CN105392456A - 用于在尿布中测量尿液量及检测粪便存在的系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于测量和记录吸收材料(16)中液体量的系统，例如尿布中的尿液量，该系统包括传感器(1)，该传感器(1)包括用于测量液体量的第一对电极(4,7)，该第一对电极被设置为布置在例如尿布中的吸收材料周围，以及数据记录器(10)，其被设置为跨第一对电极施加交流电压并且，同时测量第一对电极的两个电极之间的电容，并基于测得的电容计算吸收材料中估计的液体量。在一个具体实施方式中，该系统进一步包括第二对电极(6,8)，该第二对电极(6,8)使用类似的方法，用于估计其间物质例如粪便的存在。

Description

用于在尿布中测量尿液量及检测粪便存在的系统

技术领域

本发明涉及用于测量吸收材料中尿液量的系统，以及在一些具体实施方式中，检测粪便的存在，例如在尿布中，其中一个或多个电容传感器被用于测定吸收材料中液体的充满程度并检测粪便的存在。

背景技术

与测量尿布、内衣和被单等尿液存在联用的警报器以各种遗尿和尿失禁产品的形式在现有技术中是已知的。尿布中的尿液传感器在现有技术中是已知的，但是还没有用于测量粪便的。

传统产品的特征在于一旦有液体出现在传感器上，它们就会发出警报，即所谓的即时警报。这些产品通常通过跨传感器的电阻测量而起作用，在正常情况下(当尿布干燥时)传感器中的电极之间没有电流通过。在警报情况下，电极之间通过其间的液体产生电连接，随后给定的电流将从一个电极传至另一个电极。液体，在这些情况下是尿液，在两个或更多电极之间作为简单接触。

这种系统的实例在US7,700,821B2和US7,667,608B2中有描述，且这种系统的目的正是要尽快地产生警报，因为传感器上的尿液对于尿床的儿童或尿失禁的患者来说是不受欢迎的情况。传统的电阻即时警报器有无数的变体，并且如前面提到的，包括在尿布、内裤衬垫、内衣、被单、底垫和床等中，均以上述技术和功能为特征。

还有检测例如尿布中液体量的系统，该系统的特征在于嵌入在尿布中的液体吸收材料中或者通过尿布中的液体吸收材料测量。这种系统的实例在US2008/0278337A1和WO2013/013197A1中有描述，该系统的目的是用信号通知尿布中液体吸收材料的湿润程度。

何时需要更换儿童和遭受尿失禁的人的尿布的标准，通常是由最近的亲属或者看护人员基于上次更换后经过的时间或感受尿布的充满程度通过主观评价决定的。这些方法引起了一些缺陷。首先，它们导致了尿布的利用程度有相当大的变化，因而许多尿布在还有未利用的吸收能力时就被换掉了。其次，尿布的最大吸收能力可能被超过，在尿布穿着者经历尿液过量排出的情况下导致溢出。最后，无论使用何种评价方法，何时需要更换尿布的标准的主观评价的做法对于亲人和看护人员来说很耗时，且需要集中注意力。

尿布中粪便的存在是不受欢迎的情况，因为它可能对穿着者的皮肤造成损伤。粪便只能通过视觉检查或是使用者自己说而检测到。这是不恰当的。

这种做法还引起人们考虑是否尿布穿着者中膀胱炎的高发生率是由在潮湿环境长期暴露而导致的。该做法使得难以收集和比较数据，收集和比较数据有助于改善或者甚至预防穿着尿布的不同副作用。

发明内容

本发明的一个目的是提供更加先进的警报系统，其不会产生任一/或警报，而是使用具有自行选择警报水平可能性的更加差别化的测量方法，其可与机构或穿着者相适应。以这种方式，该系统不仅能够增加改善尿布穿着者情况的可能性，还能改善工作环境以及增加预防不恰当情况的可能性。

本发明提供了这样的系统，其涉及用于测量和记录吸收材料中液体量的系统，例如尿布中的尿液量，该系统包括传感器，其包括用于测量液体量的第一对电极，该第一对电极被设置为布置在例如尿布中的吸收材料周围，以及数据记录器，其被设置为跨所述第一对电极施加交流电压并且，同时测量第一对电极的两个电极之间的电容，并基于测得的电容计算吸收材料中的液体量的估计值。

这种系统是有利的，因为它能够连续地测量并传递给定的吸收品例如尿布中的液体量的信息。这样就能更好地认识到何时需要更换尿布。

为了确保该系统是完整的以及电容测量是正确的，在测量电容的同时检查所谓的“损耗因子”是有利的，“损耗因子”是两个电极之间不希望的电阻连接的表达，电容就是在该两个电极之间测量的。这可以做到，例如，通过测量两个电极之间的欧姆电阻。

在本发明的一个具体实施方式中，该传感器还包括第二对电极，且数据记录器还被设置为能够跨第二对电极施加交流电压并且，同时测量第二对电极的两个电极之间的电容，并基于测得的电容估计物质例如粪便是否存在于第二对电极的两个电极附近。

在本发明的一个具体实施方式中，数据记录器还包括接触面，其被设置为与人的身体电接触布置，且该数据记录器还被设置为能够在一侧的第二对电极的两个电极和另一侧的该接触面之间施加交流电压并且，同时测量在一侧的第二对电极的两个电极和另一侧的接触面之间的电容，并基于测得的电容估计物质例如粪便是否存在于第二对电极的两个电极和身体之间。

在这些具体实施方式中，本发明能够在尿布中存在粪便时测量并传递警报，这样能更好地认识到何时需要更换尿布。

在本发明的一个具体实施方式中，温度测量仪器被设置为与数据记录器的接触面相连。

这种温度测量仪将，例如，能够被用来检查表面是否如预期地确实与身体相接触。在某些情况下，它还能够被用来测量人体温度。

在本发明的一个具体实施方式中，数据记录器设置有陀螺仪和/或加速度计。

陀螺仪和/或加速度计的使用使其可能测定系统(以及穿着该系统的人)的空间定位，这使其可能相应地调整测量算法并获得对填充物容量更好的利用。

在本发明的一个具体实施方式中，数据记录器设置有用于定位该数据记录器的GPS跟踪模块。

在本发明的一个具体实施方式中，数据记录器设置有用于与该数据记录器远程通信的GSM调制解调器。

本发明部分有助于认知功能受损的人，包括阿尔茨海默氏病/痴呆症。当疾病的后果是尿失禁和糊涂的结合，在这样的情况下，数据记录器中具有GPS跟踪系统的具体实施方式会是一个主要的优势。在使用者对尿布和跟踪均有需求的情况下，两者可以结合在一个单元中。数据记录和GPS跟踪系统的组合还能够利用这样的优势，GPS跟踪模块和GSM模块可被关闭，直到使用者位于数据记录器通常连接的本地无线网络之外，从而节省电力。

在本发明的一个具体实施方式中，施加的所述交流电压具有在0.5Vac至15Vac之间的振幅，优选为在0.5Vac至10Vac之间，最优选为在1Vac至6Vac之间。

在本发明的一个具体实施方式中，施加的所述交流电压具有在1kHz至100kHz之间的频率，优选为在5kHz至25kHz之间，最优选为在8kHz至12kHz之间。

这些区间内的振幅和频率已经证明能产生良好的测量结果，此外，它们意味着使用本发明的人既不会留意到施加的交流电压也不受施加的交流电压的影响。

在本发明的一个具体实施方式中，交流电压以5秒至10分钟之间的预定间隔短时间施加，优选为5秒至1分钟之间。

以所述间隔施加交流电压已被发现能产生良好的测量结果，同时节省了用电。

在本发明的一个具体实施方式中，数据记录器还被设置为能够将信号以无线方式向一个或多个外部监测站传输，该信号代表液体量或物质的存在的计算估计值。

这允许远程监控液体量及例如粪便的存在的计算估计值。更具体而言，这意味着本发明可以被设置为在达到预定的最佳的、一致的和客观的标准时，例如用于更换尿布，发出信号。

在本发明的一个具体实施方式中，代表液体量的信号，代表液体的绝对量，例如300ml。

在本发明的一个具体实施方式中，代表液体量的信号，代表液体的相对量，例如吸收材料的总容量的20％。

根据本发明的应用，这样来定义该系统可能是最有利的，使得绝对或相对值被估算，并形成用于确定预定的标准是否达到的基础。

在本发明的一个具体实施方式中，具有一或两对电极的传感器被设置为如此布置以使传感器沿吸收材料的两个相对的表面延伸，例如尿布的两个表面，分别朝向穿着者和远离穿着者。

传感器只在吸收材料例如尿布的表面延伸，这意味着传感器能够在不改变其上装有传感器的产品/材料的原有设计的情况下进行改装。本发明能够安装在任意的液体吸收产品/材料上，包括例如，所有类型的尿布、卫生巾、内裤衬垫等。

在本发明的一方面，提供了一种用于测量和记录吸收材料中，例如尿布中的填充物中液体量的方法，该方法包括以下步骤：

-跨传感器中的电极的第一对电极的两个电极施加交流电压，第一对电极被设置为布置在吸收材料的下侧，即在朝向地心的表面，

-同时测量传感器中电极的第一对电极的两个电极之间的电容，并且

-基于测得的电容计算吸收材料中液体量的估计值。

在本发明的一个具体实施方式中，该方法还包括以下步骤：

-跨传感器中的电极的第二对电极的两个电极施加交流电压，第二对电极被设置为在一个区域的相对侧布置，该区域中的物质，该物质的存在是希望被估计的，例如粪便，可以预期会出现，

-同时测量传感器中的第二对电极的两个电极之间的电容，并且

-基于测得的电容计算物质例如粪便，存在于第二对电极的两个电极附近的估计值。

在本发明的一个具体实施方式中，该方法还包括以下步骤：

-在一侧的第二对电极和另一侧的接触面之间施加交流电压，该接触面被设置为与人体电接触，

-同时测量一侧的第二对电极和另一侧的接触面之间的电容，并且

-基于测得的电容计算物质例如粪便，存在于第二对电极和身体之间的估计值。

附图说明

本发明的一些具体实施方式根据附图在下文中更详细地说明，其中

图1示出了根据本发明一个具体实施方式的用于改装用途的传感器从外部观看的示意图，

图2示出了从后面观看的图1的传感器，

图3示出了图1的传感器，其中外层的一部分被去除以使传感器的内层部分可见，

图4示出了图2的传感器，其中后侧层的一部分被去除以使传感器的内层部分可见，

图5示出了图1和3的传感器通过其中A-A线所标示的横截面，

图6示出了图1的传感器通过其中B-B线所标示的横截面，

图7示出了从安装了图1-6的传感器的内部观看的尿布的示意图，

图8示出了图7的尿布和传感器沿其中C-C线所标示的横截面，并标示了电场，

图9示出了图7的尿布和传感器沿其中D-D线所标示的横截面，并标示了电场，

图10示出了相关联的数据记录器(发射器)从前面观看的示意图，

图11示出了从侧面观看的图10的数据记录器(发射器)，

图12示出了从后面观看的图10的数据记录器(发射器)，以及

图13示出了根据本发明一个具体实施方式的具有尿布、传感器和数据记录器的完整功能单元的立体示意图。

附图作为本发明如何能实现的实施例再现，并且应当认为对保护范围是非限定性的，保护范围由权利要求所主张。

具体实施方式

图1示出了根据本发明一个具体实施方式的完整的传感器1的实施例，其具有亲肤及防潮电绝缘外层2，其中指示了穿过外层2及第一非液体吸收绝缘层(电介质)9(图1中未示出)的开口提供了从外部至用于电容式液体检测的第一电极7的电接入。外层2可以，例如，由塑料薄膜组成。

图2从后侧示出了同样的传感器1，其由后侧层3覆盖，其中穿过后侧层3的开口提供了至用于电容式液体传感的第二及最里面电极4的电接入，且其中穿过后侧层3的两个另外的开口及第二非吸湿绝缘层(电介质)5(图2中未示出)提供了至用于电容式粪便检测的第一6及第二8电极的电接入。传感器1的后侧层3优选为带粘性的防潮及电绝缘层，例如双面胶带。

图3示出了外层2缩短的传感器1，从而暴露出部分的电介质5、9，用于电容式粪便检测的电极6、8及后侧层3。事实上，外层2覆盖了整个传感器1，但内层5、6、8、9出于解释的原因以这种方式示出。用于电容式粪便检测的电极6、8一起构成了用于检测粪便的电容式传感器。

图4从后侧示出了传感器1，这一次缩短了后侧层3，从而暴露出部分的用于电容式液体检测的第二电极4及第二电介质5。事实上，后侧层3覆盖了整个传感器1，但内层4-9出于解释的原因以这种方式示出。第二电介质5也被缩短了。事实上，其覆盖了整个传感器1，如图3所示。用于电容式液体检测的电极4、7及第二电介质5一起构成了用于检测液体量的电容式传感器。用于液体检测的电极4、7的长度对应于需要测量的液体吸收材料的长度。在图4中，还示出了用于电容式粪便检测的电极6、8，第一电介质9及外层2。用于电容式粪便检测的电极6、8的长度被调节以适合尿布中的面积，在其中可预见会出现粪便。

图5示出了如图1和3中的传感器1以A-A线所标示的横截面。其示意性地描绘了包括如上所述的外层2和后侧层3的传感器1的可能性设计的实施例。电介质5、9由电绝缘材料构成，例如泡棉胶带、聚乙烯泡沫、纸或应用在印刷工艺中的弹性液体聚合物，该聚合物随后固化。四个电极4、6、7、8由导电材料制成，例如铜、铝、铁、石墨涂层或导电聚合物，且可以用粘合剂类似胶带一样安装，或是在印刷工艺中直接施加于由电介质5和9构成的载体上。

图6示出了如图1中的传感器1以B-B线所标示的横截面，具有如上所述的外层2和后侧层3。还如之前所述地示出了用于电容性粪便检测的电极6、8以及第二电介质5。

图7示出了从内部观看的任意类型的尿布。尿布的表层15出于解释的原因部分打开显示，以示出尿布内部的液体吸收材料16。事实上，表层15覆盖了整个尿布。从尿布后边缘可以看到传感器1跨过尿布内的区域，预期粪便会在此出现。因此，传感器被设置为测量粪便的存在。

图8示出了图7中的尿布和传感器1沿C-C线所标示的横截面。当跨电容式液体传感器的电极4、7施加交流电压时，在液体吸收材料16的内部形成电场17。当跨电容式粪便传感器的电极6、8施加交流电压时，跨过尿布区域在传感器的表面和穿着尿布的人体之间形成电场18，该尿布区域中可预计会出现粪便。

图9示出了图7中的尿布和传感器1沿D-D线所标示的横截面。传感器1可以被紧固至尿布表面，使用例如胶水。还能看到电场18，当在跨电容式粪便传感器的电极6、8施加交流电压时形成。

图10是根据本发明一个具体实施方式的数据记录器10的示意性主视图，其中壳体11包含电子器件(测量电路、加速度计、GPS、GSM调制解调器、电源及无线电模块等)以及电池，橡胶铰链12被安装，用于通过例如磁铁接触，跨过尿布的前边缘紧固壳体11，且身体传感器13产生电连接至穿着尿布的人的身体。数据记录器10、尿布及传感器1一起构成了完整功能的液体及粪便检测单元19。

图11示出了图10的数据记录器，从具有壳体11、橡胶铰链12、身体传感器13及插头14的一侧观看，插头14产生电连接至传感器1的四个电极4、6、7、8。

图12是同样的数据记录器10的后视图，其中插头14行使对于传感器1的四个电极4、6、7及8的接触部分的功能。因此，插头14通过如图1和2所示的位于传感器1顶部的为此目的设计的开口产生电连接至四个电极4、6、7、8，这样数据记录器10可以容易地与传感器1一起安装。

图13示出了以立体图示的一种任意尿布，其外部上安装了传感器1，以及数据记录器10。传感器1位于尿布纵向上的中央。这三个部分一起构成了液体及粪便检测单元19，这三个部分在整个系统中分别运作。

单元19通过数据记录器10行使功能，数据记录器10跨用于电容式液体检测的两个电极4、7施加交流电压，例如2Vac，以例如10kHz的频率，同时测量电极4、7之间的电容。由于液体传感器(由两个电极4、7及第二电介质5组成)产生电场17至尿布中的液体吸收材料16中去，测得的电容将取决于液体吸收材料16的介电性能。这利用了干燥及潮湿/湿润的液体吸收材料16之间的物理差异。水(及尿液)的介电常数大约比空气的介电常数高80倍。介电常数的这种差异对电场17的影响被利用于本设计中。测得的电容与尿布中液体量之间的关系大致是线性的，始终具有正斜率(存在的液体越多，则测得的电容越高)。有利地，第二电极4的宽度可以约为第一电极7的宽度的50％，如图5中大致所示的。

用于电容式粪便检测的电极6、8检测尿布中粪便的存在。传感器通过数据记录器10行使功能，数据记录器10在用于电容式粪便检测的两个电极6、8之间施加交流电压，例如2Vac，以例如10kHz的频率，同时测量电极6、8之间的电容。这些电极6、8通过图3-5所示的两个电介质层5、9与周围电绝缘及电容绝缘。如图3及4所示，第一电介质9比两个电极4、7和第二电介质5短，这在其一端产生了至电极6、8的开口。该开口提供了区域中增加的电容灵敏度，该区域中预计会出现粪便。这样，由两个电极6、8及两个电介质5、9组成的电容式粪便传感器形成了电场18，其在该区域中有增加的灵敏度，其中不存在第一电介质9。粪便的介电常数比空气的介电常数高出很多倍。介电常数的这种差异对电场18的影响被利用于本设计中。

在本发明的一个变体中，电容性粪便传感器由如上所述的两个电极6、8及两个电介质5、9结合身体传感器13组成。在这个具体实施方式中，数据记录器10在一侧的身体传感器13及另一侧的两个电极6、8之间施加交流电压，例如2Vac，以例如10kHz的频率，同时测量一侧的身体传感器13及另一侧的电极6、8之间的电容。在身体传感器13及两个电极6、8之间施加的交流电压，在完整单元19的穿着者的身体与具有电极6、8的设计的敏感区域之间形成电场，在该区域中预计会出现粪便。该电场及因此而测得的身体与电极6、8之间的电容，取决于粪便的存在，因为粪便的介电常数比空气的介电常数高出很多倍。介电常数的这种差异对身体及电极6、8之间的电场的影响被利用于本设计中。

判断例如尿布中粪便存在的增加的可靠性是通过电极6、8和经身体传感器13的身体之间的组合测量获得的。

有利地，向电极4、6、7、8施加交流电压以及相应的电容测量可以在预定的时间间隔进行，例如10秒或1分钟并相对于彼此暂时偏移，其意义在于在任何给定的时间进行不超过一次的测量。

用于电容式液体检测的两个电极4、7之间测得的电容等同于液体充满程度的估计值，而用于电容式粪便检测的两个电极6、8之间(且在一些具体实施方式中)与尿布穿着者的身体之间测得的电容，等同于尿布中是否存在粪便的估计值。

附图标记列表

1、完整的改装的传感器

2、传感器防潮及电绝缘的外层

3、传感器带粘性的、防潮及电绝缘的后侧层

4、用于电容式液体检测的第二及最里面的电极

5、第二非吸湿绝缘层(电介质)

6、用于电容式粪便检测的第一电极

7、用于电容式液体检测的第一电极

8、用于电容式粪便检测的第二电极

9、第一非液体吸收绝缘层(电介质)

10、用于安装在传感器及尿布上的完整数据记录器(发射器)

11、用于数据记录器的壳体，包括印刷电路板、加速度计、GPS、GSM调制解调器无线电及电池等

12、用于紧固数据记录器至尿布及用于身体传感器的橡胶铰链

13、用于产生电连接至穿着者身体的身体传感器

14、用于与传感器中四个电极进行电接触的插头

15、任意标准尿布的表层

16、任意尿布中的液体吸收材料

17、来自电容式液体传感器的电场

18、来自电容式粪便传感器的电场

19、组装的功能单元，包括尿布、传感器和数据记录器

Claims (17)

1.一种用于测量和记录吸收材料(16)中液体量的系统，例如尿布中的尿液量，所述系统包括传感器(1)，所述传感器(1)包括

用于测量液体量的第一对电极(4,7)，所述第一对电极被设置为布置在例如尿布中

的所述吸收材料周围，以及

数据记录器(10)，所述数据记录器(10)被设置为跨所述第一对电极施加交流电压并

且，同时测量所述第一对电极的两个电极之间的电容，并基于测得的电容计算所

述吸收材料中液体量的估计值。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器还包括第二对电极(6,8)，且其中所述数据记录器还被设置为能够跨所述第二对电极施加交流电压并且，同时测量所述第二对电极的两个电极之间的电容，并基于测得的电容估计物质，例如粪便是否存在于所述第二对电极的所述两个电极附近。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述数据记录器还包括接触面(13)，所述接触面(13)被设置为与人的身体电接触布置，且其中所述数据记录器(10)还被设置为能够在一侧的所述第二对电极的所述两个电极和另一侧的所述接触面之间施加交流电压并且，同时测量在一侧的所述第二对电极的所述两个电极和另一侧的所述接触面之间的电容，并基于测得的电容估计物质，例如粪便是否存在于所述第二对电极的所述两个电极和身体之间。

4.根据权利要求3所述的系统，其中温度测量仪器被设置为与所述数据记录器的所述接触面相连。

5.根据前述任何一项权利要求所述的系统，其中所述数据记录器设置有陀螺仪和/或加速度计。

6.根据前述任何一项权利要求所述的系统，其中所述数据记录器设置有用于定位所述数据记录器的GPS跟踪模块。

7.根据前述任何一项权利要求所述的系统，其中所述数据记录器设置有用于与所述数据记录器远程通信的GSM调制解调器。

8.根据前述任何一项权利要求所述的系统，其中施加的所述交流电压具有在0.5Vac至15Vac之间的振幅，优选为在0.5Vac至10Vac之间，最优选为在1Vac至6Vac之间。

9.根据前述任何一项权利要求所述的系统，其中施加的所述交流电压具有在1kHz至100kHz之间的频率，优选为在5kHz至25kHz之间，最优选为在8kHz至12kHz之间。

10.根据前述任何一项权利要求所述的系统，其中所述交流电压以5秒至10分钟之间的预定间隔短时间施加，所述预定间隔优选为5秒至1分钟之间。

11.根据前述任何一项权利要求所述的系统，其中所述数据记录器还被设置为能够将信号以无线方式向一个或多个外部监测站传输，所述信号代表液体量或物质的存在的计算估计值。

12.根据权利要求11所述的系统，其中代表液体量的所述信号，代表液体的绝对量，例如300ml。

13.根据权利要求11所述的系统，其中代表液体量所述信号，代表液体的相对量，例如所述吸收材料的总容量的20％。

14.根据前述任何一项权利要求所述的系统，其中具有一或两对电极的所述传感器被设置为布置以使所述传感器沿所述吸收材料的两个相对的表面延伸，例如尿布的两个表面，分别朝向穿着者和远离穿着者。

15.一种用于测量和记录吸收材料(16)中液体量的方法，所述吸收材料例如尿布中的填充物，所述方法包括以下步骤：

-跨传感器(1)中的电极的第一对电极的两个电极(4,7)施加交流电压，所述第一对电极被设置为布置在吸收材料的下侧，即在朝向地心的表面，

-同时测量所述传感器中的所述第一对电极的所述两个电极之间的电容，并且

-基于测得的所述电容计算所述吸收材料中液体量的估计值。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括以下步骤：

-跨传感器中的第二对电极的两个电极(6,8)施加交流电压，所述第二对电极被设置为在一个区域的相对侧布置，在该区域中的物质，所述物质的存在是希望被估计的，例如粪便，可以预期会出现，

-同时测量所述传感器中的所述第二对电极的所述两个电极之间的电容，并且

-基于测得的所述电容计算物质，例如粪便，存在于所述第二对电极的所述两个电极附近的估计值。

17.根据权利要求15或16所述的方法，还包括以下步骤：

-在一侧的所述第二对电极和另一侧的接触面(13)之间施加交流电压，所述接触面(13)被设置为与人的身体电接触，

-同时测量一侧的所述第二对电极和另一侧的所述接触面之间的电容，并且

-基于测得的所述电容计算物质，例如粪便，存在于所述第二对电极和身体之间的估计值。