CN108024636A - 压力感测椅 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能够无线充电、检测身体压力并测量身体压力分布的压力感测椅。根据本发明的一个实施方式的压力感测装置包括：至少一个传感器单元，其包括具有沿第一方向布置的多个第一电极图案的第一电极层、具有沿与第一方向交叉的第二方向布置的多个第二电极图案的第二电极层以及布置在第一电极层与第二电极层之间的介电层；以及模块单元，其连接至传感器单元并且包括通信单元和无线充电单元。

Description

压力感测椅
技术领域
本发明涉及压力感测椅，并且更具体地，涉及能够无线充电、感测身体压力及测量身体压力分布的压力感测椅。
背景技术
近来，电子技术和信息通信技术的快速发展引起卫生保健领域的快速发展。也就是说，需要能够通过测量生物信息来测量人的身体状况的健康管理系统，并且特别地，正在开发利用主要用于日常生活中的椅子来获取生物信息的技术。
然而，在用于获取生物信息的常规椅子中，需要多个独立的传感器来测量成面的区域(facing area)，并且另外需要用于连接用于驱动各个传感器的模块的空间。此外，由于传感器不具有柔性和弹性，所以传感器难以应用于具有多个弯曲表面的椅子。
发明内容
技术问题
本发明旨在提供一种包括具有柔性和弹性的压力感测单元并且能够无线充电的压力感测椅。
技术解决方案
本发明的一个方面提供了一种压力感测椅，其包括：传感器单元；以及模块单元，模块单元电连接至传感器单元并包括通信单元和无线充电单元，其中，传感器单元包括：第一电极层，包括沿第一方向布置的多个第一电极图案；第二电极层，包括沿与第一方向交叉的第二方向布置的多个第二电极图案；以及介电层，布置在第一电极层与第二电极层之间。
传感器单元可以感测由于外部压力引起的在与第一电极图案和第二电极图案交叠的区域中的介电层的厚度变化。
通信单元可以包括诸如蓝牙模块、Z-Wave模块等的通信模块，并且通信单元将传感器单元所感测到的压力信息传送至接收器。
无线充电单元可以使用电磁感应方法或谐振方法来无线地接收电力。
第一电极层和第二电极层可以包括具有导电性的纤维或者可以通过在介电层上印刷导电墨来形成。
传感器单元可以设置在座部和靠背中的至少一者中。
模块单元可以设置在扶手中。
第一电极图案和第二电极图案可以具有从条形、锯齿形和波浪形中选择的形状。
所述多个第一电极图案的宽度可以与所述多个第二电极图案的宽度相同。
所述多个第一电极图案和所述多个第二电极图案中的至少一些可以具有不同的宽度。
模块单元还可以包括被配置成输出姿势纠正的信号的警报单元。
有益效果
根据本发明的实施方式的压力感测椅具有如下效果。
首先，可以在座部和靠背中的至少一者中布置能够检测压力的传感器单元，使得可以感测根据人的施坐的压力分布和姿势信息。特别地，由于传感器单元以垫的形式形成，所以可以感测到成面的区域。
其次，传感器单元的第一电极层和第二电极层可以由导电纤维形成，或者可以通过在介电层上印刷导电墨来形成，并且因此可以改善传感器单元的柔性和弹性。
第三，由于压力感测椅包括无线充电单元，所以压力感测椅可以无线充电，并且可以根据传感器单元是否感测到压力来控制无线充电单元的开/关操作。
第四，由于压力感测椅包括通信单元，所以传感器单元所感测到的压力分布和姿势信息可以被传送至外部装置。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式的压力感测椅的侧视图。
图2a是图1的平面图。
图2b是图2a的框图。
图3是图2a的传感器单元的透视图。
图4a至图4c是示出了第一电极图案的不同实施方式的平面图。
图5是根据本发明的另一实施方式的压力感测椅的侧视图。
图6a是示出了图1的无线充电方法的视图。
图6b是示出了图6a的无线充电系统的视图。
具体实施方式
虽然本发明容许各种修改和替选形式，但是其具体实施方式在附图中以示例的方式示出并且将在本文中进行描述。然而，应当理解，没有意图将本发明限于所公开的特定形式，而是相对地，本发明覆盖落入本发明的精神和范围内的所有修改、等同和替选方案。
应当理解，尽管在本文中可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应当受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项中的一个或更多个的任意和所有组合。
应当理解，当元件被称为“连接”或“耦合”至另一元件时，其可以直接连接或耦合至另一元件，或者可以存在中间元件。相对地，应当理解，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”至另一元件时，不存在中间元件。
本文使用的术语仅出于描述特定实施方式的目的，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一(a)”和“一个(an)”旨在也包括复数形式。应当进一步理解，术语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”、“包括(include)”和/或“包括(including)”当在本文中使用时指定阐述的特征、整体、步骤、操作、元件、部件或其组合的存在，但是不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件或其组合的存在或增加。
除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员之一通常理解的含义相同的含义。还应当理解，诸如常用字典中定义的那些术语的术语应当被解释为具有与其在相关领域的上下文中的含义相一致的含义，并且不会以理想化或过度形式化的意义来理解，除非本文中明确如此定义。
在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式。为了利于对本发明的整体理解，附图中的相似附图标记表示相似的元件，并且因此将不重复其描述。
在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的实施方式的压力感测椅。
图1是根据本发明的实施方式的压力感测椅的侧视图。图2a是图1的平面图，以及图2b是图2a的框图。
如图1所示，根据本发明的实施方式的压力感测椅可以包括座部、靠背和扶手，在座部中可以设置传感器单元110，并且在扶手中可以设置模块单元120。具体地，传感器单元110可以设置在座部的上表面上或座部内部。
当人坐在上述压力感测椅上时，传感器单元110可以受到人的重量影响，并且可以测量人是否坐在其上以及根据施坐的相对压力分布。模块单元120可以基于由传感器单元110检测的身体压力来检测人的姿势，并且确定两个大腿的压力偏差以引导人以正确的姿势坐着。此外，尽管未示出，模块单元120还可以包括用于向坐在椅子上的人输出姿势纠正的信号的警报单元(未示出)。
具体地，可以根据传感器单元110是否感测到压力来控制模块单元120的开/关操作。也就是说，当传感器单元110感测到压力时，模块单元120可以开启，并且当传感器单元110未感测到压力时，模块单元120可以自动关闭。
如图2a和图2b所示，传感器单元110和模块单元120可以电连接，并且模块单元120可以包括通信单元130和无线充电单元140。传感器单元110以垫的形式形成并且包括介电层20、第一电极层10和第二电极层30。
在此，第一电极层10包括沿第一方向布置在介电层20的第一表面上的多个第一电极图案10a、10b、10c和10d。第二电极层30包括沿与第一方向交叉的第二方向布置在介电层20的与第一表面相对的第二表面上的多个第二电极图案30a、30b、30c和30d。
通信单元130可以包括诸如蓝牙模块、Z-Wave模块等的通信模块，并且通信单元130将传感器单元110所感测到的压力信息传送至外部装置，该外部装置为诸如智能电话、计算机等的接收器。无线充电单元140可以电连接至传感器单元110的电源(未示出)。
在下文中，将参照附图详细描述传感器单元110。
图3是图2a的传感器单元的透视图。
如图3所示，当从外部对传感器单元110施加压力时，被施加压力的区域中的介电层20的厚度改变。尽管在图中示出了四个第一电极图案10a、10b、10c和10d以及四个第二电极图案30a、30b、30c和30d，但是第一电极图案10a、10b、10c和10d的数量以及第二电极图案30a、30b、30c和30d的数量不限于此。
介电层20由具有弹性的材料形成。介电层20还可以包括导电填料，但是本发明不限于此。上述介电层20可以从包括聚氨酯、硅树脂和热塑性弹性体的组中选择，并且导电填料可以从包括碳、金属、陶瓷和导电聚合物的组中选择。
当对传感器单元110施加压力时，第一电极层10与第二电极层30之间的距离在被施加压力的位置处减小。在这种情况下，第一电极层10与第二电极层30之间的介电层20的厚度的减小程度根据所施加的力而变化。因此，根据本发明的实施方式的传感器单元110可以根据介电层20的厚度变化的程度来感测压力。
上述第一电极层10和第二电极层30可以包括具有导电性的金属。可替选地，第一电极层10和第二电极层30可以包括具有导电性的纤维，或者可以通过在介电层20上印刷导电墨来形成。如上所述，当第一电极层10和第二电极层30包括具有导电性的纤维或导电墨时，传感器单元110可以是具有柔性和弹性的织物型垫。
具体地，在传感器单元110中，第一电极图案10a和10b通过外部压力被弯曲，因而可能出现相邻的第一电极图案10a和10b可能彼此接触的问题。因此，相邻的第一电极图案10a和10b之间的距离a(在图2a中)可以是5mm或更大。
当相邻的第一电极图案10a和10b之间的距离a很宽时，在传感器单元110中不能形成足够数量的第一电极图案10a、10b、10c和10d，使得不能感测成面的区域。因此，相邻的第一电极图案10a和10b之间的距离a可以是30mm或更小，并且相邻的第一电极图案10a和10b之间的距离a不限于此。以相同的方式，第二电极图案30a和30b之间的距离b(在图2b中)也可以在5mm至30mm的范围内，并且相邻的第二电极图案30a和30b之间的距离b不限于此。
为了准确地测量介电层20的厚度变化，第一电极图案10a、10b、10c和10d与第二电极图案30a、30b、30c和30d彼此交叠且第一电极图案10a、10b、10c和10d与第二电极图案30a、30b、30c和30d之间插入有介电层20的区域的面积c(在图2a中)优选为1cm2或更多。可以根据安装面积调整传感器单元110的总面积，但总面积优选为400cm2或更小。
图4a至图4c是示出了第一电极图案的不同实施方式的平面图。
如图4a所示，第一电极图案10a、10b、10c和10d的宽度可以不相同。在这种情况下，第一电极图案10a、10b、10c和10d的所有宽度可以彼此不同，或者上述宽度中的至少一些可以彼此不同。此外，第一电极图案10a、10b、10c和10d可以形成为如图4b所示的锯齿形，或者第一电极图案10a、10b、10c和10d可以为如图4c所示的波浪形。第一电极图案10a、10b、10c和10d的形状不限于此。
此外，尽管未示出，沿与第一电极图案10a、10b、10c和10d交叉的方向布置在介电层20的第二表面上的多个第二电极图案30a、30b、30c和30d也可以形成为具有与第一电极图案10a、10b、10c和10d类似的各种形状。具体地，当第一电极图案10a、10b、10c和10d形成为锯齿形时，第二电极图案30a、30b、30c和30d可以形成为具有波浪形状。
图5是根据本发明的另一实施方式的压力感测椅的侧视图。
如图5所示，传感器单元110可以被设置在椅子的靠背中。可替选地，虽然未示出，传感器单元110可以被设置在椅子的座部和靠背两者中。在这种情况下，可以检测人的姿势以及身体压力和身体压力的分布。也就是说，当传感器单元110被设置在椅子的靠背中时，传感器单元110可以确定人正在以正确的姿势坐着还是以倾斜的姿势坐着，并且通过上述通信单元130获取人的姿势信息。
此外，在传感器单元110被设置在靠背中的情况下，当在传感器单元110中未检测到压力达预定时间例如一分钟时，模块单元120可以通过警报单元(未示出)给人发出关于姿势的警报。
图6a是示出了图1的无线充电方法的视图。
如图6a所示，压力感测椅的模块单元120可以安装在椅子中，并且最优选地，可以安装在椅子的扶手中。这是为了将椅子定位成与设置在装置例如桌子中的无线电力发送单元200相邻。也就是说，设置在模块单元120中的无线充电单元140和无线电力发送单元200可以被设置为彼此相邻，使得电力可以被无线地充载。
特别是，即使当人坐在椅子中时，椅子的扶手和桌子的一部分也会交叠，使得无论是否坐有人都可以进行无线充电。为此，无线充电单元140优选地被定位成与通信单元130相比更远离椅子的靠背。
图6b是示出了图6a的无线充电系统的视图。
如图6b所示，无线充电系统可以包括发送线圈200a、接收线圈140a、整流单元140b、电源200b和负载端140c。在这种情况下，发送线圈200a和电源200b可以被包括在无线电力发送单元200中，并且接收线圈140a、整流单元140b和负载端140c可以被包括在无线充电单元140中。
电源200b可以产生具有预定频率的交流(AC)电力，以将AC电力提供给无线电力发送单元200的发送线圈200a。由发送线圈200a产生的AC电力可以被传送至与发送线圈200a感应耦合的接收线圈140a，或者发送线圈200a的电力可以通过频率谐振方法被传送至具有与无线电力发送单元200的谐振频率相同的谐振频率的无线充电单元140。
使用电磁感应方法或谐振方法传送至接收线圈140a的电力可以通过整流单元140b被整流并传送至负载端140c。在这种情况下，负载端140c可以是电池或嵌入有电池的装置，但是本发明不限于此。
也就是说，在上述根据本发明的实施方式的压力感测椅中，能够检测压力的传感器单元110可以被设置在座部和靠背中的至少一个中，以检测根据人的施坐的压力分布和姿势信息，并且传感器单元110可以以垫的形式形成以感测成面的区域中的身体压力。此外，传感器单元110的第一电极层10和第二电极层30可以由具有导电性的纤维形成，或者可以通过在介电层20的表面上印刷导电墨来形成，因而传感器单元110的柔性和弹性可以得到改进。
另外，由于压力感测椅包括无线充电单元140，所以压力感测椅可以被无线地充电，并且可以根据传感器单元110是否感测到压力来控制无线充电单元140的开/关操作。此外，由于压力感测椅包括通信单元130，所以传感器单元110所感测到的压力分布和姿势信息可以被传送至外部装置。
虽然以上已经详细描述了本发明的示例实施方式及其优点，但应当理解的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以在本文中作出各种改变、替换和更改。

Claims (11)

1.一种身体压力感测椅，包括：
传感器单元；以及
模块单元，所述模块单元电连接至所述传感器单元并且包括通信单元和无线充电单元，
其中，所述传感器单元包括：
第一电极层，包括沿第一方向布置的多个第一电极图案；
第二电极层，包括沿与所述第一方向交叉的第二方向布置的多个第二电极图案；以及
介电层，布置在所述第一电极层与所述第二电极层之间。
2.根据权利要求1所述的身体压力感测椅，其中，所述传感器单元感测由于外部压力引起的在与所述第一电极图案和所述第二电极图案交叠的区域中的所述介电层的厚度变化。
3.根据权利要求1所述的身体压力感测椅，其中，所述通信单元包括诸如蓝牙模块、Z-Wave模块等的通信模块，并且所述通信单元将所述传感器单元所感测到的压力信息传送至接收器。
4.根据权利要求1所述的身体压力感测椅，其中，所述无线充电单元使用电磁感应方法或谐振方法来无线地接收电力。
5.根据权利要求1所述的身体压力感测椅，其中，所述第一电极层和所述第二电极层包括具有导电性的纤维或者通过在所述介电层上印刷导电墨来形成。
6.根据权利要求1所述的身体压力感测椅，其中，所述传感器单元设置在座部和靠背中的至少一者中。
7.根据权利要求1所述的身体压力感测椅，其中，所述模块单元设置在扶手中。
8.根据权利要求1所述的身体压力感测椅，其中，所述第一电极图案和所述第二电极图案具有从条形、锯齿形和波浪形中选择的形状。
9.根据权利要求1所述的身体压力感测椅，其中，所述多个第一电极图案的宽度与所述多个第二电极图案的宽度相同。
10.根据权利要求1所述的身体压力感测椅，其中，所述多个第一电极图案和所述多个第二电极图案中的至少一些具有不同的宽度。
11.根据权利要求1所述的身体压力感测椅，其中，所述模块单元还包括被配置成输出姿势纠正的信号的警报单元。
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