如何挑选皮肤电传感器

· 生物传感器,皮电,GSR,皮肤阻抗

、电极与接触

  • 优先用 Ag/AgCl 湿电极(导电膏/盐水凝胶):非极化、基线稳,研究级精度首选;手指腹、掌心、指节内侧汗腺密度高。
  • 干电极(不锈钢/金)适合可穿戴,但接触阻抗随压力变化大,必须配合恒压力结构/腕带预紧+接触质量检测。
  • 两电极材质、面积、间距保持一致,别一边大一边小;避免汗液桥接短路。
  • 皮肤准备:酒精轻擦去油,别刚洗完手就测(表面盐分会掉、SCL偏低);凝胶贴好后等 5 分钟让界面稳定。
  • 导线做应力释放(胶带固定),别让线拽电极,否则运动伪迹直接炸。

二、激励源与测量电路

EDA 本质是测“皮肤电导 G=1/R”,常用两种:

  • 恒压法(推荐入门/科研):加 ~0.5 V 直流,运放跨阻放大电流 → 输出正比于电导,线性好。
  • 恒流法:加微安级恒流,测电压 → 需后期取倒数,注意非线性。
  • AC 激励(高端方案):几十 Hz 正弦/方波 + 同步解调,可抵消电极极化漂移,TI AFE4500/AD5940 类方案常用。

关键电路要点:

  • 运放选低偏置电流、零漂移/斩波(如 OPA2333、LMP7721),输入偏置电流要远小于皮肤电流(nA 级)。
  • 跨阻电阻用 0.1% 精度金属膜,反馈端加 guard ring 防漏电。
  • PCB 高阻节点包地保护,别用普通 ESD 二极管直接挂电极(漏电流大),用低漏保护器件。
  • 供电要干净:独立 LDO + 电池/隔离电源,数字地模拟地单点分离,防 50 Hz 耦合。
  • ADC:16 bit 以上 Σ-Δ,差分采样;采样率不用高,8–32 Hz 足够,前面加抗混叠低通(~2–5 Hz)。

三、量程与标定

皮肤阻抗大概 20 kΩ–10 MΩ,对应电导 0.1–50 µS 跨度大:

  • 设计增益让“干态”到“出汗”都不饱和。
  • 两点标定:用绝缘处理的精密电阻跨接电极
    • 1 MΩ(=1 µS)
    • 100 kΩ(=10 µS)
      反推增益和偏移,存到固件。
  • 板载校准电阻(如 100 kΩ 跳线)上电自校零偏和参考电压漂移。
  • 输出单位尽量用 µS(微西门子),别只给“任意 ADC 值”。

四、数字信号处理(固件层)

EDA 分两层:

  • SCL(张力成分):慢基线,0–0.05 Hz
  • SCR(相位反应):快峰,0.05–1 Hz

建议流水线:

  1. 保留原始 RAW(别只存滤波后)
  2. 抗尖刺:中值滤波/斜率门限(生理 SCR 上升有上限,超陡变判运动伪迹)
  3. 分离:
  • 高通 0.05 Hz 提 SCR
  • 低通/滑动基线条取 SCL
  1. 运动伪迹:接加速度计,运动时段打标或剔除
  2. 温湿度补偿:加温度传感器,环境温湿度变化会骗皮电(热汗≠情绪汗)

注意:滤波太狠会把真实 SCR 削平;别用强平滑当“精度提升”。

皮肤电传感器的选择参数
皮肤电传感器的选择参数