄的非导电衬底的相反面上的两个导电层之间提供贯通连接的技术是公知的。虽然如此，以下附图示意性地示出了制造根据本发明的传感器装置的制造工艺中的可能步骤。
图4A示意性地示出了第一柔性箔40的一部分的截面，其包括在整个表面上延伸的第一非导电层41以及第一导电层42。例如，通过蚀刻工艺去除部分导电层42，从而保留感测板21和防护环22。在这种条件下，将把该柔性箔表示为第一中间产品240。
图4B以类似方式示出了第二柔性箔50，其具有在整个表面上延伸的第二非导电层51和第二导电层52。去除部分导电层52，从而保留具有开口54的防护板53。在下一步中，制造过孔251和252，其作为通孔在第二柔性箔50的整个厚度上延伸。第一过孔251贯穿防护板53，第二过孔252与开口54对准。在这种条件下，将把箔称为第二中间产品250。将会明了的是，图4B中的第一过孔251实际上代表呈圆形图案的一系列过孔。
在下一步中，如图4C所示，将第一和第二中间产品240和250以如下方式彼此附着，使得第一过孔251与防护环22对准，而第二过孔252与感测板21对准。将把所得的产品称为堆叠中间产品280。
在下一步中，对第一过孔251进行金属化。由于金属化工艺是公知的，因此这里将不会描述这种工艺。需要注意的是，过孔251中的金属化部253与屏蔽环22以及屏蔽板53形成电接触。在图4C的左侧示出了可以将金属化部253设置为固体充填过孔251，但图4C的右侧，尤其是放大的细部示出了可以将金属化部253设置为柱形导体。在两种情况下，该图示出了金属化部253具有在防护板53的自由表面之上延伸的头部(左侧)或凸缘部分(右侧)，但也可以以如下方式执行金属化工艺，使得金属化部253与防护板53的自由表面齐平。
通过类似方式，可以处理第三柔性箔60以提供由第三非导电层61和具有开口64和65的接地板63构成的第三中间产品，可以处理第四柔性箔70以提供由具有接触部11和12并具有印刷电路部分73、74、75的第四非导电层71构成的第四中间产品，可以处理第四中间产品270以提供与接触部11、12对准的过孔，可以将第三和第四中间产品彼此附着，并可以在堆叠的第三和第四中间产品中提供过孔，该过孔在两个堆叠中间产品的整个厚度上延伸穿过第一接触部分73和第一开口64并延伸穿过第二接触部分74和对应的开口75。这些步骤未单独示出。然后，将第三和第四中间产品的堆叠组合附着到堆叠中间产品280上，使得穿过第一接触部分73和相应的开口64延伸的过孔与第二过孔252对准，并且使得第二电路部分74和相应开口65与防护板53对准。应当注意，现在该过孔不一定要与金属化第一过孔251对准。
然后，在下一处理步骤中，对过孔进行金属化。对穿过接触部11或12延伸的过孔进行金属化将一方面与这样的接触部11、12形成电接触，而另一方面与接地板63形成电接触，从而提供互连体84。对穿过第二电路部分74和第二开口65延伸的过孔进行金属化将一方面与第二电路部分74形成电接触，而另一方面与防护板53形成电接触，但由于开口65较大，不会与接地板63形成接触。对穿过第一电路部分73和第一开口64延伸并与第二过孔252对准的过孔进行金属化将一方面与第一电路部分73形成电接触，而另一方面与感测板21形成电接触，但由于开口54和64的尺寸，既不会与防护板53形成电接触，也不会与接地板63形成电接触。
图5为方框图，示意性示出了附着到第一翼状部分3的内表面6上的信号处理电路100的输入级。作为该处理电路的重要元件，该图示出了诸如运算放大器等的差分放大器110，其具有非倒相输入端111、倒相输入端112和输出端114。该放大器110是图3所示元件17的部分，非倒相输入端111连接到第一端子引线17a，而输出端114连接到第二端子引线17b。
图5示出了通过导体121将感测板21连接到放大器110的非倒相输入端111，导体121被设计得尽可能短，且包括金属化过孔82和可能包括一小段印刷电路线73。放大器110是具有非常高输入阻抗的类型。基本上将放大器110连接成缓冲放大器，通过线路124将其倒相输入端112连接到其输出端114，使得放大器的输出端114承载与放大器的输入端111相同的电压信号。电路100可以具有其他信号处理元件，或者可以将放大器的输出端114直接连接到接触焊盘16之一，但这不是必需的，而且未在图中示出。
在使用时，当紧密靠近人体放置时，感测板21与人体具有电容耦合，第一绝缘层41充当电介质。该耦合的电容值典型地在几个pF的量级上。放大器110的输入端111具有输入电阻，在适当选择的放大器中，该输入电阻可以被近似为无穷大。然而，最好向零电压电平提供限定的泄漏电阻，通过连接在放大器的输入端子73和地之间的电阻130提供该泄漏电阻。耦合电容和泄漏电阻的组合形成了高通滤波器。希望该高通滤波器的特征交叉频率尽可能低，处于0.2Hz的量级上。这使得电阻130的设计值为100GΩ或更高。
除了与人体的电容耦合之外，感测板21还与环境中的电压源具有电容耦合。虽然该耦合具有非常低的电容值(在几个fF的量级上)，但这种源的电压电平可能相当高，使得因感测板21中的该耦合引起的所得电压通常可以在100mV量级的范围内。接近地位于感测板21后面并被优选的屏蔽环22和环绕感测板21的一系列互连体81加强的屏蔽板53的功能在于屏蔽掉这种干扰电场，有效地消除感测板21和环境之间的耦合电容。
要注意的是，感测板21与屏蔽板53和屏蔽环22也具有电容耦合。感测板21和屏蔽板53之间的电压电平的任何差异都将导致感测板21和屏蔽板53之间的干扰电流，从而影响到测量信号。为了消除或至少减轻该问题，经由线路122将屏蔽环22和屏蔽板53连接到放大器的输出端114，线路122可以包括电阻器123，电阻器123可以具有几千欧量级的值。结果，屏蔽环22和屏蔽板53的电压电平将基本等于放大器输出端114的电压电平，后者又基本等于放大器输入端111的电压电平，因此基本等于感测板21的电压电平。于是，有效避免了这种干扰电流。而且，同样有效地避免了由于绝缘层41和51之间可能的沾污而引起的干扰电流。
虽然屏蔽板53为感测板21屏蔽了外界电场，但互连体82、放大器的输入端子17a和连接到放大器的输入端子17a的印刷电路线73全部位于屏蔽板53“之外”，因此它们与环境仍具有电容耦合。而且，可能因为内表面6的一些沾污而导致蠕变电流。为了减少由这种沾污导致的潜在问题，第四导电层72包括围绕连接到感测板21的所有印刷电路线73、121的导电屏蔽线125，如图5中的虚线所示，该屏蔽线125也连接到放大器的输出端114。
在实践中，可能难以找到具有期望的100G Ω电阻值的电阻器样本，并且/或者这种电阻器笨重而昂贵。因此，可能需要将泄漏电阻130形成为两个(或更多)电阻器131、132的串联组合。那么，这些电阻器131、132中的两个之间的节点形成与环境之间的电容耦合，该电容耦合经由电阻器131仍可能影响到放大器的输入端111处的信号。为了减小该效应，该节点A也被保护环140包围，通过将该保护环140连接到两个(或更多)电阻器141、142的串联组合的节点B而将保护环140也连接到放大器的输出端114，而不是直接将其连接到输出端114。选择这些电阻器，使得电阻值R(141)/R(142)之比基本等于电阻值R(131)/R(132)之比。
为了进一步减小电路线和电路元件易受外电场影响的效应，传感器装置1具有带第二接地板14的第二翼状部分4，经由第三导电层62中的一个或多个导电线15，或经由接触部11、12，或经由二者，将第二接地板14电连接到第一接地板13。在准备使用的状态下，当把第二翼4折叠到第一翼3上方时，第二接地板14在电路100上方延伸，即实际覆盖电路元件17、110、123、131、132、141、142和互连电路线73、74、75、121、122、124、125，于是为封闭在两个接地板13和14之间的这些元件和电路线提供了对外部电场的屏蔽。在这种情况下，优选在电路100的相反两侧上将两个接地板13和14的边缘电连接到一起。为此，接触部11位于电路100的相反两侧上。
本领域的技术人员应当清楚，本发明不限于上述示范性优选实施例，在如所附权利要求中限定的本发明保护范围之内，可以有若干种变化和修改。
例如，除了使用两层柔性箔，还可能使用在非导电层的相反两侧上具有两个导电层的柔性箔，或者使用在导电层的相反两侧上具有两个非导电层的柔性箔。
此外，虽然在优选实施例中将第一和第二接地板13和14实现为同一导电层62的部分63和66，也可以将第二翼4的第二接地板14实现为经由相应互连体连接到相应接触部12的不同导电层42、52的部分。
此外，虽然在优选实施例中，该装置包括两个相互折叠到一起的翼状部分，也可以将这两个翼状部分实现为彼此叠置的分立物件。
此外，虽然在优选实施例中防护板53是轮廓和尺寸对应于保护环22的轮廓和尺寸的“实心”板，也可以使防护板稍微小些，和/或防护板具有小的中断，从而具有例如轮辐形的轮廓，而不会丧失其整体功能。
Claims (39)
1.一种生物测定传感器装置(1)，其适于电容性地感测生物电信号，所述装置包括：
-薄的柔性层叠传感器主体(2)，其具有内表面(6)和与所述内表面相反的外表面(7)，所述主体(2)包括两个翼状部分(3；4)和折叠部分(5)，该折叠部分以可折叠方式将所述两个翼状部分(3；4)彼此连接；第一翼状部分(3)包括：
-第一导电层(42)中的导电感测板(21)；
-所述感测板(21)和所述外表面(7)之间的第一非导电层(41)；
-第二导电层(52)中的导电屏蔽板(53)，其在与所述外表面相反一侧上覆盖所述感测板(21)，并具有至少与所述感测板的尺寸相对应的尺寸；
-所述感测板(21)和所述屏蔽板(53)之间的第二非导电层(51)；
-所述内表面(6)上的导电电路层(72)中的导电电路线(73，74，75，125)；
-所述屏蔽板(53)和所述导电电路线(73，74，75)之间的非导电隔离层(61，71)；
所述装置还包括：
-电子信号处理电路(100)，其在所述内表面(6)上安装有电路元件(17)，所述电路(100)包括至少一个差分放大器(110)，所述差分放大器具有第一输入端(111)和输出端(114)，所述第一输入端(111)耦合到所述感测板(21)；
-所述屏蔽板(53)和所述电路线(73，74，75)之间的第三导电层(62)中的导电第一接地板(13；63)，其覆盖所述屏蔽板(53)和所述处理电路(100)；
-所述屏蔽板(53)和所述接地板(13；63)之间的第三非导电层(61)；
-所述接地板(13；63)和所述电路线(73，74，75)之间的第四非导电层(71)，所述第二翼状部分(4)包括导电第二接地板(14；66)，所述第二接地板(14；66)电连接到所述第一接地板(13；63)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述屏蔽板(53)的投影超出所述感测板的轮廓之外。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述屏蔽板(53)具有贯通开口(54)，且其中所述第一翼状部分(3)还包括第一导电互连体(82)，所述第一导电互连体(82)与所述第二非导电层(51)以及所述非导电隔离层(61，71)交叉，穿过所述屏蔽板(53)的贯通开口(54)延伸，用于将所述感测板(21)耦合到所述放大器(110)的所述第一输入端(111)。
4.根据权利要求1所述的装置，其中每个非导电层由capton制成。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述传感器主体(2)被实现为彼此附着的柔性箔层(40；50；60；70)的堆叠，每个柔性箔层包括至少一个导电层(42；52；62；72)和至少一个非导电层(41；51；61；71)的组合。
6.根据权利要求1所述的装置，还包括所述第一导电层(42)中的所述感测板(21)周围的导电屏蔽环(22)，所述屏蔽环(22)电连接到所述屏蔽板(53)。
7.根据权利要求6所述的装置，还包括与所述第二非导电层(51)交叉的一系列第二导电互连体(81)，每个第二互连体(81)都接触所述屏蔽环(22)和所述屏蔽板(53)。
8.根据权利要求7所述的装置，其中每个第二互连体(81)都被实现为金属化过孔。
9.根据权利要求3所述的装置，其中所述屏蔽板(53)电连接到所述放大器(110)的所述输出端(114)。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述放大器的输出端(114)连接到所述放大器的倒相输入端(112)，并且其中所述感测板(21)连接到所述放大器的非倒相输入端(111)。
11.根据权利要求9所述的装置，还包括与所述非导电隔离层(61，71)交叉的第三导电互连体(83)，用于将所述屏蔽板(53)耦合到所述放大器的输出端(114)。
12.根据权利要求1所述的装置，其中将所述第一接地板(13；63)电连接到所述处理电路(100)的固定电压电平。
13.根据权利要求12所述的装置，其中将所述第一接地板(13；63)电连接到所述处理电路(100)的零电压电平。
14.根据权利要求11所述的装置，其中所述第一接地板(13；63)具有第一开口(64)，所述第一导电互连体(82)穿过所述第一开口延伸而不和所述第一接地板(13；63)接触，且其中所述第一接地板(13；63)具有第二开口(65)，所述第三导电互连体(83)穿过所述第二开口(65)延伸而不和所述第一接地板(13；63)接触。
15.根据权利要求3所述的装置，其中所述电路元件(17)包括至少一个已安装的IC放大器封装。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述放大器封装具有与所述第一导电互连体(82)对准的输入端子引线(17a)。
17.根据权利要求1所述的装置，其中所述电路元件(17)包括至少一个裸IC半导体管芯。
18.根据权利要求1所述的装置，其中所述放大器(110)具有处于大约为1GΩ量级的输入阻抗。
19.根据权利要求1所述的装置，还包括连接在所述放大器(110)的所述第一输入端(111)和固定电压线之间的电阻器(130)；所述电阻器(130)具有处于大约为1GΩ量级的电阻值。
20.根据权利要求19所述的装置，其中所述固定电压线优选为零电压线。
21.根据权利要求19所述的装置，其中所述电阻器(130)被实现为两个或更多电阻器(131；132)的串联组合。
22.根据权利要求21所述的装置，其中所述串联电阻器(131；132)中的两个之间的节点(A)连接到串联电阻器电路(141，142)的节点(B)，该串联电阻器电路(141，142)连接在所述放大器的输出端(114)和所述固定电压线之间。
23.根据权利要求1所述的装置，其中所述电路线(73，74，75，125)包括屏蔽线(125)，所述屏蔽线作为闭合环路延伸，该闭合环路环绕连接到所述感测板(21)的所有印刷电路线(73，121)，所述屏蔽线(125)连接到所述放大器的输出端(114)。
24.根据权利要求1所述的装置，其中将所述第二接地板(14；66)电连接到所述处理电路(100)的固定电压电平。
25.根据权利要求24所述的装置，其中将所述第二接地板(14；66)电连接到所述处理电路(100)的零电压电平。
26.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二接地板(14；66)和所述第一接地板(13；63)被实现为同一层(62)一部分。
27.根据权利要求26所述的装置，还包括所述折叠部分(5)中的至少一条连接线(15)，其被实现为所述同一层(62)一部分，将所述第二接地板(14；66)连接到所述第一接地板(13；63)。
28.根据权利要求1所述的装置，还包括：
-第一翼状部分(3)中的至少一个第一接触部(11)，其被实现为所述内表面(6)上的所述导电电路层(72)一部分，所述第一接触部(11)电连接到所述第一接地板(13；63)；
-所述第二翼状部分(4)中的至少一个第二接触部(12)，其被实现为所述内表面(6)上的所述导电电路层(72)一部分，所述第二接触部(12)电连接到所述第二接地板(14；66)；
其中定位所述第一和第二接触部(11；12)，使得当在所述折叠部分(5)处折叠所述主体(2)时，所述第一和第二接触部(11；12)彼此基本上对准。
29.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一翼状部分(3)沿其周边设有一系列第一通孔(8)；
其中所述第二翼状部分(4)沿其周边设有一系列第二通孔(9)；
其中定位所述第一和第二通孔(8；9)，使得当在所述折叠部分(5)处折叠所述主体(2)时，所述第一和第二通孔(8；9)彼此基本上对准。
30.根据权利要求1所述的装置，其中所述两个翼状部分(3，4)折叠到一起且彼此附着。
31.根据权利要求28所述的装置，其中所述两个翼状部分(3，4)折叠到一起且其中所述接触部(11，12)彼此连接。
32.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二翼状部分(4)与所述第一翼状部分(3)叠置，所述第二翼状部分(4)还包括：
-在与所述屏蔽板(53)相反的一侧上覆盖所述处理电路(100)的所述第二接地板(14；66)；
-所述第二接地板(14；66)和所述处理电路(100)之间的至少一个绝缘层(71)；
-所述第二接地板(14；66)和所述第二翼状部分(4)的所述外表面(7)之间的至少一个绝缘层(41，51，61)。
33.根据权利要求32所述的装置，还包括：
-所述第一翼状部分(3)中的所述内表面(6)上的至少一个第一接触部(11)，所述第一接触部(11)电连接到所述第一接地板(13；63)；
-所述第二翼状部分(4)中的所述内表面(6)上的至少一个第二接触部(12)，所述第二接触部(12)电连接到所述第二接地板(14；66)；
其中所述第一和第二接触部(11；12)彼此接触。
34.根据权利要求33所述的装置，其中所述第一和第二接触部(11；12)被焊接到一起。
35.根据权利要求32所述的装置，沿所述装置的周边设有一系列通孔(8，9)。
36.根据权利要求1所述的装置在测量EEG信号或ECG信号或EMG信号中的使用。
37.根据权利要求1所述的装置，所述装置被结合到衣服中。
38.根据权利要求1所述的装置，所述装置被结合到使用时被人接触的物体的表面材料中。
39.根据权利要求38所述的装置，其中所述物体是座椅或床，或检查台，或车座，或方向盘，或婴儿保育箱。
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