CN104700555B - 具警示功能的智能感应装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种具警示功能的智能感应装置，包括软性感应垫，利用复数点感应机制，感测接触讯号的变化；讯号处理装置，与软性感应垫电性连接，并处理其所感测的讯号，而讯号处理装置用以产生警示灯、警示讯号、启动紧急照明、通过人脸辨识与追踪功能，寻找被照护者；讯号发送装置，与讯号处理装置电性连接，并将来自讯号处理装置所处理过的讯号以无线或有线方式进行传送；充电电池，供应电力给讯号处理装置，当充电电池的电力低于预定电位值时，通过讯号处理装置启动低电位警示灯或讯号；及讯号接收装置，用以接收从讯号发送装置所传送的讯号。本发明可提升感应线路的柔软度、提高变形量、减低氧化速率、降低成本与石墨阻抗，可与控制器结合。

Description

具警示功能的智能感应装置

技术领域

本发明是关于一种智能感应的相关领域，特别是指一种具警示功能的智能感应装置。

背景技术

过去应用于看护的感应装置或感测装置的技术，乃是利用软性电路板或压力板以接触方式来感测身体所产生的力量变化；市售产品所使用的制程技术，并无高可靠性及可重复应用的感测装置；如前述技术所衍生的产品，主要适于力的量测；其产品特性为价格昂贵、可靠度较差、使用寿命短、功能易失去及感测性重复等问题。

市售一般的感测装置，其感应的精准度不佳且重复使用性低，多属于压力板接触式，同时长时间使用缺乏舒适度与价格昂贵，对于环境的污染性高，可回收与再利用性低。

依据现有的技术来看，过去使用的银浆或石墨浆等，经常被加入其他高分子的高粘性树脂，使其成为导电性的复合材料；由于材料成分的基本特性，无法维持长时间的使用，所以为了让其成分特性加强，且可承受大变形量与高压力变化的特性，需混入其他材料，以获得最适化的物理特性。

目前市售具有智能感应装置或感测装置的产品，其印刷在软性感应薄膜上的感应线路，为单一材料或混合材料，其中，单一材料如银浆或石墨等，而混合材料可如银浆及石墨浆比例混合的液体，意即仅在软性感应薄膜100上仅制成有单一层感应线路200，请参考图1所示。

以单一石墨浆或银浆来比较，二者的延展性与表面硬度的差异很大，若单纯的应用，其材料分子易受到压力变化与变形量改变，产生晶粒滑动或滑移现象，导致表面层的破裂与剥落；因此易于断线而测不到电阻与力变化的关系。

因此，目前所使用的单一层感应线路，因为上、下软性薄膜在长时间多次挤压与变形的使用下，容易造成单一层感应线路的断裂而影响导电效率，进而导致讯号传递的错误等。

发明内容

为了解决现有技术的缺失，本发明目的在于提供一种具警示功能的智能感应装置，可提升感应线路的柔软度、变形量的提高、减低氧化速率、降低成本与石墨阻抗。

本发明的主要设计思路是利用网版印刷技术，将银浆材质层及石墨材质层叠置而成的感应线路设置在软性感应薄膜或皮革面上，取其材料两者的优势，并提升感应线路的柔软度、变形量的提高、减低氧化速率、降低成本与石墨阻抗。

其工作原理，乃是通过向下的压力，让上下两片软性薄膜接触，以形成导通接触，进而启动警示功能，或者是利用上下两片软性薄膜的感应线路上下分离，以启动警示装置的分离模式触动警示功能；通过本发明技术，所衍生的产品的外形，多为一片式的感应垫，且可置于床面、椅子上或贴覆于床边缘杆、床握把、病人下床位置与行经的门口地面上；与感应薄膜电性连接的控制器可挂置于床头、床尾或放置于一个适当位置。

本发明技术与控制器的结合，乃是在提供看护者与被看护者间，无死角、多视线安全照护方式与提高人力资源的配置与运用等。

因此，本发明提供的主要技术方案是：

一种具警示功能的智能感应装置，其包括一个软性感应垫，其利用复数点感应机制，感测接触讯号的变化；一个讯号处理装置，其与该软性感应垫电性连接，并且处理该软性感应垫所感测的讯号，而该讯号处理装置用以产生警示灯、警示讯号、启动紧急照明、通过人脸辨识与追踪功能，寻找被照护者；一个讯号发送装置，其与该讯号处理装置电性连接，该讯号发送装置将来自该讯号处理装置所处理过的讯号以无线或有线方式进行传送；一个充电电池，其供应电力给该讯号处理装置，当该充电电池的电力低于预定电位值时，即通过该讯号处理装置启动低电位警示灯或警示讯号，以通知照护者连接外接电源进行供电与重新充电；以及一个讯号接收装置，用以接收从该讯号发送装置所传送的讯号。

其中，该软性感应垫至少包括二个软性薄膜以及一个弹性间隙材，该二个软性薄膜分别设置在该弹性间隙材的上表面及下表面，该弹性间隙材布设有若干孔洞，该二个软性薄膜的相对表面分别布设有一个感应线路，该感应线路由叠置的一层银浆感应层及一层石墨浆感应层所组成，该石墨浆感应层位于该软性薄膜与该银浆感应层之间，各该软性薄膜的感应线路经由力的挤压而通过该等孔洞而相互电性接触，以形成复数点感应机制，感测接触讯号的变化。

在某些实施例中，该软性感应垫更包括有二外个覆皮，分别设置在该二个软性薄膜远离该弹性间隙材的一侧。

在某些实施例中，该讯号接收装置为电脑或行动装置。

其中，该软性感应垫是制成轮椅坐垫、床把感测垫、离地感测垫或车用防盗地垫。

其中，该讯号处理装置包含一个警示模组、一个影像模组以及一个监控模组，该警示模组与该影像模组及该监控模组电性连接，该警示模组包括一个警示控制电路、一个警示喇叭电路、一个警示灯控制电路、一个低电位警示电路、一个重置电路以及一个紧急照明电路，该影像模组包括一个影像控制触发控制电路、一个人脸触发辨识电路以及一个人脸触发追踪辨识电路，该警示控制电路与该讯号发送装置电性连接，且该警示控制电路与该警示喇叭电路、该警示灯控制电路、该低电位警示电路、该重置电路以及该紧急照明电路电性连接，该影像控制触发控制电路与该人脸触发辨识电路以及该人脸触发追踪辨识电路电性连接。

本发明的有益效果是：本发明利用网版印刷技术，将银浆材质层及石墨材质层叠置而成的感应线路设置在软性感应薄膜或皮革面上，取其材料两者的优势，并提升感应线路的柔软度、变形量的提高、减低氧化速率、降低成本与石墨阻抗。

其通过向下的压力，让上下两片软性薄膜接触，以形成导通接触，进而启动警示功能，或者是利用上下两片软性薄膜的感应线路上下分离，以启动警示装置的分离模式触动警示功能；通过本发明技术，所衍生的产品的外形，多为一片式的感应垫，且可置于床面、椅子上或贴覆于床边缘杆、床握把、病人下床位置与行经的门口地面上；与感应薄膜电性连接的控制器可挂置于床头、床尾或放置于一个适当位置。

本发明技术与控制器的结合，乃是在提供看护者与被看护者间，无死角、多视线安全照护方式与提高人力资源的配置与运用等。

附图说明

图1是表示现有技术在感应薄膜上仅具有单一层电路配置的智能感应装置的示意图。

图2是表示本发明具警示功能的智能感应装置的外观示意图。

图3是表示本发明具警示功能的智能感应装置的部分透视图。

图4是表示本发明具警示功能的智能感应装置的下软性薄膜的正视示意图。

图5是表示本发明具警示功能的智能感应装置的上软性薄膜的正视示意图。

图6是表示本发明具警示功能的智能感应装置的软性感应垫的剖视示意图。

图7是表示制作本发明具警示功能的智能感应装置的张网流程的流程图。

图8是表示制作本发明具警示功能的智能感应装置的网印流程图。

图9是表示本发明具警示功能的智能感应装置的架构示意图。

【主要元件符号说明】

1 具警示功能的智能感应装置

2 软性感应垫

21 软性薄膜

22 弹性间隙材

221 孔洞

23 感应线路

231 银浆感应层

232 石墨浆感应层

24 外覆皮

3 讯号处理装置

31 警示模组

311 警示控制电路

312 警示喇叭电路

313 警示灯控制电路

314 低电位警示电路

315 重置电路

316 紧急照明电路

32 影像模组

321 影像控制触发控制电路

322 人脸触发辨识电路

323 人脸触发追踪辨识电路

33 监控模组

331 床数监控电路

332 单一床监控电路

333 复数床监控电路

4 讯号发送装置

5 充电电池

6 讯号接收装置

步骤300~311 张网流程

步骤401~416 网印流程

100 软性感应薄膜

200 感应线路。

具体实施方式

图2是表示本发明具警示功能的智能感应装置的外观示意图。图3是表示本发明具警示功能的智能感应装置的部分透视图。图4是表示本发明具警示功能的智能感应装置的下软性薄膜的正视示意图。图5是表示本发明具警示功能的智能感应装置的上软性薄膜的正视示意图。图6是表示本发明具警示功能的智能感应装置的软性感应垫的剖视示意图。

请同时参考图2到图6所示，本发明的具警示功能的智能感应装置1可包括一个软性感应垫2、一个讯号处理装置3、一个讯号发送装置4、一个充电电池5以及一个讯号接收装置6。

软性感应垫2是利用复数点感应机制（即多点感应机制），感测接触讯号的变化；其中，软性感应垫2是至少包括二个软性薄膜21以及一个弹性间隙材22，软性薄膜21可为如PET塑胶材质，二个软性薄膜21是分别设置在弹性间隙材22的上表面及下表面，弹性间隙材22可为泡棉，但并不以此为限；弹性间隙材22可布设有若干孔洞221，二个软性薄膜21的相对表面分别布设有一个感应线路23，感应线路23是由叠置的一层银浆感应层231及一层石墨浆感应层232所组成，银浆感应层231可位于软性薄膜21与石墨浆感应层232之间，各软性薄膜21的感应线路23是可经由力的挤压而通过相对处的孔洞221而相互电性接触，以形成复数点感应机制(若干感测单元)，感测接触讯号的变化。

其中，软性感应垫2更包括有二个外覆皮24，分别设置在二个软性薄膜21远离弹性间隙材22的一侧；其中，外覆皮24可为聚醚型的TPU材质。

软性感应垫2可制成一个轮椅坐垫、一个床把感测垫、一个离地感测垫或一个车用防盗地垫，列举下列数种产品为例进行说明。

以轮椅座垫为例，将本发明的软性感应垫2置放于轮椅上或是一般座椅上，当医/看护人员启动装置时，其讯号可通过有/无线传输或近身网路系统，传至手持通讯系统、可携式呼叫器或是护理站(如Nurse Call System)，协助照护者预先得知被照护者的状态，以达到预防跌倒、功能性失禁等问题的发生，并给予被照护者快速的救援与协助；此为本装置的功能与效果。

以床把感测垫为例，将本发明的软性感应垫2置于被照护者所躺卧的床面上或枕头下方；其感应垫的功能可分为两项；其一为医/看护人员启动装置时，其讯号可通过有/无线传输或近身网路系统，传至手持通讯系统、可携式呼叫器或是护理站(如Nurse CallSystem)，让医/看护人员注意被照护者起床后的状态，预防跌倒与滚落、无故走失和功能性失禁…等问题的发生；另一为协助看护人员，解决全瘫痪者的身体局部受力不当，所衍生的问题。例如：对于全瘫痪者，其皮肤久压与微血管挤压处所衍生的溃烂与褥疮，可通过本装置设定其所需的翻身时间，并通过有/无线传输或近身网路系统，将讯号传至手持通讯系统、可携式呼叫器或是护理站(如Nurse Call System)，以提醒医/看护人员。通过本发明的装置，可改善被照护者的身体力量过于集中于一个面上，并可帮助其身体各部舒压与减压，以改善长期卧床者产生褥疮的问题。

以离地感测垫为例，将本发明的软性感应垫2置于被照护者的惯性离床位置，或是易于行经的路线与徘徊位置；当医/看护人员设定或开启装置时，其讯号可通过有/无线传输或近身网路系统，传至手持通讯系统、可携式呼叫器或是护理站(如Nurse CallSystem)，协助照护者得知被照护者的活动状态与预防相关危险的发生，并给予被照护者适时、快速的救援与协助。

最后，以车用防盗垫为例，将本发明的软性感应垫2置于驾驶座下方脚踏位置；当驾驶者离开车内之后，设定与开启装置，其讯号可通过无线传输或近身网路系统，传至手持通讯系统或是中央控制系统(如车商所成立的行控服务中心)，成为防盗设备的第二道防线；其可使用独立的电力系统，目的在于被人为破坏后，还可继续运作。

图9是表示本发明具警示功能的智能感应装置的架构示意图。

请同时参考图9所示，讯号处理装置3与软性感应垫2电性连接，并且处理软性感应垫2所感测的讯号，而讯号处理装置3用以产生警示灯、警示讯号、启动紧急照明、通过人脸辨识与追踪功能，寻找被照护者；其中，讯号处理装置3包含一个警示模组31、一个影像模组32以及一个监控模组33，警示模组31与影像模组32及监控模组33电性连接，警示模组31包括一个警示控制电路311、一个警示喇叭电路312、一个警示灯控制电路313、一个低电位警示电路314、一个重置电路315以及一个紧急照明电路316，影像模组32包括一个影像控制触发控制电路321、一个人脸触发辨识电路322以及一个人脸触发追踪辨识电路323，警示控制电路311与讯号发送装置4电性连接，且警示控制电路311与警示喇叭电路312、警示灯控制电路313、低电位警示电路314、重置电路315以及紧急照明电路316电性连接，影像控制触发控制电路321与人脸触发辨识电路322以及人脸触发追踪辨识电路323电性连接；而监控模组33可包括床数监控电路331、单一床监控电路332以及复数床监控电路333。

讯号发送装置4与讯号处理装置3电性连接，讯号发送装置4将来自讯号处理装置3所处理过的讯号以无线或有线方式进行传送；充电电池5供应电力给讯号处理装置3，当充电电池5的电力低于一预定电位值时，即通过讯号处理装置3的低电位警示电路314以通过警示喇叭电路312或警示灯控制电路313来启动低电位警示灯或警示讯号，以通知照护者连接外接电源进行供电与重新充电；讯号接收装置6用以接收从讯号发送装置4所传送的讯号，而讯号接收装置6可为电脑或行动装置。

如图6所示，当最顶层和最底层都是具有柔软特性的材质的外覆皮24时，且最顶层的外覆皮24是直接与被照护者的表皮所接触，并可先吸收部分的冲击力，可让被照护者感受到其柔软度及舒适感；弹性间隙材22位于中间，形成三明治结构，并设有阵列式的若干孔洞221，可吸收与扩散大部分的压力；而弹性间隙材22的设置，在于减轻第二层的软性薄膜21的感应线路23与第四层的软性薄膜21的感应线路23于接触时，其个别单元受力过大，所造成的塑性变形与剥落或损坏，并达到保护的功效；而设置有外覆皮的话，其材质在夏天具有高散热、吸汗，有凉爽的感觉；在冬天能保温、绝热，且有暖和的感觉。

图7是表示制作本发明具警示功能的智能感应装置的张网流程的流程图。

请参考图7所示，在制作本发明的智能感应装置1的软性感应垫2前，先进行网版的张网过程，其步骤如下：

步骤301：对网布做前处理，包含制做铝合金框架、再将铝框架放置于张网机上，绷张网布、清洁网面等；

步骤302：涂布感光乳化剂于感光片上；

步骤303：烘干网版；

步骤304：将感光片置于感光台，并进行检视，若是有问题的话，则回到步骤301；若是正确的话，则进行下一步骤；

步骤305：提供原稿图面制版(步骤300)以进行晒版曝光的动作，其所需的曝光时间，乃依涂布的感光乳化剂量控制的；

步骤306：完成后将网版浸泡于水中一段时间，以进行清洁网版与显像；

步骤307：进行烘干；

步骤308：检视网版线路是否有缺失，包含断线、葫芦形、叠线及粗细不均，重新进行修整网版的补线动作；

步骤309：进行晒版动作；

步骤310：最后进行贴边；以及

步骤311：完成网版的张网流程。

图8是表示制作本发明具警示功能的智能感应装置的网印流程图。

请参考图8所示，完成前述张网流程之后，再进行下述的网印流程，其步骤包括：

步骤401：首先依比例调制银浆和石墨浆；

步骤402：将丝网或钢网架上机台并校准图案；

步骤403：贴上定位点；

步骤404：测试网版距离；

步骤405：微调网版间隙；

步骤406：最后再将软性薄膜21放置于印制平台上；

步骤407：先加入银浆；

步骤408：进行试印刷，

步骤409：进行烘干；

步骤410：进行清洁，机台进行对位以及微调网版的间隙；

步骤411：加入石墨浆；

步骤412：进行试印刷；

步骤413：进行烘干；

步骤414：进行清洁；

步骤415： 形成具有感应线路23的软性感应薄膜21的首件样品确认；以及

步骤416：量产。

其中，步骤401~步骤406为前置处理程序，步骤407~步骤416为后置印制程序。

借助上述结构以及方法，本发明的技术可衍生出下述四种机制：“复数点感测机制”、“扩散缓冲机制”、“结构补强机制”以及“快速传导机制”；通过复数点感测机制及扩散缓冲机制，可以了解力与电阻的变化关系，而结构补强机制在于补强和避免所印制的感应线路的结构的断裂、剥落，以及提升材料的耐久性，快速传导机制是附予感应线路接触时，电流快速传导的功能，加速讯号处理装置3的反应与缩短侦测时间。

利用网印的产品，通过试验加诸外力于软性薄膜21或是外覆皮24上；软性薄膜21的感应线路23相互接触后，通过内阻值的变化，将讯号传送至讯号处理装置3，启动内建功能；因此，本发明技术所衍生的网印的产品，其力与电阻间的变化，是密不可分地。

本发明技术的后续验证方法，包含可靠度实验与模拟人体动作；其试验乃是针对单区域面积(简称单元)的感测位置，分析单元的力与电阻间变化；前述单元测试，乃需达到103~104次的反复挤压或折压测试；通过实验程予的监控与数据变化，可分析与调整相关的设计值；其结果可获得最适化的设计参数。

本发明是利用“复数点”感测力量的变化；对于受力面积而言，网印完成的位于上方的软性薄膜，承受最大的压力与瞬间冲击力，亦即会产生较大变形量，如果再加上冲击力的作用，如冲击效应等，乘上人体瞬间的冲击力1.5~3倍，所以在设计上可考虑其差异性，如变形量的范围或是材料弹性极限变化。

若将软性感应垫制成椅垫的话，人体上半身的重量为50kg，假定下压面积约为100cm2，单位面积的压力为 F= 500N * 100 cm2 = 50kPa；若人体突然产生冲击力量，其下压的冲击力量，需为上述力行为的安全倍数；所以将需要乘以1.5~3倍，则为F = 75kPa~150kPa之间。

“扩散缓冲机制”与“复数点感测机制”，可利用有限元素软件进行非线性弹性结构分析，求取个别或整体感测单元的受力模式、应力分布与大变形量的情形，最后进行最适化的设计。

经软件分析得知，运用本发明技术所衍生的产品，假设其结构直接承受50kPa的均布力时，其压力源直接与相互接触的感应线路23(感测单元)接触，而较大的冯·米塞斯应力（即von Mises 应力）与非线性的变形量，将全部作用于相互接触的感应线路23(感测单元)上，致使相互接触的感应线路23(感测单元)无法承受长时间的受力、拨落与损坏，故为了改善此项问题；本发明技术是采用扩散缓冲的设计机制，也就是“三明治”结构设计；在同作用条件下，承受50kPa的均布力时，压力源直接接触相互接触的感应线路(感测单元)，其所产生的von Mises应力，将由设置在中间的弹性间隙材22，完全的吸收或减轻作用于相互接触的感应线路23(感测单元)的力变化，让多余的力扩散至阵列孔洞221的材料内部，致使相互接触的感应线路23(感测单元)只承受预定的力、改善此损坏与剥落的问题，并使力完全的扩散与产生均匀性，以达到保护的功效。

“结构补强机制”乃是利用后述的网印技术与流程，对石墨浆层232做补强的动作，以增加石墨浆层232的线路的延展性与保持表面原始硬度，同时还可避免材料分子，因受反复力变化或大变形，所产生的石墨材料的晶粒滑动、极限伸展或滑移现象，导致材料涂布于表面层的破裂与剥落，因此断线而测不到电阻与力变化；采用本发明的制程技术，可解决现有产品的缺失；本发明的制程技术与特性，乃在于取银及石墨两者的优势，并可提升感应线路的柔软度、变形量的提高、减低氧化速率、降低成本与石墨阻抗。

“快速传导机制”乃是因预埋设在石墨浆层232下的银浆层231，具有让自由电子快速传导的功能，其特性如同一般平面的道路下，架构一条快速的通道，让其自由电子可快速通过，且可协助舒解石墨浆层内，因过多自由电子所造成的壅塞现象等；而利用本发明技术所衍生的技术，可协助感测系统加速控制装置的反应与缩短其侦测时间。

当前述是针对本发明的各实施例时，本发明的其他或进一步的实施例是可被设计出而无须违反其基本范围，且其基本范围是由权利要求所界定。虽然本发明以相关的较佳实施例进行解释，但是这并不构成对本发明的限制。应说明的是，本领域的技术人员根据本发明的思想能够构造出很多其他类似实施例，这些均在本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种具警示功能的智能感应装置，其特征是包括：

一个软性感应垫，其利用复数点感应机制，感测接触讯号的变化，该软性感应垫至少包括二个软性薄膜以及一个弹性间隙材，该二个软性薄膜分别设置在该弹性间隙材的上表面及下表面，该弹性间隙材布设有若干孔洞，该二个软性薄膜的相对表面分别布设有一个感应线路，该感应线路由叠置的一层银浆感应层及一层石墨浆感应层所组成，该石墨浆感应层位于该软性薄膜与该银浆感应层之间，各该软性薄膜的感应线路经由力的挤压而通过该等孔洞而相互电性接触，以形成复数点感应机制，感测接触讯号的变化；

一个讯号处理装置，其与该软性感应垫电性连接，并且处理该软性感应垫所感测的讯号，而该讯号处理装置用以产生警示灯、警示讯号、启动紧急照明、通过人脸辨识与追踪功能，寻找被照护者；

一个讯号发送装置，其与该讯号处理装置电性连接，该讯号发送装置将来自该讯号处理装置所处理过的讯号以无线或有线方式进行传送；

一个充电电池，其供应电力给该讯号处理装置，当该充电电池的电力低于预定电位值时，即通过该讯号处理装置启动低电位警示灯或警示讯号，以通知照护者连接外接电源进行供电与重新充电；以及

一个讯号接收装置，用以接收从该讯号发送装置所传送的讯号。

2.根据权利要求1所述的具警示功能的智能感应装置，其特征在于：该软性感应垫更包括有二个外覆皮，分别设置在该二个软性薄膜远离该弹性间隙材的一侧。

3.根据权利要求1所述的具警示功能的智能感应装置，其特征在于：该讯号接收装置为电脑或行动装置。

4.根据权利要求1所述的具警示功能的智能感应装置，其特征在于：该软性感应垫是制成轮椅坐垫、床把感测垫、离地感测垫或车用防盗地垫。

5.根据权利要求1所述的具警示功能的智能感应装置，其特征在于：该讯号处理装置包含一个警示模组、一个影像模组以及一个监控模组，该警示模组与该影像模组及该监控模组电性连接，该警示模组包括一个警示控制电路、一个警示喇叭电路、一个警示灯控制电路、一个低电位警示电路、一个重置电路以及一个紧急照明电路，该影像模组包括一个影像控制触发控制电路、一个人脸触发辨识电路以及一个人脸触发追踪辨识电路，该警示控制电路与该讯号发送装置电性连接，且该警示控制电路与该警示喇叭电路、该警示灯控制电路、该低电位警示电路、该重置电路以及该紧急照明电路电性连接，该影像控制触发控制电路与该人脸触发辨识电路以及该人脸触发追踪辨识电路电性连接。