CN103393503B - 一种尿片的尿湿检测结构以及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尿片的尿湿检测结构以及检测方法，所述尿湿检测结构包括：探测极板和人体极板，所述尿片位于所述探测极板与人体极板之间，所述探测极板和人体极板形成平行板电容；其中，所述探测极板电连接有电容检测电路，用于检测所述平行板电容的电容值，通过该电容值变化判断尿片的尿湿状态和尿湿程度;本发明检测准确、安全卫生、舒适性好，且使用成本低。

Description

一种尿片的尿湿检测结构以及检测方法

技术领域

本发明涉及一种医疗护理技术，具体涉及了一种尿片的尿湿检测结构以及检测方法。

背景技术

对于婴幼儿以及失能老年人在排尿后需要及时更换尿片，否则可能会对皮肤产生不良影响，对老年人甚至可能造成褥疮及皮肤溃烂等严重后果。由于排尿时间不确定，给监护人造成沉重的负担。于是出现了检测尿片是否被尿湿的产品，目前该类产品主要分为三类，其中第一类是利用2条金属或者导电材料做成感应电极，通常状态下，2条感应电极之间是绝缘的，当尿液将2条感应电极连通后，感应电极导通，从而判断尿片尿湿状态，在使用本类产品时，必须实时放置在尿片与人体之间，舒适性较差并且感应电极会受到尿液的污染，若重复使用不够卫生，若一次性使用又增大成本花费，此外，感应电极为金属材料制成，尖锐金属有划伤使用者皮肤的危险；第二类是利用湿度传感器感应尿湿状态，同样会有第一类存在的舒适性和卫生差的问题，且湿度传感器被单次尿湿后需要很长时间才能恢复检测功能，显然不符合实际使用需求；第三类是利用温度传感器检测尿湿状态，该方法会经常受到环境温度的影响而误报，因此这种方法明显也是不合适的。

因此有需要寻求一种尿片的尿湿检测结构以及检测方法来解决上述技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种尿片的尿湿检测结构以及检测方法，检测准确、安全卫生、舒适性好，且使用成本低。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种尿片的尿湿检测结构，所述尿湿检测结构包括：

探测极板和人体极板，所述尿片位于所述探测极板与人体极板之间，所述探测极板和人体极板形成平行板电容；

其中，所述探测极板电连接有电容检测电路，用于检测所述平行板电容的电容值，通过该电容值变化判断尿片的尿湿状态和尿湿程度。

优选地，所述电容检测电路包括MCU，所述MCU分别连接负载引脚和检测引脚；

其中，所述负载引脚通过充放电电阻与探测极板连接，用于对所述探测极板进行充电和放电；所述检测引脚与探测极板连接，用于检测所述探测极板的充电和放电是否完成；MCU记录探测极板的充电和放电时间，并根据充电和放电时间变化计算电容值变化。

优选地，所述MCU还输出有屏蔽引脚，所述屏蔽引脚通过屏蔽电阻连接在所述负载引脚与所述充放电电阻之间，用于屏蔽环境因素的干扰。

优选地，所述充放电电阻与探测极板之间设有滤波模块，所述滤波模块包括滤波电容，所述滤波电容一端接地，另一端一路通过第一滤波电阻接入探测极板、其另一路通过第二滤波电阻与所述充放电电阻连接，所述检测引脚连接在所述充放电电阻与所述第二滤波电阻之间。

优选地，所述尿湿检测结构还包括无线传输装置和远端报警设备，所述电容检测电路通过无线传输装置与远端报警设备连接。

优选地，所述探测极板平铺于床上，所述尿片位于所述探测极板与人体极板之间。

优选地，所述探测极板和电容检测电路共同固定设置所述尿片上。

优选地，一种如上所述的尿片的尿湿检测方法，其中，采用电容检测电路检测所述平行板电容的电容值，通过电容值变化判断尿片的尿湿状态和尿湿程度，所述判断方法为：

当电容值变高且超过设定阈值时，判定尿片被尿湿和被尿湿程度；

当电容值不变时，判定尿片未被尿湿。

优选地，所述电容检测电路包括MCU，所述MCU分别连接负载引脚和检测引脚；所述电容检测电路的检测步骤包括：

a）、将检测引脚设置为输入状态，负载引脚输出高电平，负载引脚向探测极板进行充电，同时MCU开始计时；

b）、当检测引脚检测到高电平时，探测极板完成充电，停止计时，MCU记录充电时间，同时检测引脚输出高电平，将检测引脚的电平拉高至其工作电压；

c）、将检测引脚设置为输入状态，负载引脚输出低电平，探测极板向负载引脚进行放电，同时MCU开始计时；

d）、当检测引脚检测到低电平时，探测极板完成放电，停止计时，MCU记录放电时间，同时检测引脚输出低电平，将检测引脚的电平拉低至0；

e）、MCU根据上述步骤b）记录的充电时间和上述步骤d）记录的放电时间之和计算平行板电容的电容值；

f）、按设定时间间隔重复执行上述步骤a）、b）、c）、d）和e），得出计算得到电容值变化。

优选地，所述步骤a）还包括：a0）、初始化步骤；

所述初始化步骤为：将负载引脚设置为输入状态。

本发明的工作原理和优点：根据平行板电容的电容值的计算公式C=εS/d，其中ε为极板间介质的介电常数，S为极板面积，d为极板间距离，因此可清楚得知，当S和d不变的情况下，C与ε成正比。空气的相对介电常数近似为1，水的相对介电常数约为80，因此，当平行板之间的介质由空气变为水时，平行板电容的电容值将显著增大。根据这一原理，又由于人体具有导电性质，尿片在使用时，与人体直接接触，本发明通过在尿片另一侧设置探测极板，人体此时成为人体极板，因此形成了平行板电容。在尿片未被尿湿的状态下，本发明的平行板之间的介质为空气，因此平行板电容的电容值一直保持较低的数值，在尿片被尿湿的状态下，本发明的平行板之间的介质含有尿液（其主要成分为水），因此平行板电容的电容值会明显增大，同时平行板电容的电容值还会随着尿片的尿湿程度（即平行板之间的尿液含量）而做不同幅度的变化，因此本发明通过设置电容检测电路与探测极板连接来检测得到平行板电容的电容值变化，进而可以判断出尿片的尿湿状态和尿湿程度。

进一步地，根据平行板电容的电容值与电量之间的关系公式C=Q/U，其中C为电容值，Q为电量，U为电压，因此可知，当电压不变时，电容值的大小与平行板电容极板上能够容纳电荷的多少成正比。又根据关系公式Q=I×t，其中Q为电量，I为电流，t为时间，因此可知，如果对平行板电容采用相同的电流充放电，电荷的多少与充放电时间成正比，因此本发明的电容检测电路通过对探测极板进行充放电并记录充放电时间来计算得到平行板电容的电容值，并按设定时间间隔重复对探测极板进行充放电，最终计算得到电容值变化，进而完成电容检测电路的电容检测。

通过本发明以上工作原理和方案设置的电容检测电路，具体进一步优选地，电容检测电路包括MCU，MCU分别连接负载引脚和检测引脚，负载引脚通过充放电电阻与探测极板连接，用于对探测极板进行充电和放电；检测引脚与探测极板连接，用于检测探测极板的充电和放电是否完成；MCU记录探测极板的充电和放电时间，并根据充电和放电时间变化计算电容值变化；检测过程以及结构均非常简单，且检测精度高。

本发明既可检测尿片的尿湿状态，还可以同时检测尿片的尿湿程度，检测准确；且由于本发明不需与人体发生接触，避免了接触带来的舒适性和卫生方面的问题，因此本发明安全卫生、舒适性好；进一步地，由于不存在卫生方面的问题，本发明可以多次进行使用，使用成本低，同时本发明的电容检测电路可采用纽扣电池供电，工作电压低，无任何尖锐部，使用安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的平行板电容的结构截面示意图；

图2是本发明具体实施方式下的电容检测电路的电路连接图；

图3是本发明具体实施方式下的电容检测电路的检测步骤框图；

图4是图3中检测引脚的电平波形图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种尿片的尿湿检测结构，尿湿检测结构包括：探测极板和人体极板，尿片位于探测极板与人体极板之间，探测极板和人体极板形成平行板电容；其中，探测极板电连接有电容检测电路，用于检测平行板电容的电容值，通过该电容值变化判断尿片的尿湿状态和尿湿程度。

优选地，电容检测电路包括MCU，MCU分别连接负载引脚和检测引脚；其中，负载引脚通过充放电电阻与探测极板连接，用于对探测极板进行充电和放电；检测引脚与探测极板连接，用于检测探测极板的充电和放电是否完成；MCU记录探测极板的充电和放电时间，并根据充电和放电时间变化计算电容值变化。

本发明实施例还公开了一种如上所述的尿片的尿湿检测方法，其中，采用电容检测电路检测平行板电容的电容值，通过电容值变化判断尿片的尿湿状态和尿湿程度，判断方法为：当电容值变高且超过设定阈值时，判定尿片被尿湿和被尿湿程度；当电容值不变时，判定尿片未被尿湿。

优选地，电容检测电路包括MCU，MCU分别连接负载引脚和检测引脚；电容检测电路的检测步骤包括：

a）、将检测引脚设置为输入状态，负载引脚输出高电平，负载引脚向探测极板进行充电，同时MCU开始计时；

b）、当检测引脚检测到高电平时，探测极板完成充电，停止计时，MCU记录充电时间，同时检测引脚输出高电平，将检测引脚的电平拉高至其工作电压；

c）、将检测引脚设置为输入状态，负载引脚输出低电平，探测极板向负载引脚进行放电，同时MCU开始计时；

d）、当检测引脚检测到低电平时，探测极板完成放电，停止计时，MCU记录放电时间，同时检测引脚输出低电平，将检测引脚的电平拉低至0；

e）、MCU根据上述步骤b）记录的充电时间和上述步骤d）记录的放电时间之和计算平行板电容的电容值；

f）、按设定时间间隔重复执行上述步骤a）、b）、c）、d）和e），计算得到电容值变化。

本发明实施例的工作原理和优点：根据平行板电容的电容值的计算公式C=εS/d，其中ε为极板间介质的介电常数，S为极板面积，d为极板间距离，因此可清楚得知，当S和d不变的情况下，C与ε成正比。空气的相对介电常数近似为1，水的相对介电常数约为80，因此，当平行板之间的介质由空气变为水时，平行板电容的电容值将显著增大。根据这一原理，又由于人体具有导电性质，尿片在使用时，与人体直接接触，本发明实施例通过在尿片另一侧设置探测极板，人体此时成为人体极板，因此形成了平行板电容。在尿片未被尿湿的状态下，本发明实施例的平行板之间的介质为空气，因此平行板电容的电容值一直保持较低的数值，在尿片被尿湿的状态下，本发明实施例的平行板之间的介质含有尿液（其主要成分为水），因此平行板电容的电容值会明显增大，同时平行板电容的电容值还会随着尿片的尿湿程度（即平行板之间的尿液含量）而做不同幅度的变化，因此本发明实施例通过设置电容检测电路与探测极板连接来检测得到平行板电容的电容值变化，进而可以判断出尿片的尿湿状态和尿湿程度。

进一步地，根据平行板电容的电容值与电量之间的关系公式C=Q/U，其中C为电容值，Q为电量，U为电压，因此可知，当电压不变时，电容值的大小与平行板电容极板上能够容纳电荷的多少成正比。又根据关系公式Q=I×t，其中Q为电量，I为电流，t为时间，因此可知，如果对平行板电容采用相同的电流充放电，电荷的多少与充放电时间成正比，因此本发明实施例的电容检测电路通过对探测极板进行充放电并记录充放电时间来计算得到平行板电容的电容值，并按设定时间间隔重复对探测极板进行充放电，最终计算得到电容值变化，进而完成电容检测电路的电容检测。

通过本发明实施例以上工作原理和方案设置的电容检测电路，具体进一步优选地，电容检测电路包括MCU，MCU分别连接负载引脚和检测引脚，负载引脚通过充放电电阻与探测极板连接，用于对探测极板进行充电和放电；检测引脚与探测极板连接，用于检测探测极板的充电和放电是否完成；MCU记录探测极板的充电和放电时间，并根据充电和放电时间变化计算电容值变化；检测过程以及结构均非常简单，且检测精度高。

本发明实施例既可检测尿片的尿湿状态，还可以同时检测尿片的尿湿程度，检测准确；且由于本发明实施例不需与人体发生接触，避免了接触带来的舒适性和卫生方面的问题，因此本发明实施例安全卫生、舒适性好；进一步地，由于不存在卫生方面的问题，本发明实施例可以多次进行使用，使用成本低，同时本发明实施例的电容检测电路可采用纽扣电池供电，工作电压低，无任何尖锐部，使用安全。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参见图1所示，一种尿片的尿湿检测结构，尿湿检测结构包括：探测极板30和人体极板20，尿片10位于探测极板30与人体极板20之间，探测极板30和人体极板20形成平行板电容；其中，探测极板30电连接有电容检测电路40，用于检测平行板电容的电容值，通过该电容值变化判断尿片10的尿湿状态和尿湿程度。

具体地，为了确保本发明的安全性，探测极板30的具体制备工艺可以采用：在塑料膜片上印刷导电碳浆或银浆，也可以是在通过FPC（Flexible PrintedCircuit，软性线路板、柔性印刷电路板）工艺制成的软PCB板（Printed CircuitBoard，印制电路板），这些可以根据实际条件和需求进行具体选择，只要确保探测极板30不产生尖锐部即可。

优选地，请参见图2所示，电容检测电路40包括MCU（图未示出），MCU的GPIO（General Purpose Input Output，通用输入/输出）引脚分别连接负载引脚1和检测引脚2；其中，负载引脚1通过充放电电阻R1与探测极板30连接，用于对探测极板30进行充电和放电；检测引脚2与探测极板30连接，用于检测探测极板30的充电和放电是否完成；MCU记录探测极板30的充电和放电时间，并根据充电和放电时间变化计算电容值变化。

由于环境因素对于电容检测电路40的干扰因素较大，因此本发明为了屏蔽环境因素的干扰而影响检测精度，进一步优选地，在本实施方式中，MCU还输出有屏蔽引脚3，屏蔽引脚3通过屏蔽电阻R2连接在负载引脚1与充放电电阻R1之间。为了滤除充放电路上的杂波干扰而影响检测精度，进一步优选地，在本实施方式中，充放电电阻R1与探测极板30之间设有滤波模块M1，滤波模块M1包括滤波电容C1，滤波电容C1一端接地，另一端一路通过第一滤波电阻R3接入探测极板30、其另一路通过第二滤波电阻R4与充放电电阻R1连接，检测引脚2连接在充放电电阻R1与第二滤波电阻R4之间。进一步优选地，尿湿检测结构还包括无线传输装置（图未示出）和远端报警设备（图未示出），电容检测电路40将判断得到的尿片尿湿状态和尿湿程度信号通过无线传输装置传输给远端报警设备，极大方便对监护者的活动，监护者可以还可以进行远端查看该尿片尿湿状态和尿湿程度信号，以便及时处理。

更具体地，在本实施方式中，充放电电阻R1的阻值为1MΩ，屏蔽电阻R2的阻值为10KΩ，第一滤波电阻R3和第二滤波电阻R4的阻值均为4.7K，滤波电容C1的容量为5pF。

为适用于长期卧床的老人和婴幼儿，优选地，可将探测片制作成大面积极板，具体地，可设置约为500×500mm，在使用时，将探测极板30平铺于床上，尿片20位于探测极板30与人体极板10之间。

为适用于可适当活动的使用者，优选地，可将探测片制作成小面积极板，具体地，可设置约为10×20mm，探测极板30和电容检测电路40共同固定设置尿片20上，结构紧凑、小巧，便于使用者活动。

请参见图3和图4所示，一种如上所述的尿片的尿湿检测方法，其中，采用电容检测电路40检测平行板电容的电容值，通过电容值变化判断尿片20的尿湿状态和尿湿程度，判断方法为：当电容值变高且超过设定阈值时，判定尿片20被尿湿和被尿湿程度；当电容值不变时，判定尿片20未被尿湿。

其中，在本发明的实施方式中，设定阈值可以根据实际需要进行具体设定，具体地，当设定阈值设定地较低时，则本发明实施例的尿湿状态和尿湿程度的灵敏度较高，即当尿片被较少量的尿液尿湿时，仍会判定尿片20被尿湿和被尿湿程度；反之，当设定阈值设定地较高时，则本发明实施例的尿湿状态和尿湿程度的灵敏度较低，即当尿片被较少量的尿液尿湿时，不会判定尿片20被尿湿和被尿湿程度，这是由于被较少量尿液尿湿的尿片几乎不会影响使用者的舒适度，因此在确保使用者舒适度的前提下，还可以有效避免监护人频繁更换尿片；本发明实施例可以根据尿片使用者的身体状态来设置具体的设定阈值大小，本文不再具体进行文字赘述。

具体地，电容检测电路40包括MCU，MCU分别连接负载引脚1、检测引脚2和屏蔽引脚3；电容检测电路40的检测步骤包括：

a0）、初始化步骤：将负载引脚1设置为输入状态，屏蔽引脚3输出低电平，完成电容检测电路40的初始化，进一步确保本发明的检测精度；

a）、将检测引脚2设置为输入状态，负载引脚1输出高电平，负载引脚1通过充放电电阻R1、第一滤波电阻R3和第二滤波电阻R4向探测极板30进行充电，同时MCU开始计时；

b）、当检测引脚2检测到高电平（即电平达到图4所示的VH）时，探测极板30完成充电，停止计时，MCU记录充电时间t1，同时检测引脚2输出高电平，延时t3，将检测引脚2的电平拉高至其工作电压（即电平达到图4所示的VCC）；

c）、将检测引脚2设置为输入状态，负载引脚1输出低电平，探测极板30通过充放电电阻R1、第一滤波电阻R3和第二滤波电阻R4向负载引脚1进行放电，同时MCU开始计时；

d）、当检测引脚2检测到低电平（即电平达到图4所示的VL）时，探测极板30完成放电，停止计时，MCU记录放电时间t2，同时检测引脚30输出低电平，延时t4，将检测引脚30的电平拉低至0；

e）、MCU根据上述步骤b）记录的充电时间t1和上述步骤d）记录的放电时间t2之和（即t1+t2），计算平行板电容的电容值；

f）、按设定时间间隔重复执行上述步骤a0）、a）、b）、c）、d）和e），计算得到电容值变化。

由于电容值可能会受到外界环境的影响，可快速地多次进行上述充放电过程，通过对t1+t2取平均值以计算平行板电容的电容值，可以进一步提高本发明的检测精度。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种尿片的尿湿检测结构，其特征在于，所述尿湿检测结构包括：

探测极板和人体极板，所述尿片位于所述探测极板与人体极板之间，所述探测极板和人体极板形成平行板电容；

其中，所述探测极板电连接有电容检测电路，用于检测所述平行板电容的电容值，通过该电容值变化判断尿片的尿湿状态和尿湿程度；

所述电容检测电路包括MCU，所述MCU分别连接负载引脚和检测引脚；

其中，所述负载引脚通过充放电电阻与探测极板连接，用于对所述探测极板进行充电和放电；所述检测引脚与探测极板连接，用于检测所述探测极板的充电和放电是否完成；MCU记录探测极板的充电和放电时间，并根据充电和放电时间变化计算电容值变化；

所述MCU还输出有屏蔽引脚，所述屏蔽引脚通过屏蔽电阻连接在所述负载引脚与所述充放电电阻之间，用于屏蔽环境因素的干扰；

所述充放电电阻与探测极板之间设有滤波模块，所述滤波模块包括滤波电容，所述滤波电容一端接地，另一端一路通过第一滤波电阻接入探测极板、其另一路通过第二滤波电阻与所述充放电电阻连接，所述检测引脚连接在所述充放电电阻与所述第二滤波电阻之间。

2.如权利要求1所述的尿片的尿湿检测结构，其特征在于，所述尿湿检测结构还包括无线传输装置和远端报警设备，所述电容检测电路通过无线传输装置与远端报警设备连接。

3.如权利要求1所述的尿片的尿湿检测结构，其特征在于，所述探测极板平铺于床上，所述尿片位于所述探测极板与人体极板之间。

4.如权利要求1所述的尿片的尿湿检测结构，其特征在于，所述探测极板和电容检测电路共同固定设置所述尿片上。

5.一种如权利要求1-4之一所述的尿片的尿湿检测方法，其特征在于，采用电容检测电路检测所述平行板电容的电容值，通过电容值变化判断尿片的尿湿状态和尿湿程度，所述判断方法为：

当电容值变高且超过设定阈值时，判定尿片被尿湿和被尿湿程度；

当电容值不变时，判定尿片未被尿湿。

6.如权利要求5所述的尿片的尿湿检测方法，其特征在于，所述电容检测电路包括MCU，所述MCU分别连接负载引脚和检测引脚；所述电容检测电路的检测步骤包括：

a)、将检测引脚设置为输入状态，负载引脚输出高电平，负载引脚向探测极板进行充电，同时MCU开始计时；

b)、当检测引脚检测到高电平时，探测极板完成充电，停止计时，MCU记录充电时间，同时检测引脚输出高电平，将检测引脚的电平拉高至其工作电压；

c)、将检测引脚设置为输入状态，负载引脚输出低电平，探测极板向负载引脚进行放电，同时MCU开始计时；

d)、当检测引脚检测到低电平时，探测极板完成放电，停止计时，MCU记录放电时间，同时检测引脚输出低电平，将检测引脚的电平拉低至0；

e)、MCU根据上述步骤b)记录的充电时间和上述步骤d)记录的放电时间之和计算平行板电容的电容值；

f)、按设定时间间隔重复执行上述步骤a)、b)、c)、d)和e)，得出计算得到电容值变化。

7.如权利要求6所述的尿片的尿湿检测方法，其特征在于，所述步骤a)还包括：a0)、初始化步骤；

所述初始化步骤为：将负载引脚设置为输入状态。