[发明专利]一种三明治结构的反射式光学脑电信号传感器

说明书

本发明公开了一种三明治结构的反射式光学脑电信号传感器，包括宽带光源(1)、光耦合器(2)、起偏器(3)、检偏器(4)、传感头(7)以及光电探测器(8)，光耦合器的第一至第四端口(21)(22)(23)(24)分别与宽带光源(1)、光电探测器(8)、起偏器(3)和检偏器(4)相连接；所述起偏器(3)和所述检偏器(4)再分别与传感头(7)连接，所述起偏器(3)产生的偏振光经过第一、第二自聚焦透镜(5)、(6)被传输到传感头(7)中；所述传感头(7)为三明治结构。本发明实现了一种结构微小、紧凑、简单，易于集成，成本低、响应速度快、抗干扰能力强以及信噪比高的脑电信号传感器。

技术领域

本发明涉及属于生理电信号传感检测技术领域，特别涉及一种光学脑电信号传感器。

背景技术

脑电信号(EEG)是一种典型的生理电信号，是大脑皮层神经细胞电活动的总体反映，包含着大量与大脑活动相关的信息和状态参数，是临床检测的重要生理参数之一，也是脑机接口、认知科学和意念操纵等领域研究的重要对象。长期以来，脑电信号传感器在脑电检测系统中发挥着重要作用，高性能的传感器件不仅可以大大减少噪声的引入，获得高信噪比的脑电信号，而且能快速地检测脑电信号变化并做出响应，具有较高的灵敏度。这些良好的传感特性对准确分析大脑状态或疾病，实现人与计算机之间的准确交流等应用领域均具有重要意义。

目前，脑电信号传感器主要分为电学脑电信号传感器和光学脑电信号传感器。电学脑电信号传感器主要依靠传统的电极直接对头皮表面的脑电波进行采集，再通过放大器、滤波器等电学方式进行处理。电极主要包括湿电极、半干电极、有源干电极，干电极等，其中性能较为优良的是湿电极，但是湿电极由于有导电凝胶的存在容易引起测试者不适；半干电极存在电极易变形，寿命短以及存储性较差等缺点，通常还需要改善各种陶瓷材料，孔隙率和电解质浓度对电极性能的影响。长期以来，研究人员已经从采集电极、传感器结构设计和抗干扰等多个方面对电学脑电信号传感器的性能进行优化和提升，如有已授权专利CN105105747A《脑电波量测装置及电极帽》使用干电极及与该干电极固定连接的液压控制模块共同组成脑电波量测装置，在液压控制模块中利用导电液体调节干性电极与皮肤之间的压力，从而保证干性电极能够与人体皮肤稳定接触，导电液体可以吸收或者反射外界的干扰电波，从而减小干扰电波对脑电波信号的影响。已授权专利CN207928316U《生物电信号采集装置》设计了一种特殊的传感结构，利用套筒和固定件的卡接，使设在套筒上的离子导电体和附在固定件内壁上的电极挤压接触，电极与外电路连接，从而形成生物电信号测量回路，有效避免了因电子导体连接件磨损或腐蚀造成电路的不导通问题。已授权专利CN105943035A《全电磁屏蔽自导引自展开头皮微电极》发明了一种抗干扰能力强、无创、精确、实时的全电磁屏蔽头皮微电极。该发明在圆柱形电极柱外面套有电磁屏蔽橡胶，用来阻挡外部的电磁屏蔽干扰及微电极之间的电磁干扰，同时与电极柱连接的电极线线芯外部包裹着绝缘层和电磁屏蔽层，进一步提高了电极的抗干扰能力。这些方法均改良了传感器的传感特性，但由于脑电信号本质是一种极微弱的电信号，上述方法在应用于强电磁干扰环境下仍然存在着易受电磁干扰的缺点。