CN109688859B - 用于检测力的装置和系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于检测施加到物体的力的装置。所述装置(200)包括：第一柔性基板层(101)，在其之上具有多个第一压力传感器(103)；以及多个第一导电轨道(102)；其中，多个所述第一导电轨道用于提供与多个所述压力传感器的电连接。

Description

用于检测力的装置和系统

技术领域

本发明涉及一种用于检测力的装置和系统。在一实施例中，本发明涉及一种用于检测施加到服装物品上的力的装置。在另一实施例中，本发明涉及一种用于检测施加到车辆的力的装置。

背景技术

众所周知，头盔广泛使用于娱乐和运动、商业和专业性目的，并且，头盔能够减轻对头部的撞击的严重程度。另外，通常的防护服(手套，靴子，服饰，以及头饰)能够减轻对身体任何部位的撞击的严重程度。运输研究就是一个例子。2009年实验室报告记录了能够证实有关自行车头盔的上述内容的证明。

当发生事故而导致外伤性脑损伤(TBI)时，对于急性脑损伤的有效治疗取决于几个关键阶段。这些阶段包括入院前阶段、初始分诊阶段，以及随后的重症监护阶段和持续进行康复治疗的后重症监护治疗阶段。通过更充分和准确地了解撞击头部时所发生的情况，能够减轻短期和长期的TBI问题。

有关美式足球的美国20120124720 Al公开了一种系统，该系统需要使用单芯电线(solid wire)连接的固体传感器，并且在产生生物力学数据方面存在局限。美国2005177929 A1同样有关美式足球头盔，提供有限的生物力学数据，并且使用多个加速度计而具有产生噪声的问题。美国2014039355 A1描述了一种用于实时监测的系统，能够捕获有限的生物力学数据。该系统要求预先加载冲击曲线。美国2010005571 A1公开了用于确定对穿着者的撞击效应(blast effects)的头盔。该头盔要求将传感器设置在头盔外部。美国2012120009 A1描述了一种监测较小的力/撞击的通过手指使用的触摸面板。

发明的内容

在一实施例中，提供一种用于检测施加到头盔的力的装置。所述装置包括：第一柔性基板层，在其之上具有多个第一压力传感器；以及多个第一导电轨道；其中，多个所述第一导电轨道用于提供与多个所述压力传感器的电连接。

在另一实施例中，提供一种用于检测施加到物体上的力或压力的装置。所述装置包括：第一柔性基板层，在其之上具有多个第一压力传感器；以及多个第一导电轨道；其中，多个所述第一导电轨道用于提供与多个所述压力传感器的电连接。

可选地，所述物体是所述装置的穿着者的身体的一部分，例如头部或脚。

可选地，所述物体是车辆的一部分，例如头枕。

可选地，多个所述第一导电轨道包括多个第一电极和多个第二电极，每个第一电极和每个第二电极与多个所述第一压力传感器的单个压力传感器电接触。

可选地，每个第一电极与每个压力传感器的第一侧物理接触，并且，每个第二电极与每个压力传感器的第二侧物理接触。

可选地，所述第一侧与所述第二侧相对。

可选地，多个所述第一压力传感器形成传感器层。可选地，多个所述第一压力传感器包括压敏油墨。

可选地，所述压敏油墨包括印刷或丝网涂覆的压敏墨点，所述墨点用于响应压力变化而改变电阻。

可选地，多个所述第一导电轨道形成轨道层。

可选地，所述轨道层位于所述第一基板层和多个所述第一压力传感器之间。

可选地，使用焊料、导电胶粘剂、各向异性导电带中的任一种将多个所述第一导电轨道施加到所述第一基板层。

可选地，使用以下印刷工艺中的任何一种将多个所述第一导电轨道印刷至所述第一基板层上：喷墨印刷、丝网印刷、柔性版印刷，凹版印刷。

可选地，多个所述第一导电轨道包括铜、银、铝，和导电碳中的一种或多种。

可选地，用于保护多个所述第一导电轨道和/或所述第一压力传感器的第一密封层。

可选地，多个所述第一压力传感器中的至少一个压力传感器为圆形(circular)。

可选地，多个所述第一压力传感器中的至少一个压力传感器为火山形(volcano-shaped)、圆顶形(dome-shaped)，或环形(donut-shaped)。

可选地，第二柔性基板层，在其之上具有多个第二压力传感器；以及多个第二导电轨道，多个所述第二导电轨道用于提供与多个第二压力传感器的电连接。

可选地，多个所述第二压力传感器与多个所述第一压力传感器物理接触和电接触。

可选地，多个所述第二导电轨道形成第二轨道层，多个所述第二压力传感器包括压敏油墨，并且，所述压敏油墨包括印刷或丝网涂覆的压敏墨点，所述墨点用于响应压力变化而改变电阻。

可选地，所述第二轨道层位于所述第二基板层和多个所述第二压力传感器之间。

可选地，所述装置形成为包括以下六层的单层：所述第一基板层、多个所述第一传感器作为第一传感器层、多个所述第一导电轨道作为第一轨道层、第二基板层、多个第二传感器作为第二传感器层、以及多个所述第二导电轨道作为第二轨道层。

可选地，一个或多个电介质层，用于在多个所述第一导电轨道和多个所述第二导电轨道之间提供电绝缘。

可选地，所述装置形成为包括以下八层的单层：所述第一基板层、多个所述第一传感器作为第一传感器层、第一电介质层、多个所述第一导电轨道作为第一轨道层、第二基板层、多个所述第二传感器作为第二传感器层、第二电介质层，以及多个所述第二导电轨道作为第二轨道层。

可选地，所述装置还包括处理器，所述处理器用于根据由多个所述第一压力传感器接收的数据，确定冲击的位置和/或冲击的大小或力。

可选地，所述处理器还用于控制模数转换电路，或者与模数转换器电连接。

可选地，所述处理器还被配置为：监测由多个所述第一压力传感器接收的数据；对有关所述数据的压力值或力值与第一预定阈值进行比较；以及若所述压力值或力值超过所述第一预定阈值，则分配时间戳和/或日期戳；并且可选地，其中，所述装置还包括用于将所述数据记录和存储为原始数据或处理后数据的手段。

可选地，所述处理器用于监测由多个所述第一压力传感器和多个所述第二压力传感器的组合所接收的数据。

可选地，所述处理器还用于，为超过所述第一预定阈值的第一事件分配第一时间戳和/或日期戳，并为超过所述第一预定阈值的第二事件分配第二时间戳和/或日期戳，所述第一事件和所述第二事件发生在不同时间。

可选地，所述处理器用于发送指示超过所述第一预定阈值的信号，所述信号包括所述时间戳和/或日期戳，并且可选地，其中，所述处理器还用于传递超过所述第一预定阈值之前和/或之后的一段时间的数据。

可选地，所述处理器还用于：对所述压力值或力值与第二预定阈值进行比较，所述第二预定阈值的值小于所述第一预定阈值；以及当所述压力值或力值在所述第一预定阈值和所述第二预定阈值之间时，提供指示超过所述第二预定阈值的信号。

在此还公开一种包括两个前述装置的系统，一个装置是第一装置，另一个装置是第二装置，其中，所述系统还包括设置在所述第一装置和所述第二装置之间的间隙层。可选地，所述间隙层包括缓冲层。

可选地，所述系统还包括处理器，所述处理器配置为根据比较由从所述第一装置接收的数据与由所述第二装置接收的数据，确定所检测的力或压力的角度或方向。

可选地，所述处理器进一步配置为根据比较由从所述第一装置和所述第二装置接收的所述数据，确定通过所述间隙层传输的力或压力的大小。

可选地，所述处理器进一步配置为根据比较由所述第一装置和所述第二装置接收的所述数据，确定通过所述间隙层的力的方向的变化。

可选地，所述处理器还用于根据由所述第一装置接收的数据确定撞击的力或压力的大小和位置，并且，根据由所述第二装置接收的所述数据确定离开所述间隙层的力或压力的大小和位置。

可选地，所述间隙层包括用于材料分析测试的测试材料，或能量管理材料(energymanagement material)。

可选地，所述的装置或系统，还包括：电源，设置为向所述装置提供电力，并且可选地，还包括允许对所述电源进行充电的手段。

可选地，所述的装置或系统，还包括：通信手段，用于将压力、位置或力数据中的至少一个传递至外部装置以进行存储或分析。可选地，所述外部装置是移动无线通信装置或服务器。

可选地，所述压力、位置，或力数据适用于医疗、保险、运动健康和表现分析(performance analysis)、医疗法律案件、陈述(statements)、材料测试，以及分析和认证。

可选地，所述通信手段包括无线通信手段，可选地包括蓝牙。

可选地，一个或多个陀螺仪和/或加速度计。

可选地，所述装置或系统还包括处理器，所述处理器配置为根据由一个或多个所述陀螺仪和/或加速度计提供的数据，确定施加到所述头盔的穿着者的头部的旋转力。

可选地，所述处理器进一步配置为根据由一个或多个所述陀螺仪和/或加速度计提供的数据，确定所述头盔的移动速度，和/或进一步配置为确定所述头盔的相对于所述穿着者的身体以及所述穿着者的所述头部的预定位置的移动。

可选地，多个所述第一导电轨道包括用于电连接到外部装置的第一连接点。

可选地，多个所述第二导电轨道包括用于电连接到外部装置的第二连接点。

可选地，所述外部装置是模数转换器。

可选地，所述外部装置是处理器，可选地是微处理器。

可选地，所述的装置或系统，还包括用于显示所述装置或系统的电力水平的指示器。

可选地，处理手段和/或电力手段容纳于外壳。

可选地，用于接收和存储有关头盔穿着者的个人数据的手段。可选地，所述个人数据包括个人详细信息和/或医疗信息。可选地，所述医疗信息包括过敏信息、血型、NHS号、紧急联系信息，以及亲属中的一个或多个。

可选地，所述装置或系统用于形成头盔的内衬。

可选地，所述装置用于形成鞋类的鞋垫的一部分。

此外，在此还公开了一种包括所述装置或系统的鞋类或鞋垫。

并且，在此还公开了一种包括所述的装置或系统的头盔。可选地，所述装置或系统至少部分地设置在所述头盔的层之间。可选地，所述头盔用于运动、休闲活动、专业训练、探险、骑自行车、攀岩、冰球、美式足球、赛车运动、水上运动、雪上运动、骑马、皮划艇、橄榄球(rugby)、滑雪、武术、拳击、建筑工作、橄榄球(rugby)、板球、训练、表现(performancework)、安全。

此外，在此还公开了一种包括所述的装置或系统的服装。

此外，在此还公开了一种包括所述的装置或系统的防护服。可选地，所述防护服是防弹衣。

此外，在此还公开了一种设置为与所述通信手段进行通信的应用程序，所述应用程序用于响应接收的压力或力数据而作出反应。可选地，所述应用程序响应于所接收的所述压力或力数据而自动联系应急服务。可选地，所述应用程序响应于所接收的指示所述力值超过所述第一预定阈值的信号而自动联系紧急服务。可选地，所述应用程序响应于所接收的指示所述力值超过所述第二预定阈值的信号而提供警报。

在一实施例中，提供一种检测施加到物体上的力或压力的方法，所述方法包括：提供一种用于检测施加到物体上的力或压力的装置，所述装置包括处理器，所述处理器用于根据由多个所述第一压力传感器接收的数据，确定撞击的位置和/或撞击的大小或力；使用处理器监测从多个所述第一压力传感器接收的数据；使用处理器对有关所述数据的压力值或力值与第一预定阈值进行比较；以及当所述压力值或力值超过所述第一预定阈值时，分配时间戳和/或日期戳。

可选地，所述监测包括对由多个所述第一压力传感器和多个所述第二压力传感器的组合接收的数据进行监测。

附图说明

下面参照附图对本发明的实施例进行说明。

图1为显示根据一实施例的包括4层集成分层系统的装置的分解图。

图2为显示根据一实施例的包括6层集成分层系统的装置的分解图。

图3为显示完成后的图1或图2的装置的附图。

图4为显示根据一实施例的包括两个集成分层系统(两个图1的装置，或者两个图2的装置)的分解图。

图5为显示完成后的图4的系统的附图。

图6为显示根据一实施例的将图5的系统作为头盔的一部分或与头盔结合使用的附图。

图7为显示根据一实施例的由集成分层系统提供的用于处理数据的电路的附图。

图8为显示根据另一实施例的由集成分层系统提供的用于处理数据的电路的附图。

图9为显示线性撞击的位置，通过头部的力的线性路径，通过脑部的力的线性路径的示例图示。

图10A为显示根据一实施例的与黑盒子的电路连接的集成分层系统的附图。

图10B为显示根据另一实施例的与黑盒子的电路连接的集成分层系统的附图。

图11为显示黑盒子的两个实施例的附图。

图12A为显示根据一实施例的包括集成分层系统和黑盒子的装置的附图。

图12B为显示根据一实施例的包括多个集成分层系统(多个装置)和黑盒子的系统的附图。

在整个说明书和附图中，相同的附图标记表示相同的部件。

具体实施方式

本发明涉及一种在检测施加至物体的力或压力方面的改进。在一实施例中，本发明涉及一种有关改进的头盔技术的装置，该装置不仅能够在受伤时或受到撞击时捕获事件数据和生物力学数据，还能够和/或在事件之前和事件之后捕获事件数据和生物力学数据，由此，提供更清晰和更全面的画面。所捕获的数据能够应用于多种情况。

作为使用本发明的示例对头盔的具体示例进行说明，但本发明也能够包括许多其他使用方法。例如，本发明同样能够用于检测施加至任何服装的力或压力，例如穿在身上的任何衣服、配件。在此包括头饰、服饰、鞋类和防护服。具体地，本发明能够用于靴子以检测施加至鞋子的鞋底的力或压力，或用于保护头盔以检测施加至头盔的力或压力。在本公开中，所使用的术语“服装”通常包括任何人们可穿戴的东西，包括任何类型的帽子/头盔、手套、袜子和鞋子等。

实际上，本发明能够有效地利用于检测施加到任何物体或表面的力或压力。例如，本发明能够用于车辆。具体地，本发明能够用于检测施加至汽车头枕的力的压力，或者施加至车辆的任何其他部分的力的压力。

本发明还提供在测试条件下决定能量管理材料的性能水平和数据的手段。

本发明对力的检测技术进行改进。特别地，目前没有对于撞击物体的力的角度，或者，穿过例如头盔佩戴者的头部的物体的力的线性路径的有效且准确的检测方式。为简洁起见，本发明将对应用于头盔的技术进行说明，然而，应当理解,本发明的技术能够应用于希望对施加至或者穿过任何表面或物体的力或压力进行检测的应用中。

下面，对通常与头盔结合使用或者作为头盔的一部分使用的装置进行说明。该装置包括一个或多个柔性印刷的油墨传感器电路，其能够捕获部分所需的生物力学信息、力的水平/大小，和物体受到的力的位置。可选地，包括第二装置的该装置同样具有一个或多个柔性印刷的油墨传感器电路，其能够捕获部分所需的生物力学信息、还能够捕获力的线性路径/角度。包括两个分别具有上述印刷的柔性油墨传感器电路的装置的系统，能够包括以下层(例如，每个装置具有基板、轨道、传感器，和可选的保护层压层)：

顶部

·保护层压(Protective lamination)

·传感器(Sensors)

·轨道(Tracks)

·基板(Substrate)

·缓冲层(分隔物)Cushion layer(separator)

·传感器(Sensors)

·轨道(Tracks)

·基板(Substrate)

底部

包括上述层的组合的系统，能够理解为具有柔性印刷的电子装置与压力油墨传感器的集成分层系统。所述集成分层系统的目的在于捕获撞击数据以确定撞击的准确位置、撞击的力度，以及在如上所述的使用两个装置(两个传感器层)的情况下的撞击力的线性路径。

层结构从厚度通常在25μm至250μm之间的基板层开始。能够使用任何柔性材料膜，但是优选为能够印刷在上表面的厚度为约100μm-125μm的薄膜柔性塑料和/或聚合物。优选地，基板层的厚度为100μm。优选地，基板层的厚度为50μm。进一步优选地，基板是透明或半透明的。基板层能够由PET制成。

轨道层实现传感器层的传感器与处理器之间的电连接，可选地，通过连接至A/D转换器。能够使用低温焊料(例如铋和/或锡)、导电胶粘剂，或各向异性导电带等将轨道施加至基板层。轨道材料能够是任何导电材料，优选为银，或是铜、铝或导电碳。在一个优选实施例中，使用喷墨印刷、丝网印刷、柔性版印刷、凹版印刷和其他类似的印刷工艺对轨道材料进行印刷。

传感器层能够包括本文所公开的传感器的任何组合，但优选地，该层仅是丝网涂覆的压力墨点传感器。任何公知的压敏油墨都能够用作压力墨点传感器。传感器层也能够称为压阻层，如本领域技术人员所理解，每个单独的墨点传感器具有压阻特性。电阻会随着施加到传感器的压力的增加而降低。使用压力油墨传感器使得独立的传感器非常紧密地定位在一起，从而更准确地读取力或压力。油墨能够是任何导电的可印刷油墨，包括具有在受到机械应变(mechanical strain)时记录电阻的模拟变化的关键功能的丝网涂覆的材料或其他材料。作为示例，压力油墨材料能够是任何类型的碳纳米管(CNT)、量子隧穿电导、石墨烯和/或压电材料。

墨点能够由官能化的石墨烯纳米颗粒(GNP)形成，例如由Haydale生产并在WO2016/102689A1中描述的油墨(特别是第5页第26-36行和第9页第24行至第10页第9行)。上述油墨的墨点由分散在聚合物基质材料中的碳纳米颗粒形成。所述碳颗粒因具有高纵横比而能够增加油墨的电阻灵敏度。墨点能够在没有施加力的情况下具有高的电阻，由此，在没有施加力时的电流可以忽略不计。石墨烯油墨颗粒不存在横向导电性同样有效。然而，油墨会在颗粒结构受到压缩时导电。另一个压敏油墨是由Peratech生产(https:// www.peratech.com/)。

如普通技术人员所理解，压阻式传感器在经受机械应变时改变电阻。普通技术人员还能够理解如何检测这种电阻的变化，这包括例如使用电位分压器(potentialdivider)。校准步骤也能够用于确定电阻变化和机械应变之间的关系。这能够通过向传感器施加已知的力而测量电阻，并使用该数据而实现校准。

根据具体的应用，传感器的数量能够具有很大差异。例如，能够使用64或128个油墨传感器。

墨点(传感器)能够是任何尺寸，并且根据具体用途而变化。例如，根据不同的头盔类型和应用采用不同尺寸的墨点。现有的轨道技术通常产生70μm的间隙，由此，最小的墨点直径为210μm。墨点直径的有效范围在3mm至15mm之间，能够使用在5至10mm之间的直径。例如，墨点能够具有约14mm的直径。所涂覆的油墨传感器的形状能够是任何形状，并且优选为圆形。另外，出于稳定性原因，在同一传感器层上的每个传感器优选为具有均匀的形状和尺寸。油墨传感器的形状高度(shape height)优选为半球形、火山形或环形，这是油墨的自然干燥形状，然而，这种形式还能够有助于阻止电流从“关闭”位置流出。传感器之间的距离与产生的最小噪声水平和例如头盔的面积(footprint)的服装或表面的面积(footprint)有关。

当传感器是压力油墨传感器时，能够对每个传感器进行多次印刷。例如，单个传感器能够包括两层或更多层油墨，每层直接施加在之前的油墨层的上方。由此，单个传感器能够由多层油墨形成。通过使用多个层，油墨传感器变得更厚，这使得压电电阻范围扩大。由此，能够对更大的力进行测量。优选地，每个油墨传感器包括四个印刷的油墨传感器层，然而，能够使用其他数量的层，并且层的数量根据特定的油墨而不同。

保护层压层用于提供密封层，密封层由任何柔性材料制成，优选为薄膜塑料等。在一个实施例中，装置能够仅具有基板层、轨道层、传感器层和保护层压层。举例来说，这尤其适合于材料测试。在集成到头盔中的优选实施例中还使用缓冲层，缓冲层用于分隔如上所示(即两个单独的装置)的两组基板层、轨道层和传感器层。缓冲层根据不同的应用形成为任何厚度。例如，缓冲层能够是0.1mm至30mm，优选地在1mm至10mm之间，最优选地在5mm至10mm之间。缓冲层的材料能够是例如硅或TPE的任何柔性材料。同样地，缓冲层的材料能够是有助于吸收撞击的能量管理材料，例如可压损泡沫(例如发泡聚苯乙烯和/或发泡聚丙烯)、非牛顿泡沫等。

在一个实施例中，该系统包括上述的八个层，其中，底层是基板层，顶层是保护层压层。该实施例能够确定力的线性路径。或者，以具有间隙层或缓冲层的方式位于彼此之上和之下的具有4层的两组(即两个装置)，也能够提供相同的数据。间隙层能够包括第三方材料。

图1为显示一实施例的包括4个层的装置100的分解图，其中4个层为：基板层101、轨道层102、压力传感层形成的传感器层103，和保护层104。图1的装置100是用于集成在骑行头盔设计中的装置的示例性布局(footprint)。图1的布局(footprint)能够是任何尺寸和形状，包括但不限于实心多边形和圆形。这种实心多边形或圆形能够包括切口部分105，其形状为多边形和/或圆形。传感器层103能够由印刷的压力油墨传感器形成。

尽管图1示出了包括四层的装置，但应该理解，在本文公开的所有实施例中，能够根据需要省略保护层105。由此，使用三层，而保护层105是可选的。

上述的三层可以仅代表装置中的层的一半。特别地，装置能够具有六层，例如在图2中示出的装置200。装置200能够具有以下结构：

顶部

·基板(Substrate)

·轨道(Tracks)

·传感器(Sensors)

·传感器(Sensors)

·轨道(Tracks)

·基板(Substrate)

底部

换言之，所述装置200能够具有两个基板层101、两个轨道层102，和两个传感器层103。两个传感器层103形成压力传感层。上述层可以按照如上所述的顺序进行排列，使得两个传感器层103物理接触。如前所述，还能够根据具体应用在上述结构中使用一个或多个保护层105，并且，上述保护层105可以设置在顶部、底部或两者全部上。传感器层103能够设置成使得一个传感器层103的独立的压力油墨传感器接触另一个传感器层103的独立的压力油墨传感器。

在装置是仅具有单个传感器层103的装置100时，如在之前所述的三层或四层布置中，所形成的轨道层102的轨道能够为传感器层103的每个墨点传感器形成两个电极。由此，在装置100中，单个传感器层103(压阻层)用作压力传感层。每个墨点传感器的一侧具有第一轨道电极，每个墨点传感器的另一侧具有第二轨道电极。上述配置能够通过将第一轨道电极和第二轨道电极形成为轨道层102的一部分，然后将墨点传感器直接印刷在两个电极的顶部上的方式实现。由此，电极能够在同一平面上。例如，第一轨道电极和第二轨道电极能够是交叉指型电极。通过配置两个轨道电极，能够测量两点之间的电阻。能够理解，当墨点传感器是石墨烯时，当力施加到油墨传感器时，由于压力导致的石墨烯油墨颗粒的位移引发传感器的电阻变化。该电阻变化能够通过任何现有手段进行测量。

当装置是装置200时，具有两个传感器层103。如前所述，传感器层可以称为压阻层，由此，装置200具有两个压阻层。不同于装置100，在装置200中的压力传感层由两个传感器层103(压阻层)形成。在装置200中，通过两个压阻层的直接接触来感应压力。为了测量电阻，一个传感器层103的墨点与另一个传感器层103的墨点接触。两个传感器层103的墨点之间的直接接触产生已知的电阻值，该电阻值随着所施加的力的增加而减小。压阻范围随着用于墨点的每层油墨的厚度而增加，并且电阻降低的速率取决于每个墨点的油墨层数。基于所使用的特定油墨，例如由Haydale生产的油墨，可能的情况是一个传感器层的墨点仅在与相对的传感器层的相对墨点接触时导电。由此，这种布置尤其有益于这种油墨。

在装置200中，一个轨道层102形成与对应的传感器层103的每个墨点电连接的第一轨道电极，并且，另一个轨道层102类似地为对应的传感器层103形成第二轨道电极。由此，轨道层102为压力传感层形成电极。通过两个传感器层接触以及压缩在一起完成电路，并且，引起墨点的压缩，由此，当第一轨道电极和第二轨道电极结合任何现有的电阻值检测手段进行测量时产生较低的电阻测量。例如，能够使用电位分压器来比较当压力传感层与另一已知的电阻或电阻器串联时的压降。电阻的变化与施加到压力传感层的力具有线性关系。

装置200还能够包括一个或多个电介质层(未示出)。装置200包括6层，并且，在图2所示的具体示例中，轨道层102的配置是相同的。换句话说，一个轨道层102的轨道与另一个轨道层102的轨道重叠。在这种情况下，能够包括一个或多个电介质层以防止当两个轨道层在物理接触以及电接触时可能发生的短路。电介质层能够在轨道层之后的任何阶段进行印刷，并且电介质层能够包括电介质油墨。上述电介质层能够具有孔，使得所印刷的油墨传感器不被覆盖，从而确保两个传感器层之间的电接触。可以存在一个电介质层以覆盖上部或下部轨道层中的一个，并且可选地，能够存在第二电介质层，同样地覆盖上部或下部轨道层。换句话说，当包括单个电介质层时，装置200能够包括七个层，或者，当包括两个电介质层，装置200包括八个层。实际上，当还包括一个或多个保护层时，装置200能够具有额外的层。

然而，替代地，当轨道层102以不会互相重叠并且物理(电)接触的方式进行印刷时，则可以完全省略电介质层。

图3显示了完成后的装置100或200。如上所述，装置100能够包括3层或4层，并且装置200能够包括6层或更多层。装置100或200的各层通过粘合剂，例如3M粘合剂粘合在一起。通过所述粘合剂粘合能够在层上形成防水密封。如上所述，当需要时，装置能够包括额外的层(保护层和/或电介质层)。然而，单个或多个上述装置能够作为集成在头盔和/或材料测试的装置。可选地，装置/系统能够用于检测施加到任何表面的力或压力，例如由使用者(包括鞋类)穿戴的任何服饰，或在车辆的内部或外部。实际上，对于普通技术人员来说，许多其他用途是显而易见的。装置100或200能够容易地实现定位，并且可选地，能够使用其他手段将装置固定在第三方材料之上和之下，例如能量管理材料。上述固定能够是永久的或临时的。能够通过这种方式使用一个或多个装置。

图4示出了根据一实施例的系统300的分解图，该系统300包括由缓冲层302分开的两个装置301和303。每个装置301、303能够与图3的装置100相同，例如，是3层或4层的装置，或者能够与图2的装置200相同，是6层、7层、8层或更多层的装置。因此，系统300通过组合顶部装置301和底部装置303能够包括6层、7层、8层、12层、14层、16层或更多层。系统300的层数取决于为装置301和303选择了装置100或200中的哪一个，以及这些装置的层数。

举例来说，系统300能够将装置100作为各个装置301和303。如图4所示，该系统300总共包括两个基板层101、两个轨道层102、两个印刷的压力油墨传感器层103，以及夹在装置301、303(装置100)之间的额外的缓冲层302，以及附加在顶部装置301的顶部的保护层压层104。可选地，第二保护层压层104可以位于缓冲层302下方，即位于底部装置301和缓冲层302之间。或者，顶部装置301可以包括上述装置200(六层或更多层装置)，具有可选的电介质层和保护层。类似地，底部装置303还可以包括上述的装置200，并具有可选的电介质层和保护层。实际上，顶部和底部装置301和303能够包括相同的层的布局。

图5示出了完成之后的图4的系统300。顶部和底部装置301和303显示在缓冲层302的任一侧。系统300可以使得顶部装置301的传感器层的各个传感器与底部装置303的传感器层的各个传感器对准。

在任何上述实施例中，装置或系统能够包括多组装置，或者能够是单个组和/或不同装置的组合。例如，装置或系统在集成至例如头盔后不可移除，并且不需要预加载撞击曲线。

轨道层102和传感器层103能够具有不同的布局，由此，更准确地确定力的线性路径。然而，在一些应用中，使层102和103以相同的布局设计进行重叠能够更加有益。

传感器和轨道具有不同的配置和图案，这是由于不同形状的装置/系统的基板层、缓冲层和层压层能够集成到任何头盔，其他服装或表面。例如，对于装置100或200，装置能够位于头盔、其他服饰或表面的外层与能量管理材料之间，或者装置能够位于能量管理材料下方。可选地，如在示例系统300中所示，装置能够位于能量管理材料层的上方和下方。能量管理层的使用，例如缓冲层302，在要求向头部、身体或表面传递的力的大小时特别有用。可以使用包括上述组合与配置的单个装置或多个装置。

图6为显示将图4的系统300作为头盔的一部分进行使用或与头盔结合使用的实施例的附图。附图示出了用于头盔中的头盖帽(skull cap)的系统300的装置的面积(footprint)和/或布局。该图示出了装置的层的柔韧性。该图还显示，装置/系统没有任何固体物体而适合大多数头盔。头盖帽的外层未示出。头盖帽能够包括系统300，该系统300包裹在聚合物或纺织材料中，并且形成为适合佩戴者头部的形状。头盖帽还能够包括Velcro(维克罗)或其他固定手段将头盖帽作为内衬固定到头盔上。或者，头盖帽能够包括系统300，该系统300包裹在类似于传统的游泳帽的例如TPE的可伸展的聚合物材料中。

来自传感器层103上的传感器的模拟信号经由装置/系统中的轨道层102中的轨道被接收。该装置/系统能够具有暴露的连接点，在该点与A/D转换器建立连接，或直接连接到轨道层102上的微处理器。装置/系统的其余部分可以包裹或容纳在另外的材料中以进一步进行保护，并且，提高包括装置/系统的服装的穿着者的舒适度。材料能够是硅、TPE，或其他类似材料，并且能够以形成用于装置/系统的壳体或外壳的方式进行模制。

在一实施例中，能够重新布置轨道层102和传感器层103，以便在施加轨道之前印刷油墨。

使用具有公开的集成分层系统的装置100、200或系统300，可以实现以下数据：

-准确的撞击位置

-撞击和/或力的大小

-线性力的路径的角度和/或方向

-穿过材料传递的力的大小(在装置位于能量管理材料的上方和下方的情况下，例如系统300)

-通过能量管理材料修改或改变线性力的路径方向(在装置位于能量管理材料上方和下方的情况下，例如系统300)

传感器层103的压敏墨点通过检测电阻值的变化来检测压力差。根据施加至装置/系统的力的位置，同一层上的电阻值发生变化。处理器读取电阻值并且可以基于电阻值确定施加至头盔、其他服装，或表面上的力的位置。通过压敏墨点的不同值/电阻水平能够更准确地确定力的形状、集中度和撞击的大小。下面的一个或多个印刷的第二压敏油墨层(第二传感器层103)提供其自身的电阻值变化，使得处理器能够确定通过传感器层的力的角度/线性路径。如本领域技术人员将理解的，可以通过比较在一个传感器层上的电阻值变化的位置与另一个传感器层的差异进行上述确定。例如，连接一层或一组层中的最大电阻变化的位置到另一层或一组层中的最大电阻变化的位置的线提供力的线性路径，并由此提供力的角度。在头盔的特定例子中，这使得处理器能够确定通过头部和脑部的力的角度/线性路径。

为了使装置或系统远程工作，现在参考图6中所示的电路600描述最低的电路要求。

-用于控制电路的具有嵌入式软件的数字处理芯片601，以及模数(A/D)转换能力或可选地连接到A/D转换器芯片602

-通信输出装置或通信手段603(例如，USB、SD卡，和/或蓝牙等)

-电源604(例如纽扣电池和/或可充电纽扣电池等)

-电路连接605，包括与之前描述的装置的连接

图7仅示出了用于处理装置/系统数据的电路的示例配置，也能够使用其他配置。

在一个实施例中，A/D转换器芯片602位于装置/系统的连接点(电路连接605)的旁边。之后，A/D转换器芯片602连接到数字处理芯片601。或者，数字处理芯片601可以直接连接到装置/系统。不论采用哪种方式，数字处理芯片601是能够执行必要功能的任何芯片。例如，数字处理芯片601能够以预定速率对从传感器接收的信号进行采样。之后，能够通过软件解释上述采集的信号，从而给出相应的牛顿力值，由此，指示引起传感器电阻变化的力的大小。优选的处理芯片是STM32 4-7。处理芯片能够具有使用例如使用C+、C++或Python编程语言编写的嵌入式软件。能够理解，软件用于解释、管理，和传输数据并操作和控制整个电路600。所述软件还能够运行提供必要警报的安全检查，对此，将在下面进行描述。

数字处理芯片601的功能之一是建立具有日期戳的基于时间的事件序列，并记录在这段时间内从一些或所有传感器捕获的数据。整个电路600的功能类似于黑盒子技术，是记录对于撞击事件之前、撞击时以及撞击事件后不久的一段时间内来自传感器的最新的读取。当装置/系统识别出撞击高于预设的撞击的力/压力的阈值时，对事件进行该组数据记录。阈值能够是例如100N。根据不同应用，作为示例，能够将数据记录为：(1)在撞击之前10到20秒的时段，(2)对应于撞击事件本身的时段，以及(3)在撞击事件发生后的10到20秒之间的时间段。提供上述持续的时间作为示例，也能够使用其他时间段。电路600能够持续监测超过阈值的撞击，并且当一个或多个撞击超过阈值时，能够针对每次撞击记录数据(1)、(2)和(3)。

当多次超出阈值时，能够记录多个撞击事件。例如，后续撞击事件可能在第一次撞击事件之后的短时间内发生。此时，能够以与上述相同的方式记录两个撞击事件的数据，通过记录两个独立的撞击事件能够更清晰地描绘实际发生的情况。例如，佩戴包括装置或系统的头盔的佩戴者可能受到来自汽车的第一次撞击，接着，来自道路的后续撞击。若两次撞击全部超过阈值，由于全部具有意义而对两次撞击进行记录。通过提供多次撞击的数据，在现场或之后的紧急救治中能够更好地理解佩戴者所受到的伤害。

根据具体应用的不同，装置/系统的电源要求不同。优选地，使用可充电的纽扣电池。作为示例，当一个骑车人将装置/系统作为骑行头盔的一部分或与其结合使用时，在骑行持续器期间，电路600应能够执行操作并且处于“开启”，当长距离骑行时可能达到8小时的“骑行时间”。电路600能够包括单个电池或多个电池，优选为4、6，或8个。

图8示出了与图7的电路600相比包括附加的电路700。电路700能够用于头盔以捕获完整的生物力学数据和事件数据。为了提供完整的生物力学数据，能够结合例如微机电系统(MEMS)的额外的传感器作为电路600的一部分。陀螺仪701和加速度计702能够连接到处理芯片601。优选地，使用单个组件，例如单个MEM装置，但可选地，能够使用多个MEMS装置。这些MEMS装置特别适用于提供与力和运动的流动有关的信息。上述MEMS装置还能够确定最初对于装置/系统的撞击是否远离装置。例如在包括装置/系统或与其一起使用的头盔中，MEMS装置能够确定所发生的对于头盔的撞击是否在最初是远离头盔，而发生在例如下背部的身体的其他部位。由处理芯片601建立的基于时间的事件序列能够额外地记录陀螺仪值和加速度计值，由此，实现对接收的数据的描绘以理解装置/系统的移动和旋转的撞击/力。例如，在头盔与装置结合或与装置一起使用的特定情况下，通过陀螺仪值和加速度计值的记录实现对从其接收的数据的描绘，从而理解在头盔撞击事件之前，撞击时以及撞击事件之后的对身体、头部和大脑的移动和旋转的撞击/力。

该电路还能够包括GPS单元以提供GPS信息。例如，GPS单元可以提供发生撞击时的GPS位置。这同样能够由处理芯片601进行控制，使得当超过预定阈值时，还能够记录GPS位置。

电路600和700还能够包括集成数据存储手段，例如存储器，和/或可以包括数据存储接收手段，例如用于接收微SD多媒体卡的端口，或任何其他的可移动数据存储形式。由此，电路600和700能够对生物力学数据和事件数据，以及包括GPS数据进行存储。上述存储能够在确定撞击超过预定阈值之后执行，并且能够包括如前所述在撞击之前，撞击时和撞击之后的记录数据。所存储的数据还能够包括任何手动输入的数据，例如与装置的用户/穿着者有关的特定个人或身体状况数据，包括医疗信息。可选地，可以在移动无线通信装置或其他计算机装置以常规方式与装置/系统进行通信而接收所存储的数据。

可捕获的完整事件数据和生物力学数据能够描述为以下的一个或多个：

I.撞击的时间和日期

II.线性撞击的位置

III.线性撞击的大小

IV.传递到物体的力的大小，例如头部(当使用多于一个装置，例如系统300)

V.通过物体的力的线性路径，例如头部

VI.施加到物体的旋转力的指示，例如脑部

VII.通过物体的力的线性路径，例如脑部(在计算旋转力之后)

VIII.线性力和旋转力的速度

IX.相对于另一物体的装置/系统的动作和位移，例如相对于身体的头盔，以及在撞击头部/头盔之前，撞击时和之后的“正常位置”

X.穿着者的个人详细信息和医疗信息(过敏、血型、NHS号、亲属等)

为概述本发明的一些益处，接下来将对示例性场景进行说明。例如，骑车人佩戴结合了本公开的装置/系统的头盔。汽车的一侧撞到骑车人的下背部。陀螺仪和加速度计所测量的值在该特定时间改变，并且随着骑车人身体和头部的移动而持续发生改变。在该示例中，骑车人在车把的作用下牵引到空中，并且加速度计结合陀螺仪能够提供确定施加到大脑的可能旋转力的读取。骑车人躲过了这辆车，但头部先落在柏油路上。由此，装置记录了施加至头盔的撞击力。只有在超过某个阈值时才对撞击力进行记录。对围绕撞击的撞击发生之前，撞击时，以及撞击后的稍后一段时间的事件的先后顺序进行记录，以捕获所有的力、动作、力的路径和力的大小。由此，创建全面的生物力学图像，并作为数据存储在处理芯片上，用于将数据传输到外部装置。

装置/系统能够在同一个事件序列记录多个撞击。例如，当在头盔上的不同位置发生第二次敲打/撞击时，同样能够记录力的大小、撞击位置和力的线性路径的方向。符合传统的骑行头盔指南，建议在记录高于阈值的单个撞击事件之后，不再使用装置/系统。在这种情况下，应对头盔进行更换。作为安全措施，还能够在装置/系统中设置较低的阈值，从而在超过较低阈值时显示警报。这将表明头盔受到例如用户将头盔掉在地板上的敲击/撞击。有时头盔的能量管理材料会出现发丝状的裂缝，降低头盔效率。因此，使用较低阈值能够检测到上述事件，从而给出头盔可能具有一个或多个发丝状裂缝或其他缺陷的指示。

装置/系统的数据传输以及装置/系统与外部装置之间的通信根据不同应用而具有差异。作为示例，可以通过移动电话/蓝牙或连接到外围装置或计算机的USB来提取存储在装置/系统上的信息/数据。能够读取数据从而实时进行分析，例如在紧急救治的情况，或者可选地，数据可以存储在数据库中以供后续使用。例如，用于即时报告或实现可视化的数据值可以呈现为一列数据中的单个值。所示数据可以是以下中的一个或多个：

XI.撞击的时间和日期

XII.撞击的位置

XIII.撞击的大小

XIV.传递到头部的力的大小

XV.通过脑部的力的线性路径

XVI.力的速度

XVII.施加至大脑的旋转力的指示(Y/N)

XVIII.个人信息和医疗信息(过敏，血型，NHS号码，亲属等)

优选地，通过短视频动画可视地描绘与完整事件有关的数据值，所述短视频动画能够包括指示施加在装置/系统上的旋转力和线性力的箭头，以及上述I至X的数据值。由此，动画可以显示在撞击发生之前，撞击时和撞击之后的位移、动作以及施加的力。这能够以一系列图像，单个图像或事件顺序的短动画的形式进行发送。为了更深入地分析和解释数据，可以将部分或全部数据转换为原始格式而由软件进行解读。例如，当在头盔发生撞击而施加旋转力时，脑部的方向和位置可能与认为是在头部内的脑部的正常位置相比发生轻微的变化。因此，当施加线性力时脑部的位置可能不在正常位置，这意味着能够更准确地绘制通过头部的线性路径，从而显示通过脑部的实际路径。

图9显示了如何以绘制的方式显示该数据的两个示例性屏幕截图，附图显示出(II)线性撞击的位置，(V)通过头部的力的线性路径，以及(VII)通过大脑的力的线性路径(计算旋转力后)。

优选地，处理芯片601能够伴随生物力学信息，进一步存储头盔佩戴者的个人信息和医疗信息(过敏，血型，亲属等)。

处理芯片601、通信输出或手段603、电源604、电路连接605、可选的A/D转换器芯片602、陀螺仪701，和加速度计702优选地容纳在保护壳体中。容纳有这些组件的保护壳可以称为黑盒子1000。黑盒子1000能够是任何尺寸和形状，并且当通信输出或手段603是USB连接点时，能够通过保护壳/黑盒子提供适当的连接点。因USB还可以作为电源604的充电点，通信输出或手段603优选为USB。

图11示出了两个具有不同配置的黑盒子电路的黑盒子1000的示例性形状和尺寸。示出了作为通信点的通信输出或手段603、可选的灯/LED 1002，以及电源开/关1004的位置。当使用例如LED的指示灯1002时能够向使用者提供一种可见的手段。黑盒子1000可以由移动电话进行控制以打开/关闭电路，或者黑盒子1000可以连接到计算机以实现数据下载、开/关电源，以及进行充电。优选地，在电路内提供能够手动控制电源开/关1004的手段。上述装置对于本领域普通技术人员来说是公知的，因此不再描述。

在此公开的装置/系统包括层和黑盒子的组合。装置的部件能够印刷到例如PCB等的小的板上，该板能够是柔性的，或者优选地，能够购买成品形式的上述部件并将其设置在专门设计的板上。黑盒子1000允许由电路产生的热量散出服装的穿着者或者一起使用的装置。例如，热量能够从头部传递出去。当使用外壳时，外壳可以是柔软的，轻质的和柔韧的，并且所选择的材料能够承受大的撞击力。能够使用任何适合的材料，例如硅或甚至非牛顿泡沫/凝胶。黑盒子1000能够连接到装置/系统。

当装置/系统作为头盔的一部分进行使用或与其结合使用时，优选地，黑盒子1000位于朝向基部的头盔的后部并位于中心，并且尺寸优选地不超过小火柴盒的一半的1/3，优选为更小。此外，如前所述，可选地，例如LED的灯1002能够作为黑盒子电路的一部分，提供对于电路电源状态的可视化的指示。例如，绿色的灯1002能够指示电路是充分可操作的并且电源604(例如一个或多个电池)已充电。琥珀色的灯1002指示电路是充分可操作的，以及电源604的剩余电力能够提供‘x’小时的电力。'x'小于电源604在完全充电时所能提供的小时数，例如80％，或任何其他低于100％的百分比。闪烁琥珀色的灯1002指示电路是充分可操作的，以及电源604的剩余电力能够提供‘y’时间(例如60分钟)的电力。“y”能够小于“x”，例如30％或任何其他小于“x”的百分比。红色的灯1002指示电路未正确操作。此时，用户可以将黑盒子1000或头盔连接到链接到互联网的计算机，以便由第三方软件进行评估。可以根据所发现的问题或给出的建议采取补救措施。

图10A示出了如何将层连接到黑盒子1000的电路的示例。电路连接605能够是任何长度。图10B示出了连接的示例，其中黑盒子1000位于层的外围内部。这种方式在仅使用一组层(例如，8层或更多层而不是3层或4层的两组或多个独立的组)时尤其有效。图10A和10B的电路可选地还能够包括陀螺仪701、加速度计702、指示灯1002，和电源开/关1004，并且可以连接到一个或多个装置。

该装置/系统对于分析新旧材料的能量管理特性尤其有效。该装置/系统还建立在撞击时施加的实际力以确保测试的连续性。装置能够设置于所测试的能量管理材料的上方和下方。包括上传感器层的上部装置记录力的值和施加至能量管理材料上的撞击的位置。包括下传感器层的下部装置记录离开能量管理材料的力，从而提供清晰的比较性能数据。如前所述，具有多个装置的系统同样识别通过材料的力的路径。对于该应用，装置可以作为独立的装置或者多个组单独进行出售。如前所述，装置/系统能够连接到黑盒子1000。可选地，通信输出或手段603和电源604能够作为连接点，从外部源接收电力并直接连接到计算机。或者，装置/系统连接点可以连接到能够直接链接到计算机的替代手段。

图12A示出了包括层和黑盒子1000的装置的示例。层和黑盒子1000在电路连接605处实现连接。这种装置可以用于集成在头盔内或与头盔结合使用。

图12B示出了包括多个装置和黑盒子1000的系统的示例。该系统能够用于材料分析和测试。待测试的材料1102位于两个装置之间，两个装置能够配置为前述的任何形式(例如，3、4、6、7、8、9，或更多层)。黑盒子1000能够通过通信输出或手段603直接连接到计算机，或者也能够使用例如移动电话或其他移动无线通信装置等手段实现远程连接，以实现对解读的数据的接收。可选地，电源604能够直接连接到总电源供应端。

本文所公开的装置和系统能够应用于使用头盔或其他防护服或装备有益于个人、运动员或爱好者的安全和保护的不同的领域和活动。体育和娱乐活动能够包括但不限于骑自行车、攀岩、冰球、美式足球、赛车运动、水上运动、骑马、皮划艇、滑雪、武术，以及拳击等。本文所公开的发明能够与保护性服装结合使用，包括防护头饰、防护鞋类，或任何其他防护服。该装置可以形成为头盖帽的一部分(在与头盔一起使用的情况下)或作为防护服的内衬。它还可以用于商业、职业和/或专业场合，例如与在建筑工地或石油钻井平台上使用的安全帽相结合。头盔的类型、硬度或柔软程度都无关紧要。头盔可以是硬质外壳，例如美式足球，也能够是软质外壳，例如骑行，或者全部为软质，例如，橄榄球的头盖帽。特别地，在此所公开的装置和系统能够用在靴子或其他装备中。例如，该装置和系统能够放置在靴子内，以便测量由穿着者的脚施加到靴子上的压力，或者可以用于测量施加到靴子外部的外力或压力。

在使用头盔的特定情况下，当发生事故而导致外伤性脑损伤(TBI)时，对于急性脑损伤的有效治疗取决于几个关键阶段，这些阶段包括入院前阶段，初始分诊阶段以及随后的重症监护阶段和持续进行康复治疗的后重症监护治疗阶段。通过更充分和准确地了解撞击头部时所发生的情况，能够减轻短期和长期的TBI问题。

通过与医护、A&E(急救)和患者康复治疗和护理领域的专家合作，已经确定TBI，特别是在严重范围中的轻度末端时，是最具挑战性的伤害之一。有助于诊断的TBI的任何的收集关于撞击时的可靠、准确的临床信息细节的机会，对于初始分诊阶段以及后续阶段十分有益。所捕获的信息还能够用于帮助说明在撞击事件发生前以及撞击稍后的时间内的力的流动和水平，由此，帮助确定责任方和对比所请求的单位/测量水平(例如速度)的实际水平。此类信息有助于保险理赔和医疗法律案件。

现在将对示例性事件进行描述以说明本发明的用途。若骑车人发生事故，并且对头部造成的撞击达到紧急呼叫的程度，则根据严重程度，骑车人可能会失去意识或过于茫然和困惑而无法回忆所发生的事情。此外，可能没有任何证人提供证词。并且，即使有人在场，他们也可能无法提供有关撞击的的重要且准确的信息。

当医护人员到达撞击现场时，几乎总是在事故发生之后。他们的职责之一是尽快了解受害者/患者的情况并快速评估患者的病情。为了对任何可疑的头部受伤情况进行最佳的处理，应在尽可能短的时间内整理更多的生物力学信息，包括但不限于：

A.受伤机制

B.撞击时间(呼吸道评估0₂缺乏量(starvation)，还有助于确定格拉斯哥昏迷量表(GCS)评分)

C.撞击头部的位置

D.对头部(脑部和颈部)的撞击的力和速度

E.决定线性路径的对头部的力的角度(脑部和颈部)

医护人员能够通过观察、向任何目击者询所发生的事情、稳定患者并小心地从骑车人身上取下头盔等快速“管理现场”的方式尝试收集信息。受损的头盔能够提供有关头盔的撞击位置的粗略指示。在这种情况下，已知的分析方法是观察头盔在头部上的位置，然后通过观察头盔内衬的所有破裂和/或挤压进行评估。上述分析是除了观察头盔外表面上的破裂和/或磨损之外进行，该分析还可以指示撞击位置并且指示撞击的严重性。对于现有的头盔设计，上述信息不准确，想要做出适当的评估需要花费时间；而医护人员无法获得相应时间。当情况紧急而时间紧迫时，医护人员的首要任务是稳定患者，并在抵达之前或抵达时将有关病人的评估/观察信息移交给A&E(急救)部门。抵达急救现场的医护人员能够将头盔移交给A&E工作人员做进一步检查。

与现有的系统和装置不同，在此所公开的装置/系统能够准确地提供必要的重要信息，以供医护人员能够使用这些信息立即解释穿着者经历的事情，并且这些信息能够在到达急救现场之前进行移交。医护人员能够通过移动电话或救护车载计算机访问事件数据和生物力学数据(上述的I至X，或XI至XVII)，例如，通过连接到装置的通信输出或手段603，例如USB和/或无线连接方式。在此公开的装置和系统能够更快地对所发生的事情进行更加全面和准确的说明，并且，不需要患者保持清醒或有意识，以及在撞击现场不需要存在向医护人员提供准确信息的证人。上述信息能够帮助A&E工作人员做出有关患者检查和扫描，观察和出院等的决定。

另外，在999呼叫之后，在此公开的装置和系统能够使医护人员在到达现场之前就能够获得由装置/系统收集的重要数据。任何进行紧急呼叫的人能够使用例如移动电话等的手段从装置提取数据，并提供给急救服务。

并且，捕获的信息能够帮助A&E工作人员做出有关患者检查和扫描，观察和出院等的决定。在初始阶段，上述信息还能够辅助警方的陈述和证人证词。

接下来，将对当装置或系统如作为头盔的一部分使用时，如何辅助医疗分诊阶段和医疗-法律纠纷的示例进行说明。对于包括外伤性脑损伤医疗法律案件，涉及两个(或更多)当事人、被告方保险公司，和受害方律师。在第一种情况下，双方都需要确定伤害类型和严重程度、伤害的责任方，以及以百分比表示的被告应负责的部分。这是通过确定事件的事实，获得任何可用的有关事故的证据的副本，警方陈述和证人证词，事故现场急救人员证词、医疗报告、出院记录等来实现。可用数据越多事件就越清晰，由此，能够捕获事件数据以及生物力学数据的装置将有助于这一过程。

下一阶段是确定康复、治疗、援助等的类型和持续时间，以分阶段的方式帮助受害方。这是通过尽可能准确地了解脑部损伤的具体方面和严重程度来实现。其中一个问题是出于成本考虑，通常不会要求进行MRI扫描，并且CT扫描可能无法显示组织损伤而且隐藏其他严重问题。若具有更多的信息就能够确定上述问题。例如，了解力的位置和线性路径能够用于确定脑部的哪个区域可能受到更多的影响。这意味着能够为患者进行有关神经学(例如偏头痛)和神经心理学方面(认知行为疗法和认知疗法)的更准确的诊断，并且可以节省被告公司所负担的后续时间和康复成本。上述信息还能够辅助神经心理学家的检查和测试结果。例如，专家经常对于患者什么在特定检查领域的得分非常低存在疑惑。通过辅助的的生物力学数据有助于解释专家的发现。

该装置和系统还可用于属于轻度至中度头部伤害类别(代表大多数头部受伤)轻度损伤。有关事故的一些症状，例如神经病学上的创伤后慢性偏头痛，会在事故发生后一年左右出现。到目前为止，在发生病情时，患者可能没有进行任何药物治疗帮助停止偏头痛或减少偏头痛发作时的影响。这是因为如果CT扫描未显示任何组织损伤，尽管患者可能持续地头痛，但神经科医生不太可能参与康复过程中的一部分。如果责任在于被告方，则他们承担专家检查的费用，并且，在前6个月内通常不会显示可以让GP(全科医生)将患者转诊给神经科医生的医疗理由。

利用在此公开的能够捕获显示力的严重程度和路径等的生物力学数据的装置和系统，能够给出对于其他问题的更清楚的指示。由此，能够合理地进行MRI扫描，或者可以更快地转诊给神经科医生。神经科医生可以调查和诊断原发性头痛的原因，甚至能够识别继发性头痛，例如通过撞击神经引起的硬币性头痛(通常不会在早期阶段进行调查)。上述情况只能通过早期阶段的调查来识别，并且特别是在患者抱怨特定的问题时，装置所提供的信息可以为此类调查给出早期指示或依据。对于患者而言，这意味着接受治疗相关症状的预防性治疗，由此，能够通过更加快速且经济准确地诊断从而减轻疼痛和痛苦。

最后的阶段是确定反对者不同意的特定问题的证据。通过生物力学数据和事件数据的支持，可以更容易地识别包含错误或推测性陈述的医疗报告。

优选的是，无论装置/系统采用何种形式，所得到的防护服(手套、靴子、头盔或其他)都符合相关的领域标准和规定。

外部选项、第三方产品，和其他外部装置能够连接到装置，从而接收生物力学数据和事件数据信息，和/或与装置100、系统300、黑盒子1000和/或装置或系统的任何其他方面的组合进行交互。下面，将对此操作的示例进行说明：

装置/系统可以与安装在移动无线通信装置，例如移动电话或平板电脑上的应用程序(“app”)交互。随着超过特定力/压力阈值的撞击，数据能够转发到移动无线通信装置以生成与移动无线通信装置的GPS位置链接的警报。应用程序能够自动联系紧急服务并转发关于装置/系统的穿着者(例如头盔)的相关信息。当装置/系统的穿着者(例如头盔)手动停止应用程序的软件序列时，应用程序停止发出呼叫，这意味着穿着者是清醒的和/或具有自主做出决定的充分的意识。同样地，应用程序能够接收超过较小的力/压力阈值的一个或多个警报，以提醒穿着者防护服(例如头盔)受到撞击或某种方式的打击。在头盔的示例中，这可能是头盔掉落，警报用于建议更换头盔。

可以对由装置或系统捕获的生物力学信息和事件信息进行实时整理，以用于运动员的现场统计分析，例如在美式足球或橄榄球中，或任何其他运动中。例如，在比赛期间可以提醒教练和/或裁判员，并且该信息可以用于帮助评估由包括该装置的服装的穿着者所接收的任何头部伤害。在这种情况下，信息的一个好处是它能够证明参与者是否真正受到撞击，例如直接撞击到头部。

所捕获的信息能够有助于对参与者进行随着时间的的分析，这有助于教练和管理者评估能力、表现，和健康水平。这也有助于做出挑选和转移选手等的决定。医疗人员还能够对该信息进行评估，从而对运动员进行医疗健康评估。数据也可以成为俱乐部、个人等访问的不断增长的统计数据库的一部分。

外围装置和额外的传感器能够通过蓝牙等连接到黑盒子1000。例如，能够连接心率监测传感器。例如，这能够有助于骑行，或有益于任何其他的测量心率可能有益的人。例如，黑盒子1000能够成为用于监测个人，以及接收可以实时转发或在每天结束时传送的数据的中心点(集线器)。或者，在与头盔一起使用或作为头盔的一部分使用的装置或系统的另一示例中，集成在头盔带(strap)的一个或多个附加的传感器能够指示该带是否未正确连接。为此，能够将上述传感器连接到黑盒子1000。此外，在头盔的例子中，装置或系统记录的一次或多次撞击的事实(连同时间戳和日期戳)能够作为穿着者在特定日期和时间佩戴头盔的证明。

例如，可以添加由OLED形成的外围的灯或光点，以增强包括该装置或系统的服装的安全性。例如，能够在服装的背面设置红光，在服装前面设置白光。对于骑行者或者其他活动参与者来说通过照明提高可见度是十分有益的，设置在前部的灯的亮度应足够为骑车人给出引导。上述灯能够连接到黑盒子1000，但应位于服装外部，例如在头盔外部。

上述说明的装置或系统的各种功能能够通过计算机程序产品实现。搭载于用于捕获数据的装置上的软件是上述计算机程序产品的示例。该计算机程序产品可以包括计算机代码，该计算机代码用于命令计算机或装置执行上述各种功能中的一个或多个。可以将计算机程序和/或用于执行这些功能的代码提供至例如计算机或装置的设备的计算机可读介质或计算机程序产品上。计算机可读介质能够是临时的或非临时的。计算机可读介质能够是例如电子的、磁的、光的、电磁的、红外的，或半导体系统，或用于数据传输的传播介质，例如通过网络下载代码。可替代地，计算机可读介质可以采用物理的计算机可读介质的形式，例如半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘，和例如CD-ROM、CD-R/W，或DVD的光盘。

例如计算机或装置/系统的设备可以根据上述代码进行配置，从而根据在此讨论的各种功能执行一个或多个处理。在一种布置中，设备包括处理器、存储器和可选的显示器。通常，这些连接到中央总线结构，显示器通过显示适配器连接。该系统还能够包括一个或多个输入设备(例如鼠标、键盘或触摸屏)和/或用于将设备连接到其他设备或网络的通信适配器。在一种布置中，数据库存在于计算机系统的存储器中。这种设备可以采用数据处理系统的形式。该数据处理系统可以是分布式系统。例如，该数据处理系统能够分布在网络上。

Claims (71)

1.一种用于检测施加到头盔的力的装置，所述装置包括：

第一柔性基板层，在其之上具有多个第一压力传感器；以及

多个第一导电轨道；

其中，多个所述第一导电轨道用于提供与多个所述压力传感器的电连接；

所述多个第一压力传感器包括压敏油墨；以及

其中，所述压敏油墨包括印刷或丝网涂覆的压敏墨点，所述墨点用于响应压力变化而改变电阻，

其中，所述多个第一导电轨道包括多个第一电极和多个第二电极，每个第一电极和每个第二电极与所述多个第一压力传感器的单个压力传感器电接触。

2.一种用于检测施加到物体上的力或压力的装置，所述装置包括：

第一柔性基板层，在其之上具有多个第一压力传感器；以及

多个第一导电轨道；

其中，多个所述第一导电轨道用于提供与多个所述压力传感器的电连接；

所述多个第一压力传感器包括压敏油墨；以及

其中，所述压敏油墨包括印刷或丝网涂覆的压敏墨点，所述墨点用于响应压力变化而改变电阻，其中，所述多个第一导电轨道包括多个第一电极和多个第二电极，每个第一电极和每个第二电极与所述多个第一压力传感器的单个压力传感器电接触。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，

每个第一电极与每个压力传感器的第一侧物理接触，并且，每个第二电极与每个压力传感器的第二侧物理接触。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，

所述第一侧与所述第二侧相对。

5.根据权利要求2所述的装置，其中，

所述多个第一压力传感器形成传感器层。

6.根据权利要求2所述的装置，其中，

所述多个第一导电轨道形成轨道层。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，

所述轨道层位于所述第一柔性基板层和所述多个第一压力传感器之间。

8.根据权利要求2所述的装置，其中，

使用焊料、导电胶粘剂、各向异性导电带中的任一种将所述多个第一导电轨道施加到所述第一柔性基板层。

9.根据权利要求1至7中的任一项所述的装置，其中，

使用以下印刷工艺中的任何一种将所述多个第一导电轨道印刷至所述第一柔性基板层上：喷墨印刷、丝网印刷、柔性版印刷，凹版印刷。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，

所述多个第一导电轨道包括银，或者铜、铝，和导电碳中的一种或多种。

11.根据权利要求2所述的装置，还包括，

用于保护所述多个第一导电轨道和/或所述第一压力传感器的第一密封层。

12.根据权利要求2所述的装置，其中，

所述多个第一压力传感器中的至少一个压力传感器为圆形。

13.根据权利要求2所述的装置，其中，所述多个第一压力传感器中的至少一个压力传感器为火山形、圆顶形，或环形。

14.根据权利要求2所述的装置，还包括：

第二柔性基板层，在其之上具有多个第二压力传感器；以及

多个第二导电轨道，多个所述第二导电轨道用于提供与多个第二压力传感器的电连接。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，

所述多个第二压力传感器与所述多个第一压力传感器物理接触和电接触。

16.根据权利要求14或15所述的装置，其中，

所述多个第二导电轨道形成第二轨道层，所述多个第二压力传感器包括压敏油墨，并且，所述压敏油墨包括印刷或丝网涂覆的压敏墨点，所述墨点用于响应压力变化而改变电阻。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，

所述第二轨道层位于所述第二柔性基板层和所述多个第二压力传感器之间。

18.根据权利要求14至15中任一项所述的装置，其中，

所述装置形成为包括以下六层的单层：所述第一柔性基板层、作为第一传感器层的所述多个第一传感器、作为第一轨道层的所述多个第一导电轨道、第二柔性基板层、作为第二传感器层的所述多个第二传感器、以及作为第二轨道层的所述多个第二导电轨道。

19.根据权利要求14至15中任一项所述的装置，还包括，

一个或多个电介质层，用于在所述多个第一导电轨道和所述多个第二导电轨道之间提供电绝缘。

20.根据权利要求19所述的装置，其中，

所述装置形成为包括以下八层的单层：所述第一柔性基板层、作为第一传感器层的所述多个第一传感器、第一电介质层、作为第一轨道层的所述多个第一导电轨道、第二柔性基板层、作为第二传感器层的所述多个第二传感器、第二电介质层，以及作为第二轨道层的所述多个第二导电轨道。

21.根据权利要求2所述的装置，其中，

所述装置还包括处理器，所述处理器用于根据由所述多个第一压力传感器接收的数据，确定撞击的位置和/或撞击的大小或力。

22.根据权利要求21所述的装置，其中，

所述处理器还用于控制模数转换电路，或者与模数转换器电连接。

23.根据权利要求21或22所述的装置，其中，

所述处理器还被配置为：

监测由所述多个第一压力传感器接收的数据；

将有关所述数据的压力值或力值与第一预定阈值进行比较；以及

若所述压力值或力值超过所述第一预定阈值，则分配时间戳和/或日期戳；

其中，所述装置还包括用于将所述数据记录和存储为原始数据或处理后数据的构件。

24.根据权利要求23所述的装置，其中，

所述处理器用于监测由所述多个第一压力传感器和所述多个第二压力传感器的组合所接收的数据。

25.根据权利要求23所述的装置，其中，

所述处理器还用于，为超过所述第一预定阈值的第一事件分配第一时间戳和/或日期戳，并为超过所述第一预定阈值的第二事件分配第二时间戳和/或日期戳，所述第一事件和所述第二事件发生在不同时间。

26.根据权利要求23所述的装置，其中，

所述处理器用于传递指示超过所述第一预定阈值的信号，所述信号包括所述时间戳和/或日期戳，其中，所述处理器还用于传递超过所述第一预定阈值之前和/或之后的一段时间的数据。

27.根据权利要求23所述的装置，其中，

所述处理器还用于：

将所述压力值或力值与第二预定阈值进行比较，所述第二预定阈值的值小于所述第一预定阈值；以及

当所述压力值或力值在所述第一预定阈值和所述第二预定阈值之间时，提供指示超过所述第二预定阈值的信号。

28.一种包括两个根据权利要求2所述的装置的系统，一个装置是第一装置，另一个装置是第二装置，其中，所述系统还包括设置在所述第一装置和所述第二装置之间的间隙层。

29.根据权利要求28所述的系统，其中，

所述间隙层包括缓冲层。

30.根据权利要求28所述的系统，其中，

所述系统还包括处理器，所述处理器配置为根据比较由从所述第一装置接收的数据与由所述第二装置接收的数据，确定所检测的力或压力的角度或方向。

31.根据权利要求30所述的系统，其中，

所述处理器进一步配置为根据比较由从所述第一装置接收的数据与由所述第二装置接收的数据，确定通过所述间隙层传输的力或压力的大小。

32.根据权利要求30或31所述的系统，其中，

所述处理器进一步配置为根据比较由所述第一装置接收的数据与由所述第二装置接收的数据，确定通过所述间隙层的力的方向的变化。

33.根据权利要求30所述的系统，其中，

所述处理器还用于根据由所述第一装置接收的数据确定撞击的力或压力的大小和位置，并且，根据由所述第二装置接收的数据确定离开所述间隙层的力或压力的大小和位置。

34.根据权利要求30所述的系统，其中，

所述间隙层包括用于材料分析测试的测试材料，或能量管理材料。

35.根据权利要求28所述的系统，还包括：

电源，设置为向所述第一装置或所述第二装置提供电力。

36.根据权利要求28所述的系统，还包括：

通信构件，用于将压力、位置或力数据中的至少一个传递至外部装置以进行存储或分析。

37.根据权利要求36所述的系统，其中，

所述压力、位置，或力数据适用于医疗、保险、运动健康和表现分析、医疗法律案件、陈述、材料测试，以及分析和认证。

38.根据权利要求36所述的系统，其中，

所述通信构件包括无线通信构件。

39.根据权利要求36所述的系统，其中，

所述外部装置是移动无线通信装置或服务器。

40.根据权利要求28所述的系统，还包括：

一个或多个陀螺仪和/或加速度计。

41.根据权利要求40所述的系统，进一步包括：

处理器，所述处理器配置为根据由所述一个或多个陀螺仪和/或加速度计提供的数据，确定施加到所述第一装置或所述第二装置的穿着者的头部的旋转力。

42.根据权利要求41所述的系统，其中，

所述处理器进一步配置为根据由所述一个或多个陀螺仪和/或加速度计提供的数据，确定所述第一装置或所述第二装置的移动速度，和/或进一步配置为确定所述第一装置或所述第二装置的相对于所述穿着者的身体以及所述穿着者的穿着部位的预定位置的移动。

43.根据权利要求28所述的系统，其中，

所述多个第一导电轨道包括用于电连接到外部装置的第一连接点。

44.根据权利要求28所述的系统，其中，

所述多个第二导电轨道包括用于电连接到外部装置的第二连接点。

45.根据权利要求43或44所述的系统，其中，

所述外部装置是模数转换器。

46.根据权利要求43或44所述的系统，其中，

所述外部装置是处理器。

47.根据权利要求28所述的系统，还包括用于显示所述装置或系统的电力水平的指示器。

48.根据权利要求28所述的系统，其中，

处理构件和/或电力构件容纳于外壳。

49.根据权利要求28所述的系统，还包括：

用于接收和存储有关所述第一装置或所述第二装置的穿着者的个人数据的构件。

50.根据权利要求49所述的系统，其中，

所述个人数据包括个人详细信息和/或医疗信息。

51.根据权利要求50所述的系统，其中，

所述医疗信息包括过敏信息、血型、NHS号、紧急联系信息，以及亲属中的一个或多个。

52.根据权利要求28所述的系统，其中，

所述第一装置或所述第二装置用于形成头盔的内衬。

53.根据权利要求28所述的系统，其中，

所述物体是所述第一装置或所述第二装置的穿着者的身体部位。

54.根据权利要求53所述的系统，其中，

所述身体部位是头部。

55.根据权利要求53所述的系统，其中，

所述身体部位是脚。

56.根据权利要求28所述的系统，其中，

所述第一装置或所述第二装置用于形成鞋类的鞋垫的一部分。

57.根据权利要求28所述的系统，其中，所述物体是车辆的一部分。

58.根据权利要求57所述的系统，其中，

所述物体是所述车辆的头枕。

59.一种包括根据权利要求1所述的装置的鞋类或鞋垫。

60.一种包括根据权利要求1所述的装置的头盔。

61.根据权利要求60所述的头盔，其中，

所述装置至少部分地设置在所述头盔的层之间。

62.根据权利要求60或61所述的头盔，其中，

所述头盔用于运动、休闲活动、专业训练、探险、骑自行车、攀岩、冰球、美式足球、赛车运动、水上运动、雪上运动、骑马、皮划艇、橄榄球、滑雪、武术、拳击、建筑工作、橄榄球、板球、训练、表现、安全。

63.一种包括根据权利要求1所述的装置的服装。

64.一种包括根据权利要求1所述的装置的防护服。

65.根据权利要求64所述的防护服，其中，

所述防护服是防弹衣。

66.一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有应用程序，所述应用程序与根据权利要求28所述的系统中的通信构件进行通信，并且所述应用程序用于响应接收的压力或力数据而作出反应。

67.根据权利要求66所述的计算机可读存储介质，其中，

所述应用程序响应于所接收的所述压力或力数据而自动联系应急服务。

68.根据权利要求66所述的计算机可读存储介质，其中，

所述应用程序响应于所接收的指示力值超过第一预定阈值的信号而自动联系紧急服务。

69.根据权利要求66所述的计算机可读存储介质，其中，

所述应用程序响应于所接收的指示力值超过第二预定阈值的信号而提供警报。

70.一种检测施加到物体上的力或压力的方法，所述方法包括：

提供根据权利要求2所述的装置；

使用处理器监测从所述多个第一压力传感器接收的数据；

使用所述处理器将有关所述数据的压力值或力值与第一预定阈值进行比较；以及

当所述压力值或力值超过所述第一预定阈值时，分配时间戳和/或日期戳。

71.根据权利要求70所述的方法，其中，

所述监测包括对由所述多个第一压力传感器和所述多个第二压力传感器的组合接收的数据进行监测。

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