Design of Capacitive Bio-Sensor

Presentation on theme: "Design of Capacitive Bio-Sensor"— Presentation transcript:

1 Design of Capacitive Bio-Sensor
電容式生理訊號感測器之研製 Presenter: Rui-An Chang Adviser: Dr. Hung-Chi Yang Chairman: Dr. Hung-Chi Yang Date:

2 Outline Introduction Paper Review Purposes Methods & Materials Result
Future Works References

3 Introduction The traditional electrocardiogram instrument
傳統的心電圖儀器 The traditional electrocardiogram instrument

4 Introduction Basic capacitive theory 4 By Gauss' law
假設，給定電容器的幾何形狀和電容器內部的介質性質，則可以計算出電容。如前圖所示，假設平行板電容器的兩片導板的面積都是，間隔距離為，則兩片導板的面電荷密度分別為 應用高斯定律（詳盡細節，請參閱條目電位移），在兩片導板之間的電場 為其中，是介質的電容率。兩片導板的電勢差為所以，電容為 。 A: The area of the plates d: Distance between the plates Q: Quantity of charge ε: Dielectric of capacitor E: Electric field

5 Introduction Basic capacitive sensor 5
電容式開關是由兩條毗鄰的箔線形成的電容，二者間所形成的電容量由物理學原理所決定。如果把一個導體(如手指)放到離這兩個板很近的地方，就會形成一個與 該感測器呈並聯關係的電容。把手指放到電容式感測器上，電容量將會增加；移開手指，電容量就會減少。只要測量該電容量，即可確定是否有手指放在那裡

6 Paper Review(1/2) A Wireless Wearable ECG Sensor for Long-Term Applications 長期應用的無線可穿戴式心電圖傳感器 一般來說 低頻訊號不利於傳輸 載波是指被調製以傳輸信號的波形，一般為正弦波。一般要求正弦載波的頻率遠遠高於調製信號的頻寬， 否則會發生混疊，使傳輸信號失真。 可以這樣理解，我們一般需要發送的數據的頻率是低頻的，如果按照本身的數據的頻率來傳輸，不利於接收和同步。使用載波傳輸，我們可以將數據的信號加載到載 波的信號上，接收方按照載波的頻率來接收數據信號，有意義的信號波的波幅與無意義的信號的波幅是不同的，將這些信號提取出來就是我們需要的數據信號。 Ebrahim Nemati, M. Jamal Deen, and Tapas Mondal, McMaster University. IEEE Communications Magazine • January 2012

7 Paper Review(2/2) Wireless Non-contact Cardiac and Neural Monitoring
圖2：的非接觸型，電容電極的圖片。該傳感器是在一個標準的製造 印刷電路板，其中包含擴增呃上的電路 頂部和感測板的底部上。 Wireless Non-contact Cardiac and Neural Monitoring Yu M. Chi, Patrick Ng, UCSD, 2010

8 Purposes The purpose of this study for design the capacitive sensor and this sensor can measure physiological signal by single side. To compare with traditional Multi-point electrodes, this study will improve the patient uncomfortable and convenience . 本研究的目的的設計的電容式傳感器，該傳感器可以由單點測量生理信號。 與傳統的三點電極相比較，本研究將改善病人的不舒服和方便。

9 Purposes The proposed capacitive sensor is used by the exch- anges signals to stimulate which use the relationship between the capacitance and electric field to sense physiological signals. 本研究所提出的電容式感測器是使用交流訊號來激發，運用了容抗與電場之間的關係來感測生理訊號

10 Excitation circuit wiring
Methods & Materials Excitation circuit wiring Entity

11 Methods & Materials

12 Methods & Materials System Architecture Excitation circuit
Body Excitation circuit Conversion circuit DAQ -card LabView filtering Result 轉換電路 激發電路 ni9234 軟體濾波 結果 Electrode Media

13 Methods & Materials Substrate Software Hardware
FR4 (εr= 4.4, h = 1.6 mm) Software Altium Protel 99 SE LabView Hardware National Instruments NI9234

14 Methods & Materials Capacitive Sensor Design
15mm 3.5mm 1.87mm 9.63mm 電容式感測器設計 面積同大小 原因介紹 Non-contact electrode Structure

15 Methods & Materials DAQcard NI9234 Receiver NI9234 LabView Result
數據採集卡 NI 9234 為 4 個通道的 C 系列動態訊號擷取模組，可透過 NICompactDAQ 或 CompactRIO 系統，進行整合式電子壓電 (IEPE) 與非 IEPE 感測器的高精確度聲音頻率量測。NI 9234 具有 102 dB 動態範圍，並整合以軟體進行選擇的 IEPE 訊號處理功能，適用於加速規與麥克風。4 個輸入通道以每通道最高 51.2 kHz 傳輸率，同步進行訊號的數位化作業，而內建抗交疊濾波器可自動調整所需的取樣率 。 DAQcard NI9234 Receiver NI9234 LabView Result

16 Methods & Materials Excitation circuit Copper foil Excitation circuit
Conversion circuit Copper foil Conversion circuit Copper foil Copper foil Electrode Electrode

17 Methods & Materials G

18 Methods & Materials Pork Size : 13.5 cm * 7.5 cm * 1cm

19 Result Square Wave 2Hz

20 Result Square Wave 25Hz

21 Result 電流&電場強度

22 Future Works Power supply. Signal amplification.
The complete wave & Back-end analysis.

23 References Ebrahim Nemati, M. Jamal Deen, and Tapas Mondal, McMaster University. IEEE Communications Magazine • January 2012 Wireless Non-contact Cardiac and Neural Monitoring Yu M. Chi, Patrick Ng, UCSD, 2010 陳玉銘, “主動式電容式生理訊號感測器之研製” 南台科技大學,電機工程系,碩士學位論,July,2012

24 END