生理信号感测与补偿系统

技术领域

本发明关于一种生理信号感测与补偿系统，特别有关于一种具有生理信号感测模块与补偿模块的系统。

背景技术

随着科技的发展，市面上已出现可感测人体生理信号的装置，例如穿戴式的健康手环、智能手表或智能耳机，或是肌电信号(Electromyography，EMG)装置、心电纪录(Electrocardiography，ECG)等装置，具备生理监测功能，如包含心跳、血氧、体温或热量感测等，藉以提供人们更丰富的使用经验和准确的检查信息。然而，在配戴这些生理信号感测装置时，会因装置受到人体活动产生的汗液影响，进而造成装置所接收到的信号有所差异，而使得获得的数值或信息并非准确。面对人们追求轻型化、更便利、更准确的装置使用经验的渴望，如何提供一种小型并具优良的测量功能，例如使装置在有汗状态与无汗状态具有相同准确度的感测信号，是一重要课题。

发明内容

本发明的实施例提供一种生理信号感测与补偿系统，用以接触待测物并感测生理信号值，包括生理信号感测模块、补偿模块以及运算单元。生理信号感测模块提供初始感测信号，补偿模块包含收集机构，用以收集待测物的生理液体，其中补偿模块根据收集机构收集到的生理液体提供补偿信号。运算单元电性连接生理信号感测模块与补偿模块，并根据初始感测信号与补偿信号计算出并提供补偿后感测信号。

在一些实施例中，前述补偿模块与生理信号感测模块相邻设置。

在一些实施例中，前述收集机构包含收集件，当生理信号感测与补偿系统测量生理信号值并接触待测物时，收集件接触待测物并用以收集生理液体。

在一些实施例中，前述收集机构还包含电容组件，收集件设置于电容组件中，且电容组件具有电容值，其中当收集件收集生理液体时，补偿模块传递包含由生理液体影响的电容值的补偿信号给运算单元，运算单元根据补偿信号而对初始感测信号修正与补偿，并提供补偿后感测信号。

在一些实施例中，前述收集机构还包含导线，导线电性连接电容组件与运算单元。

在一些实施例中，前述收集机构还包含阻隔件，设置于电容组件的下侧，当收集机构接触待测物时，阻隔件位于电容组件与待测物之间，且电容组件不与待测物接触。在一些实施例中，前述收集件穿过该阻隔件。

在一些实施例中，前述电容组件包含两个平行板，收集件设置于电容组件中，且介电体设置于前述平行板之间并围绕收集件。在一些实施例中，前述平行板系相对于收集件的长轴方向垂直。

在一些实施例中，前述收集机构还包含多个平行排列的收集件，设置于两个平行板之间，前述收集件之间彼此不相连，且介电体围绕前述收集件。

在一些实施例中，前述电容组件包含一对栅栏式平行板，每一栅栏式平行板具有多个平行子板，每一栅栏式平行板的相邻的两个平行子板之间具有间隙，且每一平行子板插设在间隙之中。

在一些实施例中，前述每一个平行子板间设置有介电体。

在一些实施例中，前述收集机构具有长条带状，并收卷成圆形结构，其中收集机构具有多个收集件，位于前述平行板之间。

在一些实施例中，前述收集机构还包含电阻组件，电阻组件具有多个隔板，前述隔板之间具有间隔，且电阻组件具有电阻值，其中当收集件收集生理液体时，补偿模块传递包含由生理液体影响的电阻值的补偿信号给运算单元，运算单元根据补偿信号而对初始感测信号修正与补偿，并提供补偿后感测信号。

在一些实施例中，前述收集机构还包含电感组件与导线，电感组件围绕收集件，导线缠绕于电感组件的外侧并电性连接至运算单元，且电感组件具有电感值，其中当收集件收集生理液体时，补偿模块传递包含由生理液体影响的电感值的补偿信号予运算单元，运算单元根据补偿信号而对初始感测信号修正与补偿，并提供补偿后感测信号。

附图说明

图1表示本发明一实施例的生理信号感测与补偿系统的示意图。

图2表示本发明一实施例之收集机构的示意图。

图3表示本发明另一实施例的收集机构的示意图。

图4表示本发明另一实施例的收集机构的示意图。

图5表示本发明另一实施例的收集机构的示意图。

图6表示本发明另一实施例的收集机构的示意图。

图7表示本发明另一实施例地收集机构的示意图。

图8表示本发明另一实施例的收集机构的示意图。

图9表示本发明另一实施例的收集机构的示意图。

图10表示一示范例的处于不同量的汗液下所测量到的生理信号频谱图，经过前述补偿模块所提供的补偿信号的修正，而可获得相同或大致相同于无汗液下的生理信号频谱图的示意图。

具体实施方式

有关本发明的装置与系统适用的其他范围将于接下来所提供的详述中清楚易见。必须了解的是，下列的详述以及具体的实施例，当提出有关装置与系统的示范实施例时，仅作为描述的目的以及并非用以限制本发明的范围。

除非另外定义，在此使用的全部用语(包括技术及科学用语)，具有与此篇公开所述领域的普通技术人员所通常理解的相同涵义。能理解的是，这些用语，例如在通常使用的字典中定义的用语，应被解读成具有与相关技术及本公开的背景或上下文一致的意思，而不应以理想化或过度正式的方式解读，除非在此特别定义。

请参阅图1，图1表示本发明一实施例的生理信号感测与补偿系统100的示意图。生理信号感测与补偿系统100可用以测量人体生理信号，例如心跳、心电、肌电、血氧、体温或热量等信息，并可应用于测量装置或穿戴式装置上。如图1所示，生理信号感测与补偿系统100包括生理信号感测模块10、补偿模块20与运算单元30。前述生理信号感测模块10用以测量人体生理感测信息，并提供初始感测信号S1，补偿模块20则通过收集人体所产生的生理液体(例如汗液)的方式，来检测液量，并提供补偿信号S2。运算单元30可为数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)，用以接收来自生理信号感测模块10、补偿模块20的初始感测信号S1与补偿信号S2，并根据前述初始感测信号S1与补偿信号S2而输出补偿感测信号S3。

在一些实施例中，在生理信号感测模块10和补偿模块20获得前述初始感测信号S1及补偿信号S2后，可经信号电路模块PS再传至运算单元30，举例而言，信号电路模块PS可包含运算放大器(Operational Amplifier，OP-AMP)和信号转换器，例如模拟数字转换器(Analog-to-digital converter,ADC)，用以作信号处理。在一些实施例中，前述信号电路模块PS可属于运算单元30的一部分，初始感测信号S1及补偿信号S2经过信号电路模块PS后再至运算单元30内的运算器进行运算。在一些实施例中，补偿感测信号S3可提供至用户界面UI，以让用户能够读取数值。以下将详细说明关于前述生理信号感测与补偿系统100。

生理信号感测与补偿系统100的生理信号感测模块10和补偿模块20，两者可相邻设置，或者，补偿模块20可设置于生理信号感测模块10上，亦或使用前述个别的配置并设置于感测板上，用以接触待测物(如图2的皮肤表面SS)并感测生理信号值。如图2所示，前述补偿模块20包含收集机构21，用以收集人体生理液体，例如汗液。在本实施例中，收集机构21包含收集件211、电容组件212与阻隔件213。收集机构21用以接触人体SS，以获取生理液体，进而可让补偿模块20提供补偿信号S2。

前述收集件211可为收集液体用的管件，电容组件212具有一对平行板2121、2122，例如铜片，其为可将电能储存在电场中的电子组件，平行板2121、2122之间具有距离，在一些实施例中，两者距离0.5mm～2.0mm，在另一实施例中，两者距离为1.2mm，收集件211设置于前述电容组件212之中(或位于平行板2121、2122之间)，且介电体SP填于平行板2121、2122之间并围绕或包覆收集件211，介电体SP用以增加电容组件212的储电能力，其可具有玻璃、陶瓷、氧化物等材质。

阻隔件213可为具有绝缘材质的外壳，设置于电容组件212与收集件211的底侧，用以避免电容组件212与皮肤表面SS直接接触而影响其电容值，阻隔件213也设置在电容组件212与收集件211的上方，可避免电容组件212与外界物质接触而影响电容。其中，阻隔件213包覆住电容组件212的底部的一部分，或是设在电容组件212的下方，而收集件211则穿过阻隔件213以利获取皮肤表面SS的生理液体。

当皮肤表面SS上有汗液SL时，收集机构21的收集件211直接接触皮肤表面SS而可收集、汲取汗液SL，例如通过毛细现象。被收集的汗液SL会进入收集件211中，使得电容组件212的电容值有所变化。也就是说，当有汗液SL存在时，收集机构21内的电容组件212的电容值会相对于没有汗液SL存在时不同，补偿模块20根据目前收集到的汗液量，通过导线CL电性连接至运算单元30，可提供补偿信号S2(本实施例为电容组件212的电容值变化之信号)给运算单元30，如此，运算单元30在接收到初始感测信号S1和补偿信号S2后，可依据预先于其数据库(例如内存内)建立的补偿对应表，例如模拟补偿信号值，而对初始感测信号S1进行修正与补偿，进而提供补偿后感测信号S3。

如此一来，生理信号感测与补偿系统100可提供具更佳、更真实的数据表现，藉由补偿模块20的补偿信号S2而对初始感测信号S1作调整，以避免因感测模块10受到人体生理液体而影响真实数据表现，大幅提升测量装置的精准度、可信度。

图3表示本发明另一实施例的收集机构21B。相较于图2中的收集机构21，本实施例的收集机构21B的电容组件212系以横向的方式设置，即其平行板2121、2122相对于皮肤表面SS是平行或大致平行，相对于收集件211的长轴方向则是相对垂直或大致垂直。收集件211穿过阻隔件213与下侧的平行板2122，用以与皮肤表面SS接触，而得以收集汗液SL。使得电容组件212的电容值有所变化，进而输出补偿信号S2给运算单元30，之后运算单元30提供补偿后感测信号S3，以提供更真实、更准确的生理信息。

图4表示本发明另一实施例的收集机构21C。相较于图3中的收集机构21B，本实施例的收集机构21C具有多个收集件211，布置于电容组件212中且彼此不相连，并穿过阻隔件213与下侧的电容组件212的平行板2122，用以与皮肤表面SS接触，介电体SP设置于两平行板2121、2122之间，并包覆或围绕前述多个收集件211。通过多个收集件211，可测量较大范围的皮肤表面SS，且能够让信号补偿的刻度更为精细，让此区域的皮肤表面SS所测量的生理信息更为准确、更细致。在一些实施例中，前述多个收集件211可当作较大的收集槽。

图5表示本发明另一实施例的收集机构21D。本实施例的收集机构21D的电容组件212具有一对栅栏式平行板2121、2122，两者对应的交错配置，详细而言，每一栅栏式平行板2121或2122具有数个平行子板，相邻的两个平行子板之间具有间隙G，平行板2121的相邻的两个平行子板之间的间隙G与平行板2122的相邻的两个平行子板之间的间隙G可相同也可不同。栅栏式平行板2121、2122的平行子板相对插设在对方的间隙G中，以形成多对可填入介电体SP的平行板，也即平行板2121相邻的两个平行子板之间设置有平行板2122的一个平行子板，上述平行板2122的平行子板与相邻的平行板2121的平行子板间设置有介电体SP。同理，平行板2122相邻的两个平行子板之间设置有平行板2121的一个平行子板，上述平行板2121的平行子板与相邻的平行板2122的平行子板间设置有介电体SP。如此可大幅增加电容组件212的储电能力、增加电容测量面积，进而提高汗液量的测量准确度，如此可提供更准确的补偿后感测信号S3。

图6表示本发明另一实施例的收集机构21E。在本实施例中，收集机构21E为长条带状物，并可收卷成圆形结构，如图6所示。收集机构21E包含电容组件212、设置于电容组件212之间的多个收集件211、介电体SP(如图2所示)填于电容组件212两平行板之间，阻隔件213设置于电容组件212下侧，用以阻挡电容组件212与皮肤SS直接接触，且导线CL设置于电容组件212、收集件211的上侧(相反于前述下侧)，以电性连接前述运算单元30。

值得注意的是，在长条状的收集机构21E中，设置有多个平行排列的收集件211，如此可在不同位置的皮肤表面SS配置有收集件211，使得增加测量皮肤表面SS的面积而提供相对于真实皮肤更准确的补偿信号S2，且由于本实施例的收集机构21E收卷成圆形结构，使得应用在人体上的生理测量装置可大幅缩小，有小型化的益处。

图7表示本发明另一实施例的收集机构21F，相较于图5中的栅栏式收集机构21D，本实施例的收集机构21F的电容组件212具有外圈平行板2121和内圈平行板2122，外、内圈平行板2121、2122都具有多个平行子板，与图5中的交错配置的方式相同。如此一来，电容组件212可提供更大的储电能力，增加电容测量面积，进而提高汗液量的测量准确度。

图8显示本发明另一实施例的收集机构31。本实施例的收集机构31具有电阻组件311，其具有多个隔板3111，以形成多个间隔311A。在电阻组件311的两侧设置导线CL，以电性连接前述运算单元30。

当生理信号感测与补偿系统100用以测量人体身理信号而接触皮肤表面SS时，收集机构31会与皮肤表面SS接触，如此表面有汗液或其他生理液体，可进入至间隔311A中，使得电阻组件311的等效电阻改变，其整体电阻值下降、导电率提升，补偿模块20根据收集机构31收集到的液体而造成其电阻组件311的电阻值变化，来提供包含电阻值变化的补偿信号S2内容。

也就是说，不同于图1～7中利用电容组件212的电容值变化，本实施例以根据电阻组件311的电阻值变化而测量汗液量，进而提供补偿信号S2，如此也能够达成对运算单元30提供准确的补偿信号S2，运算单元30再依据默认的电阻值变化补偿表，而提供补偿后感测信号S3。关于前述电阻的测量，举例而言，可利用外加电源串联安培计测量电流同时并联伏特计来测量电压，进而可得出电阻值以提供补偿信号S2，而运算单元30可根据收到补偿信号S2内的电阻值信息，比对默认的电阻值，获得两者的差异而对初始感测信号S1进行修正与补偿，进而提供补偿后感测信号S3。

图9显示本发明另一实施例的收集机构41。本实施例的收集机构41具有收集件411、电感组件412与导线CL。电感组件412包覆或围绕收集件411，导线CL缠绕于电感组件412外侧，并电性连接至前述运算单元30。当生理信号感测与补偿系统100用以测量人体身理信号而接触皮肤表面SS时，收集机构41会与皮肤表面SS接触，若表面有汗液或其他生理液体，会影响电感组件412的电感值。而关于计算电感值，举例而言，可利用电感匝数并实施固定通电量所产生的磁通量计算电感量，如此可提供包含电感值变化的补偿信号S2内容。也就是说，不同于图1～8中利用电容值或电阻值变化，本实施例以根据电感组件411的电感值变化而测量汗液量，进而提供补偿信号S2，如此也能够达成对运算单元30提供准确的补偿信号S2，运算单元30再依据默认的电感值变化补偿表，而提供补偿后感测信号S3。

图10表示示范例的处于不同量的汗液下所测量到的生理信号频谱图(如右边两个10％、20％的频谱图，代表在收集件处于收集了其管中10％、20％的汗液量的皮肤表面未经补偿的频谱图，由右边两个频谱图可看出汗液会影响信号值)，其中横轴坐标表示频率，单位为赫兹(Hz)，纵轴坐标则表示相对信号强度大小(magnitude)，单位为毫伏(mV)，经过前述补偿模块20(由前述收集机构21、21B～21F、31或41收集)所提供的补偿信号S2的修正，而可获得相等或贴近无汗液下的生理信号频谱图(如最左方频谱图)，如此可大幅提高装置所测量到的信息正确度。

以上各实施例间的特征只要不违背本发明公开的精神或互相冲突，均可混合搭配使用。需注意的是，前述收集件，并不仅以长管为限制，在一些实施例中，其可为槽体、容纳装置或适当装载生理液体的对象；在一些实施例中，所收集到的生理液体中也可能包含大气中的物质，并非只指人体所产生的物质。

综上所述，本发明的实施例提供一种生理信号感测与补偿系统，用以接触待测物并感测生理信号值，包括生理信号感测模块、补偿模块以及运算单元。生理信号感测模块提供初始感测信号，补偿模块设置于生理信号感测模块上，并包含收集机构，用以收集待测物的生理液体，其中补偿模块根据收集机构收集到的生理液体提供补偿信号。运算单元电性连接生理信号感测模块与补偿模块，并根据初始感测信号与补偿信号计算出并提供补偿后感测信号。

本发明实施例通过生理信号感测与补偿系统的补偿模块，可针对待测物上的液体进行收集进而提供补偿信号，而运算单元根据此补偿信号可对初始感侧信号进行修正与补偿，如此可增进信号准确度，避免信号失真，大幅提高感测装置的精准度与优良度。

在本说明书以及申请专利范围中的序数，例如“第一”、“第二”等等，彼此之间并没有顺序上的先后关系，其仅用于标示区分两个具有相同名字的不同组件。

上述的实施例以足够的细节叙述使本领域普通技术人员能藉由上述的描述实施本发明所公开的装置，以及必须了解的是，在不脱离本发明的精神以及范围内，当可做些许改动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的为准。

【符号说明】

100～生理信号感测与补偿系统

10～生理信号感测模块

20～补偿模块

21、21B、21C、21D、21E、21F、31、41～收集机构

211、411～收集件

212～电容组件

2121、2122～平行板

213～阻隔件

30～运算单元

311～电阻组件

311A～间隔

3111～隔板

411～电感组件

CL～导线

G～间隙

PS～信号电路模块

SP～介电体

SS～皮肤表面(待测物)

S1～初始感测信号

S2～补偿信号

S3～补偿感测信号

UI～用户界面