发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种电子感湿吸收用品及其潮湿程度检测方法,可提升检测的灵敏度,增强抗干扰能力,防止潮湿的手或皮肤触碰到电极造成短路而出现误报警,并可自适应检测吸收制品的潮湿及饱和程度。
为了解决上述技术问题,本发明提供一种电子感湿吸收用品,包括:
从下至上依次叠层的柔性防水薄膜、吸收层和透水编织物层,所述吸收层用于吸收从透水编织物层进入的液体;
设置于所述柔性防水薄膜背向所述吸收层的表面上的至少一条第一柔性电极;
设置于所述柔性防水薄膜朝向所述吸收层的表面上,并位于所述柔性防水薄膜与所述吸收层之间的至少一条第二柔性电极;
所述柔性防水薄膜、所述第一柔性电极、所述第二柔性电极以及包含于所述吸收层中的液体构成一个无极性可变电解电容器,其中,所述第一柔性电极、第二柔性电极作为所述无极性可变电解电容器的两个电极,所述柔性防水薄膜作为所述无极性可变电解电容器的电介质,所述吸收层中的液体作为所述无极性可变电解电容器的液态电解质,通过对所述无极性可变电解电容器的电容值的检测,获知所述电子感湿吸收用品的潮湿状态。
其中,所述第二柔性电极在设置有所述第一柔性电极的柔性防水薄膜表面的正投影,与所述第一柔性电极形成部分重叠。
其中,所述第一柔性电极的宽度与第二柔性电极的宽度相等,并且所述重叠区域的宽度为所述第一柔性电极或第二柔性电极宽度的五分之一至二分之一。
其中,所述第一柔性电极的宽度大于所述第二柔性电极的宽度,所述第二柔性电极在设置有所述第一柔性电极的柔性防水薄膜表面的正投影,位于所述第一柔性电极之内。
其中,所述第一柔性电极的宽度为所述第二柔性电极宽度的2-5倍。
本发明还提供一种电子感湿吸收用品的潮湿程度检测方法,包括:
提供一电子感湿吸收用品,所述电子感湿吸收用品包括:从下至上依次叠层的柔性防水薄膜、吸收层和透水编织物层;设置于所述柔性防水薄膜背向所述吸收层的表面上的至少一条第一柔性电极;设置于所述柔性防水薄膜朝向所述吸收层的表面上,并位于所述柔性防水薄膜与所述吸收层之间的至少一条第二柔性电极;所述第二柔性电极在设置有所述第一柔性电极的柔性防水薄膜表面的正投影,与所述第一柔性电极形成部分重叠;
获取所述第一柔性电极与所述第二柔性电极之间产生的、与重叠区域宽度成正比的初始电容值;
对所述第一柔性电极与所述第二柔性电极之间的电容值进行监测,并将监测到的电容值作为实际电容值;
将所述实际电容值与所述初始电容值进行比较,根据电容值变化范围判断所述电子感湿吸收用品的潮湿程度。
其中,所述第一柔性电极的宽度和所述第二柔性电极的宽度相等,所述重叠区域宽度为所述第一柔性电极或第二柔性电极宽度的二分之一至五分之一。
其中,所述第一柔性电极的宽度大于所述第二柔性电极的宽度,所述第二柔性电极在设置有所述第一柔性电极的柔性防水薄膜表面的正投影,位于所述第一柔性电极之内,所述第一柔性电极的宽度为所述第二柔性电极宽度的2-5倍。
其中,将所述初始电容值的二倍至五倍作为最大电容值,所述最大电容值对应最大潮湿程度。
其中,将所述初始电容值至最大电容值之间的电容值变化范围划分为100等分,分别对应0-100%的潮湿程度。
本发明实施例的有益效果在于,通过在电子感湿吸收用品的柔性防水薄膜两侧表面分别设置第一柔性电极及第二柔性电极,并令第一、第二柔性电极有部分重叠产生一个预知的初始电容值,并成为尿湿程度判断的基础;所述第二柔性电极可直接与吸收用品的吸收层接触;上述柔性防水薄膜、第一、第二柔性电极以及包含于吸收层中的液体形成一个具有电解质液体电极的可变电解电容器,只需对该可变电解电容器的电容值及其变化进行检测,便可获知电子感湿吸收用品的潮湿状态;不但可使检测灵敏度得到有效提升,更可大大增强抗干扰能力,并能防止潮湿的手或皮肤同时触碰到两电极造成短路而出现误报警的情况,此外还可自适应检测吸收制品的潮湿及饱和程度。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图,用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向和位置用语,例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等,仅是参考附图的方向或位置。因此,使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明,而非对本发明保护范围的限制。
下面结合附图对本发明作进一步的描述。请参照图1所示,这是本发明实施例一种电子感湿吸收用品的剖面结构示意图,图中电子感湿吸收用品10包括:
从下至上依次叠层的柔性防水薄膜11、吸收层15和透水编织物层18,所述吸收层15用于吸收从透水编织物层18进入的液体;
设置于所述柔性防水薄膜11背向所述吸收层15的表面上的至少一条第一柔性电极321;
设置于所述柔性防水薄膜11朝向所述吸收层15的表面上,并位于所述柔性防水薄膜11与所述吸收层15之间的至少一条第二柔性电极322;
所述柔性防水薄膜11、所述第一柔性电极321、所述第二柔性电极322以及包含于所述吸收层15中的液体19构成一个无极性可变电解电容器,其中,所述第一柔性电极321、第二柔性电极322作为所述无极性可变电解电容器的两个电极,所述柔性防水薄膜11作为所述无极性可变电解电容器的电介质,所述吸收层15中的液体19作为所述无极性可变电解电容器的液态电解质,通过对所述无极性可变电解电容器的电容值的检测,可获知所述电子感湿吸收用品10的潮湿状态。
本实施例中,第一柔性电极321和第二柔性电极322被分别设置于柔性防水薄膜11不同的表面(图1所示的下表面和上表面)上,第二柔性电极322会直接与包含在吸收层15中的电解质液体19相接触。由于电解质具有良导电性,其可令整个电解质液体19处于与第二柔性电极322等电位状态(忽略相关的内阻),从而令覆盖在柔性防水薄膜11上的整个液面等效为一个液体电极323,这和常规电解电容器以电解质液体为实际负极的情况极为相似。具体来说,本发明实施例的液体电极323扩展了第二柔性电极322的覆盖范围,并当所述液体电极323覆盖到第一柔性电极321正对面的柔性防水薄膜11表面(即上表面)时,便可生成一个相应的电解电容,该电解电容的电容值与液体电极323覆盖第一柔性电极321对应的柔性防水薄膜11表面积成正比,即是说液体电极323与第一柔性电极321相对应/覆盖的面积越大,该电解电容的电容值就越大。
在实际应用中,吸收用品10的外表面,即柔性防水薄膜11背向吸收层15的这一面,还可覆盖有一层无纺布13,该无纺布可增强柔性防水薄膜11的强度,改善本实施例电子感湿吸收用品10的触摸手感,并可保护第一柔性电极321,因此这无纺布亦可称为柔性保护层。在吸收层15中,通常还包括木浆、棉浆等吸收材料16,以及高分子吸水树脂(SAP)17等。本实施例电子感湿吸收用品10具体可以是纸尿裤、纸尿片、纸尿垫、卫生巾等一次性吸收用品,第一柔性电极321和第二柔性电极322为采用碳性导电油墨在柔性防水薄膜11(上述电子感湿吸收用品的底膜)上印刷而成的尿湿感应线。
下面请参照图2所示,这是本发明实施例的两电极之间的电容及电阻效应示意图。图中可见第一、第二柔性电极321、322之间的电容值,等于第一柔性电极321与等效液体电极323之间的电容值Ca,而与第二柔性电极322的大小和位置无关,只要其与电解质液体19相接触便行。
进一步地,由于第一柔性电极321与第二柔性电极322分别处于柔性防水薄膜11的不同表面上,潮湿的手及皮肤无法同时接触到所述两个不同表面的电极,这可有效避免误两电极之间产生漏电,防止报警情况的发生。事实上,由于柔性防水薄膜11是防水绝缘的,即使其两面都被液体湿透,两电极321、322仍然被柔性防水薄膜11所分隔,两电极之间的漏电阻Rd始终处于高阻抗状态,不会对工作产生影响,因此在本发明实施例中,Rd可以忽略不计。
下面请再参照图3所示,这是本发明实施例中对电子感湿吸收用品实施电容检测的结构示意图。为了监测吸收用品10的潮湿情况,图3中包括有一个电容检测装置20,所述电容检测装置20与电子感湿吸收用品10的第一柔性电极321、第二柔性电极322相连接,由于前述无极性可变电解电容器的电容值与包含在吸收层15中的液体含量及分布有关,因此通过实时监测两电极之间的电容值变化情况,可实现电子感湿吸收用品10的潮湿程度监测。
下面请参照图4所示,为本发明实施例的潮湿面积与电容的关系的一个示意图。图中设置在柔性防水薄膜11外层的第一柔性电极321用虚线表示;设置在柔性薄膜11内层的第二柔性电极322用实线表示;19为包含在吸收层15中的电解质液体(例如尿液)。321’为第一柔性电极321相对应的液体面积(阴影部分),假设面积为10,其产生的电容值为10X(X为单位面积的电容量);322’为第二柔性电极322与电解质液体19接触的面积(阴影部分)。由于本发明实施例的第二柔性电极322直接与电解质液体19相接触,可形成一个等电位的液体电极323,不管第二柔性电极322与电解质液体19接触面积是多少,其效果都是一样的(当忽略电解质液体电阻时)。根据本发明实施例的电容计算方法(两电极之间的电解电容值C等于第一柔性电极321与液体电极323之间的电容Ca),有C=Ca=10X。
从中可以发现,本发明实施例的电解电容主要是在第一柔性电极321的位置上产生的,因此在实际应用中,可以将第一柔性电极321设置在电子感湿吸收用品10的中间部分,只要对中间部分的电容进行检测便可实现对电子感湿吸收用品的潮湿状态检测。至于第二柔性电极322,只要其有任一部分与吸收层15的液体19接触便可,不管接触面积大小,效果基本上都是一样的,因为其形成的液体电极都是一样的。这种特性大大降低了对第二柔性电极322的要求,与同类其它产品相比,本发明实施例不但具有更高的检测灵敏度,并且对使用的要求也较低,增加了产品设计的灵活性及产品使用的可靠性。
进一步地,通过适当的电极设计及配置,本发明实施例还具有自适应的潮湿及饱和程度监测功能。下面请参照图5所示,这是本发明实施例的通过第一、第二柔性电极部分重叠,实现自适应的潮湿及饱和程度监测功能的产品设计示意图。图中由于第一柔性电极321在柔性防水薄膜11的另一面(外层),所以图中用虚线来代表。并且,第一、第二柔性电极并没有像前述图例显示的那样左右完全分开,而是有部分在位置上重叠(投影重叠)在一起了,其中重叠部分用325来标示(阴影部分)。具体来说,第二柔性电极322在设置有第一柔性电极321的柔性防水薄膜11表面的正投影,与第一柔性电极321形成部分重叠。假设第一柔性电极321的宽度与第二柔性电极322的宽度相等,并且第一、第二柔性电极321、322的宽度均为3,重叠部分325的宽度为1,则重叠部分可产生数值为1Y(Y为电极单位宽度所产生的电容值)的初始电容值,而不管电子感湿吸收用品10处于干爽还是处于潮湿状态。
当吸收层15处于全湿状态时,电解质液体19成为一个完全覆盖第一柔性电极321的液体电极323,即两电极重叠部分由原来的宽度1变为宽度3了,这样在第一、第二柔性电极321、322之间检测到的电容值便从1Y变为3Y了,即是说1Y为干爽状态的电容值,3Y为全湿状态的电容值,1Y-3Y之间的数值就代表了本发明实施例电子感湿吸收用品10的潮湿程度,数值越大,潮湿程度就越严重。在实际应用中,第一、第二柔性电极的重叠部分325的宽度优选为第一、第二柔性电极宽度的五分之一至二分之一,令全湿状态的电容值较干爽状态(初始状态)的电容值有一至四倍的增长。可将初始电容值的二倍至五倍作为最大电容值,以该最大电容值对应最大潮湿程度。
在实际应用中,第一、第二柔性电极321、322通常是采用导电油墨经凹版印刷工艺印刷在柔性防水薄膜11上的。由于第一、第二柔性电极321、322处于柔性防水薄膜11的不同表面上,在生产过程中难以精确定位控制重叠部分325的宽度,这会造成初始电容值的误差,从而造成潮湿程度检测的误差。为了解决这个问题,可采用另外一种方法来控制重叠的宽度,具体参照图6所示,这是本发明实施例第一、第二柔性电极321、322完全重叠,并实现自适应的潮湿及饱和程度监测功能的产品设计示意图。
图中第一、第二柔性电极321、322并没有像前述其它图例那样是左右设置的,而是在纵轴线上重叠在一起了,即第二柔性电极322在设置有第一柔性电极321的柔性防水薄膜11表面的正投影,位于第一柔性电极321之内;并且第一柔性电极321的宽度大于第二柔性电极322,从而可在宽度上将第二柔性电极322完全覆盖,这样即使第一、第二柔性电极321、322印刷位置有误差,只要第二柔性电极322仍在第一柔性电极321的宽度覆盖范围之内,其重叠部分的宽度及面积便可保持不变。假设第二柔性电极322的宽度为1,第一柔性电极321的宽度为3,则在初始状态下(干爽时)的电容值等于1Y(Y为电极单位宽度所产生的电容值)。而当吸收层15处于全湿状态时,电解质液体19生成电解质液体电极323便覆盖了整个第一柔性电极321,此时在第一、第二柔性电极321、322之间检测到的电容值便为3Y了,即是说1Y为干爽状态,3Y为全湿状态,而处于1Y-3Y之间的数值就代表了本发明实施例电子感湿吸收用品10的潮湿程度,数值越大,潮湿程度就越严重。
这个设计的特点可以实现自适应的潮湿及饱和程度监测,而不管柔性防水薄膜11的厚度、介电常数及电子感湿吸收用品10的长度。请参照图7,这是本发明实施例一种电子感湿吸收用品的潮湿程度示意图。作为一种具体应用,电子感湿吸收用品10可以是纸尿裤,其吸收层15中的电解质液体19为尿液。由于第二柔性电极322可与尿液19直接接触,令尿液19转化为覆盖面更广的液体电极323,扩大了第二柔性电极322的覆盖范围。
图中第一柔性电极321(虚线范围代表电极的范围)印刷在柔性防水薄膜11外层(背向吸收层15),其宽度假设为第二柔性电极的3倍。当无尿湿情况发生时,第一、第二柔性电极321、322之间的电容值约为1Y(Y为电极单位宽度所产生的电容值)。当吸收层15全湿时,电容值约为3Y。处于1Y-3Y之间的数值就代表了本发明实施例电子感湿吸收用品10的潮湿程度。通过对该电容值的检测便可知道尿湿的程度了。在实际应用中,第一柔性电极321优选为第二柔性电极322宽度的2-5倍。同时,可将初始电容值的二倍至五倍作为最大电容值,以该最大电容值对应最大潮湿程度。
下面请参照图8所示,这是本发明实施例的第一、第二柔性电极均被电解质液体(例如尿液)湿透后的电容及电阻效应示意图。图中323为柔性防水薄膜11内层(面向吸收层15)上的第二柔性电极322被吸收层15中的电解质液体19湿透后形成的第一等效液体电极,324为柔性防水薄膜11外层(背向吸收层15)上的第一柔性电极321被柔性保护层13中的电解质液体193(此处电解质液体193是吸收用品的吸收层15中的电解质液体19泄漏到电子感湿吸收用品10的外层造成的,或是因为潮湿的手触摸到电子感湿吸收用品10的外层而留下的)湿透后形成的第二等效液体电极。在图中由于有作为绝缘电介质的柔性防水薄膜11的阻隔,令第一、第二等效液体电极323、324之间仍保持着高阻抗状态,这个高阻抗状态的Rd对电容Ca的影响可忽略不计。电容Ca在第一、第二等效液体电极323与324之间生成,并可被第一、第二柔性电极321、322连接及有效检测。由于Ca值较大,并且不受第一、第二等效液体电极323、324之间的漏电阻Rd影响,因此可更有效改善系统检测的灵敏度及可靠性。
由于本发明实施例的系统的第一、第二柔性电极321、322不在同一表面上,不用再担心两个电极被尿液尿湿短路,或被潮湿的手或皮肤短路而出现误报警的情况,因此在实际应用中可将覆盖在柔性防水薄膜11上的柔性保护层13去掉,这样可进一步降低电子感湿吸收用品10的生产成本,从而可有效降低产品的价格,令消费者受惠。
相应于前述电子感湿吸收用品,本发明实施例还提供一种电子感湿吸收用品的潮湿程度检测方法,包括:
提供一电子感湿吸收用品,所述电子感湿吸收用品包括:从下至上依次叠层的柔性防水薄膜、吸收层和透水编织物层;设置于所述柔性防水薄膜背向所述吸收层的表面上的至少一条第一柔性电极;设置于所述柔性防水薄膜朝向所述吸收层的表面上,并位于所述柔性防水薄膜与所述吸收层之间的至少一条第二柔性电极;所述第二柔性电极在设置有所述第一柔性电极的柔性防水薄膜表面的正投影,与所述第一柔性电极形成部分重叠;
获取所述第一柔性电极与所述第二柔性电极之间产生的、与重叠区域宽度成正比的初始电容值;
对所述第一柔性电极与所述第二柔性电极之间的电容值进行监测,并将监测到的电容值作为实际电容值;
将所述实际电容值与所述初始电容值进行比较,根据电容值变化范围判断所述电子感湿吸收用品的潮湿程度。
其中,所述第一柔性电极的宽度和所述第二柔性电极的宽度相等,所述重叠区域宽度为所述第一柔性电极或第二柔性电极宽度的二分之一至五分之一。
其中,所述第一柔性电极的宽度大于所述第二柔性电极的宽度,所述第二柔性电极在设置有所述第一柔性电极的柔性防水薄膜表面的正投影,位于所述第一柔性电极之内,所述第一柔性电极的宽度为所述第二柔性电极宽度的2-5倍。
其中,将所述初始电容值的二倍至五倍作为最大电容值,对应最大潮湿程度。
其中,将所述初始电容值至最大电容值之间的电容值变化范围划分为100等分,分别对应0-100%的潮湿程度。
需要说明的是,现有的一些电子感湿吸收用品,其在柔性防水薄膜的同一面设置两条柔性导电电极的方式,虽然也能实现上述类似的量化尿湿检测功能,但在实际应用中,上述现有技术方案存在有不少不足之处,其中包括:
检测灵敏度相对较低:请参照图9所示,这是现有电子感湿吸收用品的两电极之间的电容及电阻效应示意图。图中设置在柔性防水薄膜11同一面的柔性电极121及122之间的电容值,是由Ca和Cb串联而成,串联之后电容值比Ca及Cb的任一个数值都要低。电容值越低,检测灵敏度也就越低,其检测效果及适用范围都会随之降低。如果能直接检测Ca(如本发明实施例)的数值,将会有效提升系统检测的灵敏度。
容易受干扰:图中19为包含在吸收层15内,并在柔性防水薄膜11另一面与电极121、122相对应的电解质液体。这个结构除了可生成Ca、Cb之外,两电极121、122之间还可以通过柔性防水薄膜11生成一个介质电容Cc,以及通过两电极121、122之间的空气形成另一个介质电容Cd。由于柔性防水薄膜11是很柔软的,在吸收用品(例如纸尿裤)使用过程中,两电极121、122之间的距离会因应使用者的穿着、睡眠、翻身、行走等不同情况而变化。如果Cc与Cd的并联值,能够与Ca与Cb串联值相比的话,就会对系统检测的可靠性带来实质性影响;如果以不小心将两电极121、122碰在一起的话,更会令系统出现短路的情况,而这个情况在本发明实施例中是不会出现的。
产生误报警:在前述现有技术方案中,由于两条柔性电极121、122是在柔性防水薄膜11的同一面,两电极之间容易受潮湿影响产生漏电阻Rd,并对电容检测造成干扰。产生漏电阻的因素很多,例如潮湿的表面,或潮湿的手/皮肤接触到两条电极等。有汗气的人手/皮肤的接触电阻通常从几十千欧到几百千欧不等,这个电阻足以令电容检测回路的电极短路,造成误报警。即使在柔性防水薄膜11上覆盖一保护层13(通常为无纺布)也不能完全防止这种情况发生,因为无纺布是不防水的,其潮湿状态或潮湿的手触碰到无纺布也会影响检测的可靠性,出现误报警情况。
无法自适应检测吸收制品的潮湿及饱和程度:虽然前述现有技术方案检测到的电容值与电子感湿吸收用品的潮湿程度也是成正比的,但哪一个数值代表全湿或饱和,除了与柔性防水薄膜11的材质、厚度及介电常数有关之外,还与电子感湿吸收用品的长度有关。柔性防水薄膜11越薄,介电常数越大,电子感湿吸收用品越长,两电极之间的电容值就越大。用户需要对每一种规格型号及品牌的电子感湿吸收用品进行设置才能获知较准确的潮湿及饱和程度的指示,这在使用上会带来一定的不便。而本发明实施例的情况将完全不同,它只要监测吸收用品在使用过程中的电容变化率便可知道其潮湿及饱和程度了,与吸收用品防水薄膜的厚度、介电常数,以及吸收用品的长度等参数无关。
通过上述说明可知,本发明实施例的有益效果在于,通过在电子感湿吸收用品的柔性防水薄膜两侧分别设置第一柔性电极及第二柔性电极,并令第一、第二柔性电极有部分重叠产生一个预知的初始电容值,并成为尿湿程度判断的基础;所述第二柔性电极可直接与吸收用品的吸收层接触;上述柔性防水薄膜、第一、第二柔性电极以及包含于吸收层中的液体形成一个具有电解质液体电极的可变电解电容器,只需对该可变电解电容器的电容值及其变化进行检测,便可获知电子感湿吸收用品的潮湿状态;不但可使检测灵敏度得到有效提升,更可大大增强抗干扰能力,并能防止潮湿的手或皮肤触碰到电极造成短路而出现误报警的情况,此外还可自适应检测吸收制品的潮湿及饱和程度。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。