CN107167069A - 电容式智能支撑表面高度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容式智能支撑表面高度检测装置，其包括：传感模块，由上极板和下极板组成，上极板和下极板都为片状导体，上极板与下极板上下平行布置且位于同一电路系统内，若上极板为参考平面或发射平面，下极板则为感应平面，若下极板为参考平面或发射平面，上极板则为感应平面；传感安置及支撑模块，该模块介于上极板和下极板中间等。本发明以电容检测方式测量支撑表面高度，测量装置和支撑模块一体化设计，极板采用屏蔽层，对人体无辐射，检测精度高，被测表面可以倾斜放置，支持任意大小，任意配置的智能床垫设计，且成本低，制造工艺简单，可靠性高，使用寿命长，功耗低，可以用于床垫、靠垫、坐垫、枕头等相关产品。

Description

电容式智能支撑表面高度检测装置

技术领域

本发明涉及一种高度检测装置，特别是涉及一种电容式智能支撑表面高度检测装置。

背景技术

在智能支撑表面系统(智能床垫、坐垫、枕头、靠垫等)设计中，测量表面形变对描述人和支撑表面之间的关系、描述受支撑人体身体曲线是非常重要而有意义的，其中关键因素就是表面相对高度的测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电容式智能支撑表面高度检测装置，其合到支撑表面及支撑体本身，可以用于支撑表面高度测量。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种电容式智能支撑表面高度检测装置，其特征在于，其包括：

传感模块，由上极板和下极板组成，上极板和下极板都为片状导体，上极板与下极板上下平行布置且位于同一电路系统内，若上极板为参考平面或发射平面，下极板则为感应平面，若下极板为参考平面或发射平面，上极板则为感应平面；

传感安置及支撑模块，该模块介于上极板和下极板中间，为非金属材质并有弹性，用于安置上极板和下极板，上极板位于模块上表面，下极板位于模块下表面，当模块为空气腔体时，上极板和下极板也安置于腔体内的上下表面；

信号管理模块，由控制模块、电源模块、激励模块、输出模块、输入模块、信号输入梳理模块、模拟数字转换模块、数字信号处理模块、信号转换模块、通讯模块组成，控制模块连接电源模块、激励模块、信号输入梳理模块、模拟数字转换模块、数字信号处理模块、通讯模块，激励模块与输出模块连接，输入模块、信号输入梳理模块、模拟数字转换模块、数字信号处理模块、信号转换模块、通讯模块依次连接；

智能床垫气包模块，该模块内部置入海绵隔块，海绵隔块上下表面分别放置上极板和下极板，上极板和下极板间通过导线相连，并与数字信号处理模块相连，就形成了一个测量支撑表面高度的支撑模块。

优选地，所述传感模块中上极板和下极板构成电容器的两个极板，等效为平行板电容器，为了测量电容，需要给上极板和下极板施加激励，并测量激励产生的结果。

优选地，所述传感安置及支撑模块主要作用是支撑上极板和下极板，并起到电介质的功能，在模组受到压力之后，该弹性模块受到挤压，在外部压力释放掉之后，该支撑模块的弹性使得上极板和下极板之间的距离恢复原状。

优选地，所述控制模块主要负责协调整个系统的工作，给各模块发送控制信号，使得各模块按照顺序工作，并负调整各模块的参数以及工作状态矫正；电源模块主要负责给整个电源系统提供供电，保证电源系统的稳定，以及较少的电源噪声；激励模块主要负责对被测试的表面电容体施加可控的激励信号，并把激励信号传递到输出模块；输出模块主要负责接收激励模块的信号，并连接到相应的被测试的表面电容体的激励端；输入模块主要负责在输出模块产生激励信号到被测试表面电容体之后，测量有激励信号产生的输入信号；信号输入梳理模块主要负责读取输入模块的输入，进行信号的放大、缩小、偏置的处理，使得输入的模拟信号能够处于后端模拟数字信号转换的最佳工作点；模拟数字转换模块主要负责接收信号输入梳理模块调整输出过的信号，并把模拟输入信号转换为数字信号；数字信号处理模块主要负责把模拟数字转换模块的输入进行数字滤波，特征提取的处理工作；信号转换模块主要负责把处理过的数字信号进行进一步处理，转换，根据采集的信号和所需要的表面高度的关系进行转换；通讯模块主要负责把采集到的信息进行传输，传送到主机做进一步处理，并接收主机的指令通知控制模块进行控制操作。

本发明的积极进步效果在于：一，本发明以电容检测方式测量支撑表面高度，测量装置和支撑模块一体化设计；二，电容检测方式上极板采用屏蔽层，对人体无辐射；三检测精度高，被测表面可以倾斜放置；四，可以支持任意大小，任意配置的智能床垫设计；五，本发明的成本低，制造工艺简单；六，可靠性高，使用寿命长；七，本发明的功耗低；八，本发明可以用于床垫、靠垫、坐垫、枕头等相关产品。

附图说明

图1为本发明的传感模块结构图。

图2为本发明的极板连接示意图。

图3为本发明中信号管理模块的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1至图3所示，本发明电容式智能支撑表面高度检测装置包括：

传感模块，由上极板和下极板组成，上极板和下极板都为片状导体，上极板与下极板上下平行布置且位于同一电路系统内，若上极板为参考平面或发射平面，下极板则为感应平面，若下极板为参考平面或发射平面，上极板则为感应平面；

传感安置及支撑模块，该模块介于上极板和下极板中间，为非金属材质并有弹性，用于安置上极板和下极板，上极板位于模块上表面，下极板位于模块下表面，当模块为空气腔体时，上极板和下极板也可安置于腔体内的上下表面；

信号管理模块，由控制模块101、电源模块102、激励模块103、输出模块104、输入模块105、信号输入梳理模块106、模拟数字转换模块107、数字信号处理模块108、信号转换模块109、通讯模块110组成，控制模块101连接电源模块102、激励模块103、信号输入梳理模块106、模拟数字转换模块107、数字信号处理模块108、通讯模块110，激励模块103与输出模块104连接，输入模块105、信号输入梳理模块106、模拟数字转换模块107、数字信号处理模块108、信号转换模块109、通讯模块110依次连接；

智能床垫气包模块，该模块内部置入海绵隔块，海绵隔块上下表面分别放置上极板和下极板，上极板和下极板间通过导线相连，并与数字信号处理模块相连，就形成了一个可以测量支撑表面高度的支撑模块。

所述传感模块中上极板和下极板构成电容器的两个极板，等效为平行板电容器，为了测量电容，需要给上极板和下极板施加激励，并测量激励产生的结果，激励有两种方式：一种方式是采用一个极板为参考平面，另外一个极板为激励平面，在上极板和下极板之间产生交变的电场，根据充电变化来判断。下极板的设计为导电平面(铜箔，铝箔，铜网，铝网，导电布等)，上极板的设计需要至少一层电路，性能较好的设计至少需要两层，屏蔽网起到防止切向平面过来的干扰，提高系统内部的稳定性的作用，在比较干净的电磁环境中，可以不设计，留空即可，感应区和上极板构成平行板电容模型，为待测区，为了提高测量的稳定，防止外界对内部电容的影响，设计需要把上极板设计成双层形状，下表面和单层类似，上表面为屏蔽平面，该平面有导体构成，且与上表面在同一电路系统内，上表面可以有效屏蔽来自于外部的干扰，也能够减少在下部测量电容的时候产生的电磁辐射对人体的影响，另外一种方式是采用一个极板作为发射平面，另外一个极板作为接受平面，采用该方法测量，上极板为发射平面，下极板为接收平面，上极板的布置至少需要一层电路，可以整面布置，也可以采用分布式发射接收，为了提高系统稳定并减少对人体的辐射，可以采用双层设计，双层布置方式就是在上极板的上表面布置一层屏蔽导电平面，并接入电路系统中。

所述传感安置及支撑模块主要作用是支撑上极板和下极板，并起到电介质的功能，在模组受到压力之后，该弹性模块受到挤压，在外部压力释放掉之后，该支撑模块的弹性使得上极板和下极板之间的距离恢复原状。

所述控制模块101主要负责协调整个系统的工作，给各模块发送控制信号，使得各模块按照顺序工作，并负调整各模块的参数以及工作状态矫正；电源模块102主要负责给整个电源系统提供供电，保证电源系统的稳定，以及较少的电源噪声；激励模块103主要负责对被测试的表面电容体施加可控的激励信号，并把激励信号传递到输出模块；输出模块104主要负责接收激励模块的信号，并连接到相应的被测试的表面电容体的激励端；输入模块105主要负责在输出模块产生激励信号到被测试表面电容体之后，测量有激励信号产生的输入信号；信号输入梳理模块106主要负责读取输入模块的输入，进行信号的放大、缩小、偏置的处理，使得输入的模拟信号能够处于后端模拟数字信号转换的最佳工作点；模拟数字转换模块107主要负责接收信号输入梳理模块106调整输出过的信号，并把模拟输入信号转换为数字信号；数字信号处理模块108主要负责把模拟数字转换模块的输入进行数字滤波，特征提取的处理工作；信号转换模块109主要负责把处理过的数字信号进行进一步处理，转换，根据采集的信号和所需要的表面高度的关系进行转换；通讯模块110主要负责把采集到的信息进行传输，传送到主机做进一步处理，并接收主机的指令通知控制模块进行控制操作。

一个模组可能构成形状为感应点状或多点条状，每个感应点提供不同位置的高度数据，这样通过多个感应点的组合，就可以提供分布式的数据，多个支撑模块提供的床垫表面不同位置高度数据，可描述床垫表面高度及形变状态，通过表面高度的数据变化，经滤波和信号处理，也可以抽取获得用户的心率、呼吸、体动等生理数据，也可以根据高度数据，变换为表面压力数据。

本发明以电容检测方式测量支撑表面高度，测量装置和支撑模块一体化设计，极板采用屏蔽层，对人体无辐射，检测精度高，被测表面可以倾斜放置，支持任意大小，任意配置的智能床垫设计，且成本低，制造工艺简单，可靠性高，使用寿命长，功耗低，可以用于床垫、靠垫、坐垫、枕头等相关产品。

以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电容式智能支撑表面高度检测装置，其特征在于，其包括：

传感模块，由上极板和下极板组成，上极板和下极板都为片状导体，上极板与下极板上下平行布置且位于同一电路系统内，若上极板为参考平面或发射平面，下极板则为感应平面，若下极板为参考平面或发射平面，上极板则为感应平面；

传感安置及支撑模块，该模块介于上极板和下极板中间，为非金属材质并有弹性，用于安置上极板和下极板，上极板位于模块上表面，下极板位于模块下表面，当模块为空气腔体时，上极板和下极板也安置于腔体内的上下表面；

信号管理模块，由控制模块、电源模块、激励模块、输出模块、输入模块、信号输入梳理模块、模拟数字转换模块、数字信号处理模块、信号转换模块、通讯模块组成，控制模块连接电源模块、激励模块、信号输入梳理模块、模拟数字转换模块、数字信号处理模块、通讯模块，激励模块与输出模块连接，输入模块、信号输入梳理模块、模拟数字转换模块、数字信号处理模块、信号转换模块、通讯模块依次连接；

智能床垫气包模块，该模块内部置入海绵隔块海绵隔块上下表面分别放置上极板和下极板，上极板和下极板间通过导线相连，并与数字信号处理模块相连，就形成了一个测量支撑表面高度的支撑模块。

2.如权利要求1所述的电容式智能支撑表面高度检测装置，其特征在于，所述传感模块中上极板和下极板构成电容器的两个极板，等效为平行板电容器，为了测量电容，需要给上极板和下极板施加激励，并测量激励产生的结果。

3.如权利要求1所述的电容式智能支撑表面高度检测装置，其特征在于，所述传感安置及支撑模块主要作用是支撑上极板和下极板，并起到电介质的功能，在模组受到压力之后，该弹性模块受到挤压，在外部压力释放掉之后，该支撑模块的弹性使得上极板和下极板之间的距离恢复原状。

4.如权利要求1所述的电容式智能支撑表面高度检测装置，其特征在于，所述控制模块主要负责协调整个系统的工作，给各模块发送控制信号，使得各模块按照顺序工作，并负调整各模块的参数以及工作状态矫正；电源模块主要负责给整个电源系统提供供电，保证电源系统的稳定，以及较少的电源噪声；激励模块主要负责对被测试的表面电容体施加可控的激励信号，并把激励信号传递到输出模块；输出模块主要负责接收激励模块的信号，并连接到相应的被测试的表面电容体的激励端；输入模块主要负责在输出模块产生激励信号到被测试表面电容体之后，测量有激励信号产生的输入信号；信号输入梳理模块主要负责读取输入模块的输入，进行信号的放大、缩小、偏置的处理，使得输入的模拟信号能够处于后端模拟数字信号转换的最佳工作点；模拟数字转换模块主要负责接收信号输入梳理模块调整输出过的信号，并把模拟输入信号转换为数字信号；数字信号处理模块主要负责把模拟数字转换模块的输入进行数字滤波，特征提取的处理工作；信号转换模块主要负责把处理过的数字信号进行进一步处理，转换，根据采集的信号和所需要的表面高度的关系进行转换；通讯模块主要负责把采集到的信息进行传输，传送到主机做进一步处理，并接收主机的指令通知控制模块进行控制操作。