生理监测系统<
发布时间2025-04-16
多个第一感测单元,沿着一第一方向延伸,且在一第二方向上彼此分离,其中该第一方
多个第二感测单元,用以产生一感应电流,其中该多个第二感测单元沿着该第二方向
多个第三感测单元,沿着该第一方向延伸,且在该第二方向上彼此分离,其中该多个第
二感测单元在一第三方向上位于该多个第一感测单元与该多个第三感测单元之间,该第三
其中,该多个第一感测单元以及该多个第三感测单元各自包含多个感测器,用以输出
一信号输出装置,耦接至该感测装置以及该整流装置,由该整流电流驱动以处理该多
2.如权利要求1所述的生理监测系统,其中该第二感测单元在平行于该多个第一感测
单元的一假想平面上的垂直投影不重叠于该多个第一感测单元的该多个感测器在该假想
平面上的垂直投影,且该多个第三感测单元的该多个感测器的至少一部分在该假想平面上
3.如权利要求2所述的生理监测系统,其中该多个第三感测单元的该多个感测器的一
部分在该假想平面上垂直投影重叠于该多个第二感测单元在该假想平面上的垂直投影,该
多个第三感测单元的该多个感测器的另一部分在该假想平面上的垂直投影位于该多个第
4.如权利要求2所述的生理监测系统,其中该多个第一感测单元以及该多个第三感测
一供电电极,耦接至该多个感测器,用以从该整流装置接收该整流电流,以驱动该多个
一感测导线,耦接至该多个感测器,用以从该多个感测器接收该多个感测信号,并将该
一第一摩擦起电层,重叠于该供电电极,重叠并包覆该多个感测器,其中该第一摩擦起
5.如权利要求4所述的生理监测系统,其中该多个第二感测单元中的每一者还包含:
一第二摩擦起电层,包覆该能量收集电极,其中该第二摩擦起电层具有与该第一极性
6.如权利要求4所述的生理监测系统,其中该多个第一感测单元中的每一者还包含:
多个第一微结构,在该第三方向上具有一第一高度,其中该多个第一微结构在该假想
平面上的垂直投影至少部分重叠于该多个感测器在该假想平面上的垂直投影;以及
多个第二微结构,在该第三方向上具有低于该第一高度的一第二高度,其中该多个第
其中该多个第一微结构以及该多个第二微结构属于该第一摩擦起电层且沿着该第一
7.如权利要求6所述的生理监测系统,其中该多个第三感测单元中的每一者还包含:
多个第三微结构,在该第三方向上具有低于该第一高度的一第三高度,属于该第一摩
10.如权利要求7所述的生理监测系统,其中该第一摩擦起电层包覆该供电电极与该感
多个第四微结构,属于该第一摩擦起电层,与该多个第三微结构分别位于该第一摩擦
起电层在该第三方向上的相对二侧,且沿着该第一方向排列,其中该多个第四微结构接触
11.如权利要求7所述的生理监测系统,其中该第一摩擦起电层为聚二甲基硅氧烷
(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯
(PE)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚胺酯(PU)、热塑性聚胺酯(TPU)、聚酰亚胺(PI)或包含前述至少
渐提高,使得关于生理监测的装置的需求也跟着增加。由于穿戴式的生理监测系统具有较
生理监测,容易出现感测数据量过少,也就是感测分辨率过低的状况,进而导致感测结果不
用者需要不定时地脱下生理监测装置来进行充电,才能维持生理监测装置的运行,此现象
除了会造成监测结果不连续之外,也有可能发生使用者在脱下生理监测装置期间发生意外
为了解决上述问题,本公开文件提供一种生理监测系统,包含感测装置、整流装置
以及信号输出装置。感测装置包含多个第一感测单元、多个第二感测单元以及多个第三感
测单元。多个第一感测单元沿着第一方向延伸,且在第二方向上彼此分离,其中第一方向不
同于第二方向。多个第二感测单元用以产生感应电流,其中多个第二感测单元沿着第二方
向延伸,在第一方向上彼此分离。多个第三感测单元沿着第一方向延伸,且在第二方向上彼
此分离,其中多个第二感测单元在第三方向上位于多个第一感测单元与多个第三感测单元
之间,第三方向不同于第一方向以及第二方向。其中,多个第一感测单元以及多个第三感测
单元各自包含多个感测器,用以输出多个生理感测信号。整流装置耦接至感测装置,用以整
流感应电流以输出整流电流。信号输出装置耦接至感测装置以及整流装置,由整流电流驱
测的功能,以提升感测分辨率,并可以通过其中的整流装置与感测装置自我供电而无需额
为使本公开的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂,说明书附图的
于本公开文件中,当一元件被称为“连结”或“耦接”时,可指“电性连接”或“电性耦
接”。“连结”或“耦接”亦可用以表示二或多个元件间相互搭配操作或互动。此外,虽然本公
开文件中使用“第一”、“第二”、…等用语描述不同元件,该用语仅是用以区别以相同技术用
语描述的元件或操作。除非上下文清楚指明,否则该用语并非特别指称或暗示次序或顺位,
图1为根据一些实施例的生理监测系统100简化后的功能方框图。在一些实施例
中,生理监测系统100包含感测装置110、整流装置120以及信号输出装置130。感测装置110
包含多个感测单元L1、多个感测单元L2以及多个感测单元L3。每个感测单元L1以及每个感
测单元L3当中包含多个感测器S,用以输出多个生理感测信号至信号输出装置130。感测单
在一些实施例中,整流装置120耦接至信号输出装置130以及感测装置110中的每
个感测单元L1~L3,用以整流感测单元L2产生的感应电流,以输出整流电流至感测单元L1、
信号输出装置130耦接至感测装置110以及整流装置120,由整流电流驱动以处理
多个生理感测信号,进而输出感测结果。在一些实施例中,信号输出装置130可以使用合适
的有线或无线通信方式输出感测结果,例如蓝牙、Wi‑Fi、紫蜂、通用序列总线及/或以太网
络。在另一些实施例中,信号输出装置130还包含以薄膜晶体管制作的移位暂存器(未示
本公开文件的感测装置110中的感测单元L1~L3在垂直方向上相互重叠。换句线分别位于不同的水平面上且相互重叠。星空体育为了明确说明感测装置110的构
造,请一并参照图2A以及图2B,其中图2A为根据一些实施例的感测装置110的俯视图,图2B
在一些实施例中,感测单元L1沿着第一方向X延伸,且在第二方向Y上彼此分离,其
中第一方向X不同于第二方向Y。感测单元L2沿着第二方向Y延伸,在第一方向X上彼此分离。
感测单元L3沿着第一方向X延伸,在第二方向Y上彼此分离。换句线A所示,感测单
元L1与感测单元L3会沿着第一方向X平行地延伸,且感测单元L1与感测单元L3皆会和感测
请参照图2B,在一些实施例中,感测单元L2沿着第三方向Z堆叠于感测单元L1之
上,感测单元L3沿着第三方向Z堆叠于感测单元L2之上,亦即感测单元L2在第三方向Z上位
于感测单元L1与感测单元L3之间,其中第三方向Z不同于第一方向X以及第二方向Y。因此,
在一些实施例中,感测单元L2在平行于感测单元L1的一假想平面上的垂直投影不
重叠于感测单元L1中的感测器S在此假想平面上的垂直投影。换句线中的感测器S在此假想平面上的垂直投影位于不同位置。在一些实施例中,感测单元
L3的感测器S在平行于感测单元L1的一假想平面上的垂直投影会重叠于感测单元L2在此假
在一些实施例中,感测单元L1与感测单元L3在第二方向Y上以一个感测单元L1与
一个感测单元L3相互交替的方式交替排列(如图2A所示)。因此,在此实施例中,感测单元L1
中的感测器S在第一方向X以及第二方向Y上的位置皆不同于感测单元L3中的感测器S在第
通过上述的感测单元L1~L3之间的位置关系以及感测器S的排列状况,可以实现
本公开文件提出的感测装置110的交织结构,以实现多点感测的功能,提升感测分辨率。
请再参照图2B,在一些实施例中,每个感测单元L1以及每个感测单元L3包含供电
测器S,用以从整流装置12接收整流电流,以驱动多个感测器S。感测导线SL耦接至多个感测
器S,用以从多个感测器S接收多个生理感测信号,并将多个生理感测信号传递至信号输出
装置130。摩擦起电层M1重叠于供电电极PE,且重叠并包覆多个感测器S,其中摩擦起电层M1
覆晶(Flip‑chip)等方式连接于感测导线SL与供电电极PE。在一些实施例中,感测器S用以
通过压阻、压容及/或压电的方式,根据使用者的生理状态(例如,脉搏)产生生理感测信号,
并通过感测导线SL将生理感测信号传送至信号输出装置130。举例来说,当感测装置110贴
合于使用者的皮肤上时,使用者的脉搏跳动会使压阻式感测器内的电阻值产生变化,进而
判别出使用者的脉搏并使感测器S输出相应的生理感测信号至信号输出装置130。
请再参照图2B,在一些实施例中,每个感测单元L2包含能量收集电极CE以及摩擦
起电层M2。能量收集电极CE用以产生感应电流,并将感应电流传递至整流装置120。摩擦起
在一些实施例中,摩擦起电层M1可以由亲肤可挠弹性材料所组成,例如聚二甲基
硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、
聚乙烯(PE)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚胺酯(PU)、热塑性聚胺酯(TPU)、聚酰亚胺(PI)等任何亲
肤可挠弹性材料或包含前述至少一者的组合,使得感测装置110具有第一极性,且可以贴合
在一些实施例中,摩擦起电层M2可以由具有与第一极性相反的材质组成,例如苯
胺甲醛树脂、聚甲醛(POM)、乙基纤维素(EC)、聚酰胺(PA)或包含前述至少一者的组合所组
通过具有相反极性的摩擦起电层M1、M2的感测单元L1、L2、L3,可以实现生理监测
在操作上,当感测单元L1或感测单元L3产生了相对于感测单元L2的位移(例如,滑
动)时,由于感测单元L1以及感测单元L3中的摩擦起电层M1的第一极性相反于感测单元L2
中的摩擦起电层M2的第二极性,会因此产生感应电流。此时,感测单元L2中的能量收集电极
当整流装置120接收到感应电流后,会将感应电流进行整流,并将整流过后的整流
电流传递至输出装置130以及通过感测装置110中的供电电极PE提供至感测器S,以维持信
在本公开文件中,更提供具有多个微结构的感测单元L1以及感测单元L3,以提升
摩擦起电层M1与摩擦起电层M2之间的感应电流的大小,进而提高自供电功能的效率。关于
感测单元L1以及感测单元L3中的微结构,请一并参照图3以及第4A~4B图。
图3为沿着图2A的剖线AA’根据一些实施例的感测单元L1以及感测单元L2的剖面
图。在一些实施例中,每个感测单元L1还包含多个微结构B1以及多个微结构B2,其中,微结
构B1以及微结构B2属于摩擦起电层M1,且微结构B1在第三方向Z上具有高度h1,微结构B2在
第三方向Z上具有低于高度h1的高度h2。在一些实施例中,微结构B1在平行于感测单元L1的
一假想平面上的垂直投影至少部分重叠于感测器S在此假想平面上的垂直投影,且感测单
元L2部分地重叠于微结构B2(如图3所示)。在一些实施例中,微结构B1以及微结构B2沿着感
测单元L1所延伸的第一方向X排列,并以一个微结构B1与一个微结构B2交替的方式交替排
在操作上,由于微结构B2属于摩擦起电层M1而具有第一极性,所以相互重叠的感
测单元L2与微结构B2之间会产生感应电流。值得一提的是,因为微结构B2的存在,增加了感
测单元L1与感测单元L2之间的接触面积,因此可以进一步提升感应电流的大小,提高自供
电功能的效率。另一方面,微结构B1的存在增加了感测单元L1与使用者皮肤之间的接触面
积,除了有助于提高感测效果,也能使感测装置110更稳定地贴合于使用者的皮肤。
图4A为沿着图2A的剖线BB’根据一些实施例的感测单元L1~L3的剖面图。在一些
实施例中,每个感测单元L3还包含多个微结构B3。其中,微结构B3在第三方向Z上具有低于
高度h1的高度h3,属于摩擦起电层M1,且沿着感测单元L3所延伸的第一方向X排列。另一方
面,微结构B3的存在增加了感测单元L3与使用者皮肤之间的接触面积,除了有助于提高感
在一些实施例中,高度h2介于高度h1的0.2倍以及0.8倍之间,且高度h2大于或等
在另一些实施例中,高度h2介于高度h1的0.2倍以及0.8倍之间,且高度h2小于高
图4B为沿着图2A的剖线BB’根据另一些实施例的感测单元L1~L3的剖面图。在一
些实施例中,摩擦起电层M1包覆了感测单元L3的供电电极PE与感测导线SL,且每个感测单
元L3还包含多个微结构B4。微结构B4属于摩擦起电层M1,与微结构B3分别位于摩擦起电层
M1的相对二侧,且沿着第一方向X排列,其中,微结构B4接触于感测单元L2。
由于微结构B4属于摩擦起电层M1,因此同样具有第一极性,所以相互重叠的感测
单元L2与微结构B4之间会产生感应电流。微结构B4的存在增加了感测单元L3与感测单元L2
因此,通过感测单元L1以及感测单元L3中的微结构B1~B4,可以增加感测单元L1
图5为根据一些实施例的生理监测系统500简化后的功能方框图。在一些实施例
中,生理监测系统500包含感测装置510、整流装置120以及信号输出装置130。图5的生理监
测系统500相似于图1的生理监测系统100,不同的地方在于,图1的感测装置110中的感测器
S与图5的感测装置510中的感测器S具有不同的配置方式,为了简洁起见,以下仅针对感测
在图1的实施例中,感测单元L1中的感测器S与感测单元L3中的感测器S呈现出棋
盘状的排列方式。相对地,在图5的实施例中,感测单元L3的感测器S在平行于感测单元L1的
假想平面上的垂直投影,一部分会重叠于感测单元L2在此假想平面上的垂直投影,另一部
分会分别位于多个感测单元L2在此假想平面上的多个垂直投影之间的多个空隙。当俯视图
5的生理监测系统500时,多个感测单元L3的感测器S的一部分在第二方向Y上与感测单元L1
的感测器S间隔排列(例如相邻两个感测单元L1在第二方向Y上相邻的两个感测器S之间设
有感测单元L3的一个感测器S),而多个感测单元L3的感测器S的另一部分在第二方向Y上沿
着多个感测单元L2排列且不相邻于感测单元L1的感测器S。换句线还包含了在第一方向X上与感测单元L1中的感测器S位于相同位置,而在第二
综上而言,本公开文件提出的生理监测系统100及500,通过了交织排列的感测单
元L1~L3实现多点感测以及自供电的功能,不需要额外的供电装置,因而具有高感测分辨
<