一种适用于管状压力采集的触觉传感器、电子皮肤、血压监测设备的制作方法

本技术涉及一种触觉传感器，十分适用于管状液体流动尤其是血管的压力数据采集，还涉及使用该触觉传感器构成的电子皮肤、血压监测设备。

背景技术：

1、对于管状液体流动的压力检测需求较为普遍，例如对常见疾病高血压的日常血压值监测。现今，高血压是最常见的慢性病，也是心脑血管病最主要的危险因素。正常人的血压随内外环境变化在一定范围内波动。在整体人群，血压水平随年龄逐渐升高，以收缩压更为明显，但50岁后的舒张压呈现下降趋势，脉压也随之加大，而血压值是诊断和制定高血压治疗方案的主要依据。

2、对于血压的检测，目前主要做法可以分为视觉和触觉，其中视觉如光电，触觉按传感原理划分，主要分为电阻式、电容式、光电式、压电式、电感式、微机电式和复合式(两种或两种以上原理复合)。其中大部分处在实验室研究阶段，还没有成熟到实用阶段，而较多的趋向是电阻式、电容式和阻容复合式，其中以电容式或阻容复合式触摸传感器最具发展前景。

3、电容式检测相关技术中，塔夫斯学院与麻省理工在专利cn201980023078.6中提出一个或多个电阻、压电或电容元件构建传感器阵列，由传感器阵列检测心跳周期期间动脉几何结构和力的变化；威里利生命科学有限责任公司在专利cn201880008077.x中提出触觉传感器阵列包括多个电容传感器以检测由于血流引起的手指的指动脉内的压力变化，其中该压力变化引起该触觉传感器阵列的一个或多个电容传感器的电容值的变化，该控制电路耦接到该触觉传感器阵列以从该触觉传感器阵列接收电容值，并基于该电容值确定血压；苹果公司在cn201680043825.9中提出配置测量佩戴腕戴式设备的用户的血压的电容性节点，用于测量平均动脉压的方法。同时也有单点mem压力传感器实现对于压力数据的获取。但无论是目前的单点mem压力传感器，亦或是电容式传感器阵列，普遍存在压力传感器刚性、长期佩戴不舒适的问题，以及压力传感器难以达到较高压力分辨性能，例如，类似人手的压力分辨率(男性指尖的法向压力阈值平均为0.055g，女性的相应值为0.019g)。

4、专利cn201920633712.5公开的柔性电容式三维力矢量传感器结构，通过柔性多功能层的上层电极以及下方设置的下层电极阵列，能够实现接触觉(当感知系统即将或刚刚接触外部物体时，应能对即将或刚刚接触的外部物体进行大致的分类并判断即将接近的外部物体的速度和距离)、感知三维力大小方向的功能要求，同时兼顾高灵敏和宽检测范围的要求以及柔性接触。测试中能够达到0.01克法向力(压力方向、z向)分辨率，超越手指的压力分辨能力(0.019克)。但采用专利cn201920633712.5的柔性电容式三维力矢量传感器结构因其下层电极数量也带来电极采样通道数压力问题以及成本的提升，而在另一些方面上，人体动脉为管状结构，血液在动脉中的流动是周期性的，以血液流动方向为x向，压力变化反映为心脏泵血时血液在动脉管壁引起的z向(法向)凸起信息，x向可以反映血液流动的方向类信息，y向可以反映血管的粗细厚薄。对于血压检测而言，压力变化的信息更为重要，流动方向、血管的粗细厚薄作为辅助信息，因此，针对管状液体流动尤其是血管的压力数据采集，有必要研究一种兼顾高压力分辨能力以及通道分配的改善方案。

技术实现思路

1、本实用新型的目的提出一种触觉传感器结构，针对管状液体流动尤其是血管的压力数据采集场景提出通道分配及成本上的改善方案，并且能具备高压力分辨能力。

2、为此，提供一种适用于管状压力采集的触觉传感器，包括至少一个传感器单元，每个传感器单元均设有条形柔性多功能层，每个多功能层的内部均设置有与多功能层电连接的上层电极，上层电极为曲面弹性电极；上层电极的下方设置有下层电极，上层电极与下层电极之间设置绝缘层且上层电极向下的投影至少覆盖每个下层电极的部分面积，柔性多功能层在其条形的径向上受力形变能够带动上层电极改变与绝缘层的接触面积；上层电极与下层电极中至少一者的数量设置为至少两个，且该者的各个电极分布于柔性多功能层的长条两侧，上层电极与下层电极之间形成不同的电容来反映力在不同方向上的分量。

3、相比于现有技术，本实用新型中，柔性多功能层的条形结构易与管状尤其是血管相交，适用于管状液体流动尤其是血管的压力数据采集；柔性多功能层在其条形径向上受力后，可以根据柔性多功能层的形变以及上下电极形成的不同的电容来反映力在不同方向上的分量，达到或超越人体手指的压力分辨能力(法向、z向)，例如：人体血流速度<20mm/s，在采用上述触觉传感器结构的基础上，配合芯片转换速率0.5ms以上的高转换速率芯片对各电极进行电容值采集，则20/2000＝0.01mm/ms，换言之，能够达到0.01克法向力分辨率；相较之现有柔性三维力矢量传感器下层电极设置为四个的结构，条形方案的电极矩阵的数量最低可以设置为两个，达到芯片通道分配压力的改善以及成本控制；实现对条形结构径向例如x向的分辨。

4、本实用新型中，高转换速率芯片例如可以采用r-spinnaker芯片，能够达到24位高速cdc，有效分辨率21.9位，转换时间0.5ms，可以支持高精度触觉信号采集和编码；函数核+snn核架构，用小规模神经元支持复杂拟神经态计算，可以实现实时单片脉象分类；拟神经态感知、计算、执行一体化架构，单片即可支持高精度诊脉压力控制和脉象分类数据处理，详细可以参考专利资料cn202110956246.6。

5、进一步的，柔性多功能层和上层电极一体设置，下层电极为曲面电极或平面电极。其中，上层电极的最优选择是与柔性多功能层形成相同形状，例如柔性多功能层为条形时设置上层电极为与之平行的条形。

6、进一步的，以上层电极作为公共电极，下层电极具有至少两个且相互绝缘，公共电极对各个下层电极形成不同的电容来反映力在不同方向上的分量；或者，以下层电极作为公共电极，上层电极具有至少两个且相互绝缘，公共电极对各个上层电极形成不同的电容来反映力在不同方向上的分量。

7、本实用新型中，触摸传感器可以以单条时或形成阵列，其中优选地，传感器单元可以设置至少两个形成传感器阵列，达到大覆盖面积，更易于对检测目标进行接触。作为传感器阵列下的一种改进方案，传感器阵列中的各个柔性多功能层的长条延伸方向可以相同或不同。当各个柔性多功能层的长条沿不同方向延伸时，例如部分沿x向延伸部分沿y向延伸，进而，在zx方向的分辨基础上弥补地获得y向的分辨能力。作为传感器阵列下的另一种改进方案，触觉传感器还可以设置一关联组织，关联组织为柔性材料，并连接各个传感器单元的柔性多功能层，用于将触觉传感器表面任意区域的受力关联至距受力点最近的至少两个传感器单元的柔性多功能层。通过在各个传感器单元的柔性多功能层上设置的关联组织，在关联组织表面任何区域受力都会关联到周边单元包，可以通过周边单元包的数据计算受力点的位置，解决检测盲区。其中更优选地，关联组织可以设置为一柔性覆膜，此种方案中各个传感器单元的柔性多功能层外表面通过柔性覆膜进行蒙皮，关联组织表面受力时通过柔性覆膜拉动周边单元包实现受力关联，能够改善运动干扰、去噪问题；或者，关联组织可以设置为一柔性填充，并填充至任意传感器单元的柔性多功能层之间，此时，关联组织表面受力时通过柔性填充推动周边单元包实现受力关联。还可以将上述两种方案进行结合，同时设置柔性覆膜和柔性填充，通过推拉结合实现关联以及约束。

8、还提供一种电子皮肤，包括上述的触觉传感器。

9、还提供一种血压监测设备，包括上述的电子皮肤。