具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。在附图中，为清晰起见，可对形状和尺寸进行放大，并将在所有图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。在下列描述中，诸如中心、厚度、高度、长度、前部、背部、后部、左边、右边、顶部、底部、上部、下部等用词为基于附图所示的方位或位置关系。特别地，“高度”相当于从顶部到底部的尺寸，“宽度”相当于从左边到右边的尺寸，“深度”相当于从前到后的尺寸。这些相对术语是为了说明方便起见并且通常并不旨在需要具体取向。涉及附接、联接等的术语(例如，“连接”和“附接”)是指这些结构通过中间结构彼此直接或间接固定或附接的关系、以及可动或刚性附接或关系，除非以其他方式明确地说明。

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1

本发明提供用于可穿戴设备的柔性电极，如图1至图3所示，包括电极组件20，电极组件20包括：

导电织物布21，固定于穿戴设备本体100的服装40表面，用以采集人体生物电信号；所述导电织物布21与服装表面40共同形成空腔22；

导电海绵23，设置于所述空腔22内，支撑所述导电织物布21以形成其表面的缓冲结构；

导线24，一端伸入所述空腔22，该端周侧粘接于所述导电海绵23且其末端固接于所述导电织物布21内表面；

水凝胶层25，固定于所述导电织物布21外表面，用以粘接人体皮肤。

具体地，导电织物布21是以织物为基材，通过后处理形成具有良好电学性能的织物结构，可用以采集人体心电信号等生理电信号，且柔软性良好，提高人体配戴时的舒适性。

导电海绵23具有缓冲性及支撑性，支撑起导电织物布21以便于导电织物布21靠近人体皮肤，使得电极组件20在人体表面形成正压力，保证电极组件20与人体皮肤具有良好的接触性能，以便于电信号采集；导电海绵23提高了电极组件20的柔软性，进而提高人体接触电极组件20的舒适性；导电海绵23的导电性，使得导电织物布21、导电海绵23、导线24形成良好的导通性能，以便于导电织物布21采集的人体生物电信号能够稳定地通过导线24传输至信号处理装置，以供处理成用户可获取的数据。

导线24的固定包括导电海绵23粘接面的粘接及导电织物布21的固定，通过两次固定方式提高了导线24的固定牢固度，当用户大幅度运动导致导线24与导电织物布21连接断开时，导线24与导电海绵23的固定还能保证电极组件20的正常使用，导电织物布21与导电海绵23接触以实现两者电性连接，进而通过导电海绵23将导电织物布21采集的人体生物电信号传递至导线24后传输至信号处理装置，防止数据因意外情况信号丢失。

水凝胶层25，具有粘接性，能够增加电极组件20与皮肤的接触性，有效减少运动时电极组件20与皮肤之间滑动幅度，进而降低运动对电信号采集的干扰。此外，水凝胶层25具有柔软性，人体接触水凝胶层25舒适性良好，降低采集信号给用户带来的异物感，以及防止电极组件20的配置擦伤皮肤。水凝胶层25耐水洗，且易清洁，用清水擦即可完成其表面清洗，使其恢复粘性，且粘性保持时间长。

服装40需反复清洗，电极组件20可以多次反复水洗，且保证采集信号性能的稳定性，水凝胶层25多次水洗仍保持良好的粘接性，不易脱落，可紧贴人体皮肤。电极组件20装配于服装40表面后，可直接使用，采集信号稳定；无需在人体表面抹耦合剂来降低接触电阻，避免耦合剂的使用引起信号噪声，此外耦合剂在使用过程中存在挥发，而导致信号质量逐渐变差。

在一实施例中，所述导电海绵23数目为至少两个；所述导线24夹设于两所述导电海绵23粘接处。具体地，导电海绵23一面具有粘接面，两导电海绵23的粘接面相对设置，用以粘接。两导电海绵23的粘接面粘接并夹住导线24，即两粘接面粘接的同时固定住导线24。装配便捷且导线24固定稳固。进一步地，如图1、图2所示，导电海绵23的数目为两个，以便于电极组件20的小型化设计。

在又一实施例中，所述导电海绵23弯折形成两粘接面(图中未示出)；所述导线24夹设于两粘接面之间。导线24固定稳固的同时减少两片导电海绵23对准进行粘接的工艺，以及节省成本。具体地，将一片导电海绵23两侧朝向粘接面方向弯折，形成两相对的粘接面，两粘接面粘接时固定住导线24。

进一步地，靠近所述导电织物布21的导电海绵结构设有缺口(图中未示出)；所述导线24穿过所述缺口以固接于所述导电织物布21内表面。当导线24通过两片导电海绵23固定时，靠近导电织物布21的一片导电海绵设有缺口，以供导线24穿过后达到导电织物布21内表面以进行固定。当导线24夹设于弯折的导电海绵的两粘接面之间，靠近导电织物布21的导电海绵结构设有缺口，以供穿线。缺口的设置，便于穿线，且使得导线24固定更稳固。

在一实施例中，所述导线24末端通过导电漆粘接于所述导电织物布21内表面；

或，所述导线24末端通过导电纱线缝制于所述导电织物布21内表面。具体地，当所述导线24末端通过导电漆27粘接于所述导电织物布21内表面时，导电海绵23放置于服装40表面，在导电海绵23朝向导电织物布21的外表面或在导电织物布21的内表面涂覆导电漆27，将导线24末端放置于导电漆27中，将导电织物布21按压于导电海绵23上，导电漆27室温固化以使得导线24末端粘接于导电织物布21内表面，操作简便，其中，导电漆27包括但不限于导电银漆。当所述导线24末端通过导电纱线缝制于所述导电织物布21内表面时，通过导电纱线缝制，缩短工时，其中，导电纱线包括但不限于导电银纤维纱线，具有导电性，便于导线24于导电织物布21电性连接，使生物电信号在导电织物布21和导线23之间能够快速稳定的进行传导，避免因为运动导致导电织物布21与导线23接触不良而引入较大的干扰。

在一实施例中，如图1至图4所示，还包括TPU层26；所述TPU层26呈框体结构，覆盖所述导电织物布21与所述服装40表面装配处，在压烫下，所述TPU层26粘接使得所述导电织物布21固接于所述服装40表面。具体地，所述TPU层26为薄膜结构，设有中空区域，以形成框体结构。导电织物布21被导电海绵23撑起的凸起部位自TPU层26中空区域内穿出，TPU层26的薄膜层部位按压在所述导电织物布21与所述服装40表面装配处，通过压烫机压烫，使得TPU层26在高温下轻微熔融后冷却固化，利用TPU层26的粘接性能，使得导电织物布21固定于服装40表面。此时，导电织物布21四周在TPU层26的固定下，导电织物布21凸起部位对导电海绵23施加朝向服装40方向的作用力，进而使得导电海绵23稳固的位于空腔22内而不随意晃动，以保证电极组件20信号采集的稳定性。

在一实施例中，如图6、图7所示，所述导线24包括若干弹性线241、若干导电线242；若干导电线242编织于若干弹性线241内，以形成所述导线24。具体地，采用锦纶材质的纱线，经过镀银、抗氧化处理，得到导电线242的原料线，将若干原料线加捻形成所述导电线242，制得的导电线242具有柔软性、耐弯折性，适用于柔性穿戴设备。

进一步地，若干导电线242均呈弯曲状且延伸方向一致。若干导电线242呈弯曲状，以提高导电线242的弹性，使得制得的导线24具有良好的伸缩性，以降低在服装40受到牵扯对导线24电阻值的影响，适用于柔性可穿戴设备。进一步地，导电线242呈波浪状延伸，编织于弹性线241内的导电线242在未拉伸状态呈对称结构，以均匀分布于导电线242内，保证制得的导线24各部位电阻值的均匀性。

在一实施例中，如图8、图9所示，导电线242从内至外依次包括柔性导电芯、第一绝缘层2422、信号屏蔽层2423、第二绝缘层2424，柔性导电芯由若干导电丝2421加捻缠绕形成；导电丝2421包括纤维丝24211及包覆于所述纤维丝24211外表面的金属导电层24212。具体地，纤维丝24211具有良好的柔性，进而赋予导电丝2421柔性性能；通过若干具有良好柔性的导电丝2421加捻缠绕形成柔性导电芯，形成的柔性导电芯既具有良好的柔性又具有良好的电学性能，用以传输电信号。在柔性导电芯外依次包覆第一绝缘层2422、信号屏蔽层2423、第二绝缘层2424，信号屏蔽层2423用以屏蔽外界磁场对柔性导电芯信号传输的干扰。第一绝缘层2422用以分隔柔性导电芯与信号屏蔽层2423，以免柔性导电芯与信号屏蔽层2423接触而发生短路。第二绝缘层2424用以分隔信号屏蔽层2423与外界，以免导电线242接触其他电子元件或电器时，信号屏蔽层2423直接接触其他电子元件或电器时而发生电性传输，影响导电线242及其他电子元件或电器的正常运行。即导电线242通过从内至外依次设置的柔性导电芯、第一绝缘层2422、信号屏蔽层2423、第二绝缘层2424，使得导电线242具有良好导电性、柔性，屏蔽外界磁场以保证信号传输稳定性。

在一实施例中，所述第一绝缘层2422和/或所述第二绝缘层2424选自硅橡胶层、聚氨酯层、聚酰胺层、聚乙烯层、聚酰亚胺层中至少一种。具体地，硅橡胶具有优异的电绝缘性能、耐电晕性、耐电弧性、防水性；聚氨酯具有绝缘绝热、防水性；聚酰胺具有优异的电绝缘性能、耐气候性、防水性及力学性能；聚乙烯具有良好的电绝缘性能、防水性；聚酰亚胺具有优异的电绝缘性能、良好的防水性。采用任意一种材料在柔性导电芯外层形成第一绝缘层2422，起到绝缘作用的同时，隔绝外界水汽与柔性导电芯的接触，使得纤维本体31可反复水洗。采用任意一种材料在信号屏蔽层2423外层形成第二绝缘层2424，起到绝缘作用的同时，隔绝外界水汽与信号屏蔽层2423的接触，以保证信号屏蔽层2423的正常使用。此外，第二绝缘层2424还起到防护、缓冲的作用。

进一步地，所述第一绝缘层2422和/或所述第二绝缘层2424厚度为200μm-300μm，保证所述第一绝缘层2422和/或所述第二绝缘层2424绝缘性能的同时降低纤维本体31的厚度，以便于纤维本体31的小型化设计，进而便于采用纤维本体31制得的导线30在穿戴设备本体100内走线进行电性连接的同时降低导线30带给用户的异物感。

在一实施例中，所述信号屏蔽层2423为镀银层，厚度为3μm-5μm。镀银层易加工且厚度易控制，可采用化学镀处理形成镀银层。

在一实施例中，所述纤维丝24211包括芳纶纤维或PBO纤维，直径为10μm-50μm；所述柔性导电芯包括100-300根所述导电丝311。具体地，芳纶纤维具有超高强度、高模量、耐高温、耐酸耐碱、重量轻、抗老化的特点；PBO纤维具有高强度、耐热难燃，具有良好的机械性能及化学性能。芳纶纤维或PBO纤维军可在反复穿戴或反复水洗下保证较长使用寿命。

在一实施例中，所述金属导电层24212为镀银层，厚度为0.1μm-2μm。镀银层易加工且厚度易控制，可采用化学镀处理形成镀银层。金属导电层24212厚度为0.1μm-2μm，制得的导电丝311具有良好的导电性；且通过控制金属导电层24212厚度，一方面避免导电丝311过细，而使得形成的柔性导电芯阻抗较高，导致后续采集的信号衰弱；另一方面避免导电丝311过粗，使得通过若干导电丝311加捻缠绕形成的柔性导电芯直径较大，导致后续布线时产生较大寄生电容而导致信号衰弱。

在一实施例中，所述水凝胶层25为纯水凝胶物质，具有粘接性即可。在又一实施例中，所述水凝胶层25掺杂有导电颗粒，以提高水凝胶层25的导电性。其中，导电颗粒包括但不限于银粉、碳纳米管粉，导电颗粒呈粉末状，一方面便于导电颗粒的混合，另一方面降低水凝胶层25表面摩擦力，增加人体接触舒适性。

在一实施例中，如图5所示，所述导电织物布21外表面设有摩擦纹理结构211，用以增加导电织物布21外表面与水凝胶层25之间的摩擦力，以提高水凝胶层25在导电织物布21外表面上的粘接牢固度。

实施例2

本发明提供一种可穿戴设备，如图1至图11所示，包括穿戴设备本体100，穿戴设备本体100包括服装40及设置于所述服装40上的如上所述的用于可穿戴设备的柔性电极，以采集人体生物电信号。

具体地，如图10、图11所示，服装40上包括：

信号采集装置，用以采集人体生物电信号；

信号处理装置10，用以处理信号采集装置采集的人体生物电信号。信号处理装置10与人体皮肤之间设有柔性布，以避免信号处理装置10直接接触人体皮肤而导致用户不舒适。

在一实施例中，如图11所示，信号采集装置包括五个用以检测心电信号的电极组件20、一个用以检测当前体温的温度传感器50、一个用以检测呼吸应变的呼吸传感器60，呼吸传感器60为带状并设置于两侧面料之间；其中，五个电极组件20用以采集心电信号，靠近胸口设置的两电极组件20还用以检测胸阻抗；其余三电极组件20分别靠近人体左下肋骨、右下腹、左下腹设置。导线数目为九根，其中五根来自五个电极组件20；为了保证服装40穿戴舒适性，九根导线结构相同，均由若干导电线242编织于若干弹性线241内制得。信号处理装置10接收并处理五个电极组件20采集的心电信号、温度传感器50采集的温度电信号、呼吸传感器60采集的呼吸应变电信号、两个靠近胸口的电极组件20采集的胸阻抗电信号，以实现三导心电、一导呼吸、一导体温的监测；其中胸阻抗复用三导心电中的两电极。

信号处理装置还包括主控模块、存储模块、蓝牙模块、AD模块、电源模块。当信号处理装置与服装40信号采集装置通过导线电性连接，信号采集装置采集到的人体生物电信号至AD模块。具体地，AD模块与信号采集装置通过导线电性连接，用以接收信号采集装置采集到的人体生物电信号并将人体生物电信号进行模数转换，转换为数字信号。主控模块分别与AD模块、存储模块、蓝牙模块、电源模块电性连接。主控模块用以接收AD模块处理后的数字信号并经过数据分析和运算转换为用户需要的数据形式。存储模块用以将主控模块处理后形成的数据存储起来。蓝牙模块通过无线信号与远程智能终端设备连接，用以将主控模块处理后的数据发送至远程智能终端设备。电源模块用以为其余模块供电。

实施例3

准备10组健康成年人员，分别采用穿戴设备本体100、Biopack仪器同时监测30组人员在跑动及走动状态下的心率值，穿戴设备本体100监测作为实验组，Biopack仪器监测作为对照组。

其中，Biopack仪器采用的是医用湿电极。

如图1、图10、图11所示，穿戴设备本体100采用五个电极组件20采集心电信号，电极组件20包括导电织物布21、两导电海绵23、导线24、水凝胶层25，导电织物布21通过TPU层26压烫固定于服装40内表面，导线24通过两导电海绵23的粘接及导电漆进行两次固定。

测试条件为跑动速度为5m/s-7m/s；走动速度为1.5m/s-2m/s；每隔25秒监测一次心率值，连续获取24次时间点的两监测设备获取的心率值变化情况。跑动心率监测条件为跑动5分钟后开始监测心率值变化情况。

应当理解，实际监测时，为了时刻监测用户生物电信号变化，穿戴设备本体100监测间隔时间较短，如每隔5秒监测一次生物电信号。本实验中，为了监测较长时间段内心率变化状况，设置为每隔25秒监测一次心率值。

前5组、后5组人员在走动状态下分别采用穿戴设备本体100、Biopack仪器同时监测得到的心率值分别见表一、表二。

表一

表二

前5组、后5组人员在跑动状态下分别采用穿戴设备本体100、Biopack仪器同时监测得到的心率值分别见表三、表四。

表三

表四

由表一、表二、表三、表四可知，采用穿戴设备本体100监测的跑动及走动状态下的心率值与采用Biopack仪器监测的跑动及走动状态下的心率值相近，心率变化走势相近，表明穿戴设备本体100采用导电织物布21采集心电信号，配合电极组件20的结构设计，使得电极组件20采集心电信号的性能良好，且可反复水洗并适用任意运动状态下的配戴。图12、图13为人员1两种运动状态下的心率值对比图，采用穿戴设备本体100监测的两种运动状态下的心率变化走势相近。应当理解，图12、图13的横坐标表示从监测初始开始依次到监测结束时的当前记录次数，如横坐标为数字1，表示第一次，对应初始监测时间点；横坐标为数字2，表示第二次监测数据，第二次与第一次间隔25秒；横坐标为数字3，表示第三次，第三次与第二次间隔25秒，以此类推，在此不再赘述。

以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。