CN107438764A - 用于确定物品湿度的组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定物品(1)的湿度、尤其人类皮肤的湿度的组件(2)，其包括电绝缘的承载层(21)，在其上安装有以下单元：‑至少两个电极(22a,22b)、尤其交叉指型电极，其布置在承载层(21)的第一侧上，‑数字电容测量装置(23)，电极(22a,22b)联结到其处，‑带有天线(25)的NFC‑异频雷达发射器(24)，为了借助于无线电经由天线(25)的进一步传递，将电容测量装置(23)的测量结果传输给该NFC异频雷达发射器，其中，NFC异频雷达发射器(24)和电容测量装置(23)尤其布置在相同的芯片中，以及，屏蔽部(26)，其位于承载层(21)的与第一侧相对而置的侧上并且尤其与电容测量装置(23)的系统接地相连接。

Description

用于确定物品湿度的组件

技术领域

本发明涉及一种用于确定物品湿度、尤其人类皮肤的湿度的组件。

背景技术

由现有技术已知多种皮肤湿度测量设备，其统统具有一定程度上的缺点。尤其困难的是，在这些湿度测量设备的情况中以简单的方式无接触地分别从皮肤的相同的部位获得无偏的测量值。此外，在由现有技术已知的台式设备中虽然可在实验室条件下进行测量，但该台式设备不可移动。在阻抗方法的情况中，需要电镀的皮肤触点和由此电压供给。测定的数据不可移动数字地使用或不可进一步处理。

发明内容

本发明的目的在于解决这些问题。

本发明利用带有权利要求1的特征的组件来实现该目的。

本发明涉及一种用于确定物品的湿度、尤其人类皮肤湿度的组件，其包括电绝缘的承载层，在其上安装有如下单元：

-至少两个电极，尤其交叉指型电极，其布置在承载层的第一侧上，

-数字电容测量装置，电极联结到其处，

-带有天线的NFC异频雷达发射器，为了借助于无线电经由天线的进一步传递，将电容测量装置的测量结果传输给NFC异频雷达发射器，其中，NFC异频雷达发射器和电容测量装置尤其布置在相同的芯片中，以及

-屏蔽部，其位于承载层的与第一侧相对而置的侧上并且尤其与电容测量装置的系统接地相连接。

此外，这样的组件所具有的优点是，其普遍适用并且可适宜地制造以及可实现在读出所测定的物品湿度或皮肤湿度测量值方面的简单应用。此外，由于测量的初始化的无接触性，仅提供测量值的小的压靠力相关性。这特别在可压缩的物品、例如皮肤的情况中是重要的。由此产生对测量值的小的影响，因为外部数据通讯设备的等待询问的测量整体上无接触地进行。

为了测定尤其相应地在人体的相同部位处的位置固定的测量并且可分别在相同的部位进行大量多次的测量，可设置成，即，

设有绝缘层，其布置在承载层的如下的层上，该层与屏蔽部相对而置并且安放在电极上，其中，尤其绝缘层粘合地构造在背对电极的侧上。

通过如下方式可实现本发明的可待简单地制造的实施形式，即，使得绝缘层具有薄膜，在其面向电极的侧处布置有第一连接层、尤其粘合层，其使得薄膜尤其粘合地与电极和/或承载层相连接，并且在薄膜的另一侧处存在背对电极的、用于附着到物品处的第二粘合层。

为了减少承载层和粘合层对测量的影响并且实现本身的测量参数、即(皮肤)湿度对被测量的电容的更大的影响以及减小内生影响，可设置成，承载层和/或绝缘层具有小于20、尤其小于5的相对介电常数。

为了防止到屏蔽部或电子构件的手动取用并且保护电子构件以防潮湿和机械影响，可设置成，在承载层的在其处有屏蔽部的侧上布置有顶盖层。

为了减少由外部环境所引起的影响并且改善屏蔽，可设置成，顶盖层构造成电绝缘的并且使屏蔽部与来自外部的取用电绝缘。

可通过以下方式借助于印刷电路实现天线的尤其简单的制造，即，使天线的线圈作为可导层安装并布置在承载层的一侧上。

为了实现组件到非平整的表面处的匹配，如其典型地在人类皮肤上那样，可设置成，承载层和/或绝缘层和/或覆盖层具有柔软的结构。

为了在没有用户干扰的情况下实现数据值的记录并且无时间偏差地读出这些数据值，可设置成，存在电池，其联结到电容测量装置处，并且电容测量装置在规定的时间点尤其地测量电极之间的电容并且将其储存在数据缓存器中，其中，NFC异频雷达发射器输送全部位于数据缓存器中的等待询问的电容测量值。

备选地还可行的是，NFC-异频雷达发射器以储存在能量缓存器中的能量供给电容测量装置，该能量由围绕天线的电磁场获得。

为了减少机械负载对测量结果的影响，可设置成，在承载层上、尤其在所有侧上设置有边缘，其独立于电极，其中，所述承载层的边缘的宽度在此测量被电极加载的面区域的最长的尺寸的至少15%、尤其至少30%。

为了减少机械负载对测量结果的影响，还可设置成，在承载层的与电极相对而置的侧上设置有卸荷元件，其从承载层伸出并且在边缘区域内绕电极布置，其宽度大于被电极包围的面区域的最长的尺寸的15%。

使得机械负载对测量结果的影响进一步减少的在机械上简单且稳定的结构设置成，卸荷元件具有0.5mm与2mm之间的厚度。

附图说明

根据以下附图详细阐述本发明的优选的实施形式。

图1以截面图显示了根据本发明的第一实施形式的组件。

图2详细显示了放置到人类皮肤处的两个电极之间的电情况。

图3显示了从待探测的物品的角度看在图1中示出的组件。

图4显示了根据本发明的组件的一备选的实施形式，在其中，电容测量装置和NFC异频雷达发射器布置在承载层的与电极相对而置的侧上。

图5显示了本发明的一备选的实施形式，带有设置在承载部中的边缘。

图6和7显示本发明的一备选的实施形式，带有布置在承载部上的卸荷元件。

具体实施方式

在图1示出的用于确定物品1的湿度的组件2具有电绝缘的承载层21。在电绝缘的承载层21的一侧处有两个电极22a,22b，其如图3中所示构造成交叉指型电极。此外，在图1中示出了数字电容测量装置23，电极22a,22b联结到其处(图3)。在相同的芯片中、例如电容测量装置23中还布置有NFC异频雷达发射器24，其联结到天线25处，天线布置在组件2的周缘范围中。电容测量装置23以及NFC异频雷达发射器24还可布置在分离的芯片中。

电容测量装置23的测量结果被传输给NFC异频雷达发射器24。如果由外部的数据通讯设备经由天线25获得对NFC异频雷达发射器24的询问，则其触发电容测量装置23测量在其入口处的电容，也就是说，在联结到其处的电极22a,22b之间的电容。电容测量装置23测量在电极22a,22b之间规定的电容并且将测量结果继续传递到NFC异频雷达发射器24处，其将该测量结果经由天线25传达到外部数据通讯设备处。为了NFC异频雷达发射器24和电容测量装置23的能量供给，通常经由NFC异频雷达发射器24的天线25从外部数据通讯设备夺取能量并且由NFC异频雷达发射器24或从电容测量装置23缓存在为此设置的能量缓存器中。在此，从包围天线25的场中夺取如此多的能量并且缓存在能量缓存器中，即，使得可完成相应执行的测量过程。

此外，组件2具有屏蔽部26，其位于与第一侧相对而置的侧处，也就是说在承载层的与电极相对而置的侧上。在当前实施例中，屏蔽部与电容测量装置23的系统接地相连接。但是还存在另外的可行性，例如，屏蔽部还可联结到动作电位处或在相应地更大的实施方案中还保持完全不触点接通。

备选地，屏蔽可以是不连续的，而是完全位于电极的轮廓上。由此得到两种不同的、彼此分离的屏蔽部。

此外，本发明的该实施形式还包括绝缘层28，其布置在承载层的如下的侧上，即，该侧与屏蔽部26相对而置或贴靠在电极22a,22b处或安放在该侧上。绝缘层28粘合地构造在背对电极22a,22b的侧处。如由图1另外得出，绝缘层28由三个部分层构成，即中间薄膜282以及位于薄膜与电极22a,22b之间的第一粘合层281以及面向物品1、尤其待探测的人类皮肤的第二粘合层283。此外还存在大量其它的可行性来制造绝缘层，例如层压复合物。

在图2中示意性地示出了在两个电极22a,22b之间的电容测量。在两个电极22a,22b之间放置有电气交变场，其在本发明的当前实施例中具有大约100kHz的频率。对于测量皮肤可导性而言，基本上可使用大约40kHz至大约500kHz的频率。

电容测量的可行性可通过如下方式来进行，即，集成的电容测量装置23实施Σ-β方法，在其中利用固定电压来脉冲未知的电容器。为了达到固定频率所需的脉冲数量允许对电容的推断。

在两个电极22a,22b之间的中间区域中构造有电容，其对于当前测量而言可被视作内生的，并且其在物品1的最上面的区域中不被物品、尤其皮肤本身的测量参数、即湿度所影响。由两个电极22a,22b出发的电场穿过绝缘层28进入到物品1或其上区域中。由此，在两个电极之间测得的电容与在相应上皮肤层中的含水量相关。为了避免由承载层或粘合层对测量的影响，使用带有小于20、尤其小于5的小的相对介电常数的材料来用作用于承载层21和绝缘层28的材料。用于承载层的典型的材料例如是塑料，如PET或聚酰亚胺或聚酯薄膜；用于粘合材料的典型的材料例如是丙烯酸酯聚合物。

承载层21、绝缘层28和覆盖层27基本上构造成柔软且平整的层，以便于可匹配到不平整的表面处。

为了保护在承载层21上所使用的电子部件，在承载层21的其处有屏蔽部26的侧上布置有顶盖层27，其覆盖全部电子部件、尤其屏蔽部。顶盖层27构造成电绝缘的并且使屏蔽部26与外面的取用绝缘，由此也还确保机械的基础防护。在图4的备选的实施形式中，除了屏蔽部26之外还在承载层21的与电极22a,22b相对而置的侧上布置有包括NFC异频雷达发射器24和电容测量装置23以及天线25的芯片。这些部件如图4中所示也被顶盖层27保护以免外部的取用。

不仅在图1而且在图4中示出的实施形式的情况中，天线构造成可导的层，其完全安装或布置在承载层21的侧上。在本发明的在图1中示出的实施形式中，天线作为层布置在与电极22a,22b相同的侧上。尤其地，电极和天线25可作为印刷电路布置在承载层21上。如由图3所显而易见的是，在图1中示出的实施形式的情况中，天线被引导在承载层的背对电极的侧处的点251,252之间的交叉区域中。

在本发明的全部实施形式中可行的是，替代或附加于从电磁场中借助于天线来获取能量还设置有在图中未示出的电池，电容测量装置23且必要时NFC异频雷达发射器24联结到该电池处。由此存在如下可行性，即，电容测量装置23在自动规定的时间点测量电极22a,22b之间的电容并且将其存储在数据缓存器中，其同样可与NFC异频雷达发射器24和电容测量装置23一同集成在芯片中。在外部的数据通讯设备的等待询问的情况中存在如下可行性，即所有在数据缓存器中储存的电容测量值被NFC异频雷达发射器24传输到外部的数据通讯设备处。

本发明的两个在接下来示出的实施形式适用于压制或最小化变化的压靠力对测量结果的影响。

在图5中示出了本发明的另一优选的实施形式，其除了在接下来示出的细节之外还相应于在图1或图4中示出的实施形式。在根据本发明的组件的该实施形式中，在承载层21的所有侧上设置有边缘21a，其独立于电极22a,22b。承载层21的边缘21a的宽度在此测量由电极22a,22b加载的面区域220的最长尺寸的至少15%、尤其至少30%。如果承载电极22a,22b的面区域220如同在图5中示出的实施例中那样构造成矩形的，则承载层21可同样构造成矩形的，其中，设置有环绕的边缘21a。

边缘21a的宽度在所示出的实施形式中相应于矩形面区域220的相应的棱长的50%。为了获得测量的显著改善，时常还达到的是，边缘21a带有矩形面区域220的相应的棱长的至少15%的宽度。

在图6和7中示出了根据本发明的组件的另一优选的实施形式，其除了接下来示出的细节之外还相应于本发明的在图1和4示出的实施形式。

在承载部21的背对物品1或与电极22a,22b相对而置的侧上有卸荷元件29，其在当前实施形式中构造成卸荷环29。卸荷元件29如此包围电极22a,22b，即，在将平整的物品3、尤其地例如尤其以移动电话3形式的读取设备3放在卸荷元件29上的情况中，支承力不作用到电极22a,22b上并且由此不引起测量结果的歪曲。卸荷元件29将读取设备3相对于承载部21的电极22a,22b保持有充足的间距。由读取设备3带入的力还以充足的距离从电极22a,22b作用到承载部上，以便于避免承载部21在这些电极22a,22b的区域中的歪曲并且使承载部在电极22a,22b的区域中从电压和歪曲中卸荷。

卸荷元件29的几何形状如图7中所示使得支承力可在电极22a,22b处导出到物品1或人体中。为了确保该可能性，可选择卸荷元件29的基本不同的实施形式。在一优选的变型方案中，卸荷元件29由柔软的橡胶材料构造成。

卸荷元件29的厚度有利地在0.5mm与2mm之间。其所具有的优点是，卸荷元件29以该厚度尚可简单的被集成到承载部21中并且另一方面读取设备3充足地保持间距，以便于避免承载部在电极22a,22b的区域中的歪曲并且使承载部21在电极22a,22b的区域中卸荷。

卸荷元件29有利地在边缘区域21a之内绕电极22a,22b布置，其宽度大于由电极22a,22b加载的面区域220的最长尺寸的15%。通过该间距避免经由读取设备另外所施加的力被传输到电极22a,22b的区域中并且如此使测量偏差。

在当前应用实施例中，该宽度在由电极22a,22b加载的面区域220的最长尺寸的15%与200mm之间。该宽度在由电极22a,22b加载的面区域220的最长尺寸的15%与200%之间。

卸荷元件不仅可放置在顶盖层27之下而且可放置在顶盖层27之上。

在所有实施形式的情况中，承载层21和/或绝缘层28构造成可透气的，以便于避免汗和液体聚集。

Claims (13)

1.一种用于确定物品(1)的湿度、尤其人类皮肤湿度的组件(2)，其包括电绝缘的承载层(21)，在其上安装有如下单元：

-至少两个电极(22a,22b)、尤其交叉指型电极，其布置在所述承载层(21)的第一侧上，

-数字电容测量装置(23)，所述电极(22a,22b)联结到所述数字电容测量装置处，

-带有天线(25)的NFC-异频雷达发射器(24)，为了借助于无线电经由所述天线(25)的进一步传递，将所述电容测量装置(23)的测量结果传输给所述NFC-异频雷达发射器，其中，所述NFC异频雷达发射器(24)和所述电容测量装置(23)尤其布置在相同的芯片中，以及

-屏蔽部(26)，其位于所述承载层(21)的与所述第一侧相对而置的侧上并且尤其与所述电容测量装置(23)的系统接地相连接。

2.根据权利要求1所述的组件(2)，其另外包括绝缘层(28)，所述绝缘层布置在所述承载层(21)的如下的侧上，该侧与所述屏蔽部(26)相对而置并且安放在所述电极(22a,22b)上，其中，所述绝缘层(28)尤其粘合地构造在背对所述电极(22a,22b)的侧处。

3.根据权利要求2所述的组件(2)，其特征在于，所述绝缘层(28)具有薄膜(282)，在其面向所述电极(22a,22b)的侧处布置有第一连接层、尤其粘合层(281)，其使所述薄膜(282)尤其粘合地与所述电极(22a,22b)和/或所述承载层(21)相连接，以及在所述薄膜(28)的背对所述电极(22a,22b)的另一侧处存在用于附着到物品(1)处的两个粘合层(283)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的组件(2)，其特征在于，所述承载层(21)和/或所述绝缘层(28)具有小于20、尤其小于5的相对介电常数。

5.根据前述权利要求中任一项所述的组件(2)，其特征在于，在所述承载层(21)的其处布置有所述屏蔽部(26)的侧上布置有顶盖层(27)。

6.根据权利要求5所述的组件(2)，其特征在于，所述顶盖层(27)构造成电绝缘的并且所述屏蔽部(26)与外部的取用电绝缘。

7.根据前述权利要求中任一项所述的组件(2)，其特征在于，所述天线(25)的线圈作为可导的层被安装且布置在所述承载层(21)的侧上。

8.根据前述权利要求中任一项所述的组件(2)，其特征在于，所述承载层(21)和/或绝缘层(28)和/或所述覆盖层(27)具有柔软的结构。

9.根据前述权利要求中任一项所述的组件(2)，其特征在于，存在电池，其联结到所述电容测量装置(23)处，并且尤其地，所述电容测量装置(23)在规定的时间点测量所述电极(22a,22b)之间的电容并且将其储存在数据缓存器中，其中，所述NFC-异频雷达发射器(24)输送所有位于所述数据缓存器中等待询问的电容测量值。

10.根据前述权利要求中任一项所述的组件(2)，其特征在于，所述NFC-异频雷达发射器(24)以储存在能量缓存器中的能量来供给所述电容测量装置(23)，所述能量由包围所述天线(25)的电磁场获得。

11.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，在所述承载层(21)上、尤其在所有侧上设置有边缘(21a)，其独立于电极(22a,22b)，其中，所述承载部(21)的边缘(21a)的宽度在此测量被所述电极(22a,22b)加载的面区域(220)的最长的尺寸的至少15%、尤其至少30%。

12.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，在所述承载层(21)的与所述电极(22a,22b)相对而置的那侧上设置有卸荷元件(29)，其从所述承载层(21)伸出并且在边缘区域(21a)之内绕所述电极(22a,22b)布置，其宽度大于被所述电极(22a,22b)包围的面区域(220)的最长尺寸的15%。

13.根据权利要求12所述的组件，其特征在于，所述卸荷元件(29)具有0.5mm与2mm之间的厚度。