基于柔性压力传感器的帕金森病监测系统设计

本文基于柔性压力传感器的传感机理，为了探究柔性电容压力传感器在智能健康监测领域的应用，开发出了一套用于采集人体手指压力信号的柔性压力传感器系统。传感器采用具有多孔结构的纳米复合材料PNC来制备；而在信号采集电路设计部分，主要采用交流电桥测电容的方法将电容信号转换为电压信号，然后通过AD芯片读取模拟值，交由主控单片机控制处理，达到智能化数据采集的功能。最后为了验证系统工作的可靠性，将传感器系统应用于测量人体手指压力信号，从而建立压力信息与健康信息的关联。该系统能够实现在特定量程内高灵敏度测量手指压力与抖动频率，一方面为新型高灵敏度柔性压力电容传感器的制备提供参考，另一方面也为电容信号采集提供一定的设计思路，同时为早期发现和治疗帕金森病提供参考。

帕金森病，是一种多发生在60 岁以上老年人群体的神经系统变性疾病， 已成为危害老年人身体健康的“第三杀手”[1]。其中，静止性震颤是本病的典型症状，具体表现为人在安静状态下，手指会出现规律性手抖现象，即拇指与其他四指呈现搓丸子样，频率为每秒4~6 次。

为了实现对该病早发现早治疗的目的，已有部分研究人员设计了用于监测手抖的智能穿戴设备，但是由于采用加速度计与陀螺仪结合等方式，使得整个系统变得笨拙，不具备良好的生物兼容性。而相比于硬质传感器来说，柔性传感器具有灵敏度高、柔韧性好的优点，在生物信号的监测领域具有更为广阔的应用前景[2] [3]。柔性压力传感器作为柔性传感器中的重要成员，因其良好的可穿戴特性，受到越来越多的专家学者的关注，出现了许多利用柔性压力传感器来测量某些生命体征信号的成果，如脉搏、呼吸等[4] [5]。

然而柔性压力传感器应用于特定典型病症的案例较为稀缺， 某些特殊人群对于智能健康监测设备的需求应该具有特殊性，充分利用灵敏度更高且生物兼容性更强的柔性传感器来监测某类疾病具有很好的现实意义。为此，本文设计了一种以帕金森病为具体应用场景，采用更贴合人体皮肤的柔性压力传感器来测量拇指与其他四指之间的压力，同时利用单片机达到智能信号采集与监测的目的[6]。通过测量拇指与其他四指摩擦时产生的压力变化来分析震颤特性，可以实现对帕金森病早期的监测。

2. 柔性压力传感器的传感机理 柔性压力传感器通常会在外力作用下产生形变， 引起敏感材料相关的电学特性发生改变， 从而实现了将压力信号转变成电学信号。

其按照工作机理的不同， 主要可分为压电传感器、压阻传感器和压容传感器[7] [8]。

2.1. 压电传感器 压电传感器是指一类基于压电效应的传感器，压电效应具体来说就是在外力作用下导致传感材料正负电荷发生转移，从而导致材料上下电极之间产生电势差的一种现象。此类压力传感器具有超低功耗的