CN108135362A - 压力感测椅 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个实施方式的压力感测椅包括：第一电极，其具有在第一方向上形成的第一导电区域；第二电极，其具有在第二方向上形成的第二导电区域；感测片，其包括布置在第一电极与第二电极之间的中间层；第一弹性体，其布置在感测片上并且具有第一弹性模量；以及多个第二弹性体，其布置在第一弹性体中并且具有大于第一弹性模量的第二弹性模量。

Description

压力感测椅

技术领域

本发明涉及压力感测椅，更具体地，涉及具有包括在压力感测椅的座位内的压力感测传感器的压力感测椅。

背景技术

近年来，随着电子技术以及信息和通信技术的快速发展，健康护理领域正在迅速发展。也就是说，需要能够使用生物计量数据来测量人的身体状况的健康管理系统，具体地，正在开发利用在日常生活中主要使用的椅子来获取生物计量数据的技术。

然而，用于获取生物计量数据的普通椅子需要多个独立传感器以对大面积进行测量，并且另外需要用于连接被配置成驱动多个独立传感器的模块的空间。此外，多个独立传感器不具有柔性和弹性，因此难以应用于具有多个弯曲表面的椅子。

发明内容

技术问题

本发明的目的是提供一种能够根据施加的重量来感测压力和位置的压力感测椅。

技术方案

根据本发明的一方面，提供了一种压力感测椅，该压力感测椅包括：感测片，其包括具有在第一方向上形成的第一导电区域的第一电极、具有在第二方向上形成的第二导电区域的第二电极、以及布置在第一电极与第二电极之间的中间层；第一弹性体，其布置在感测片上并且具有第一弹性模量；以及多个第二弹性体，其布置在第一弹性体中并且具有高于第一弹性模量的第二弹性模量。

多个第二弹性体可以在从第一弹性体的上部朝向感测片的方向上延伸。

多个第二弹性体中的每一个均可以包括第一头单元、第二头单元以及连接第一头单元和第二头单元的延伸单元。

第一头单元和第二头单元可以被布置成对应于第一导电区域和第二导电区域彼此相交的感测区域。

第一头单元和第二头单元中的每一个的宽度均可以大于延伸单元的宽度。

第一导电区域和第二导电区域中的每一个均可以包括导电纤维。

导电纤维可以包括金属线或表面涂覆有金属膜的纤维。

中间层可以包括纤维基材和分散在纤维基材内的导电复合材料。

压力感测椅还可以包括连接至感测片的控制器，该控制器被配置成根据第一电极与第二电极之间的压电电阻或电容来生成控制信号。

压力感测椅还可以包括被配置成传送由控制器生成的信号的通信部。

压力感测椅还可以包括布置在感测片下方并且被配置成支承感测片的支承板。

感测片还可以包括布置在第一电极与中间层之间的第一粘合层、以及布置在中间层与第二电极之间的第二粘合层。

中间层可以包括弹性体和分散在弹性体内的导电复合材料。

压力感测椅还可以包括被配置成传送从第一电极生成的电信号的第一连接器、以及被配置成传送从第二电极生成的电信号的第二连接器。

中间层可以包括从与第一片接触的区域到中间层的侧表面形成的第一孔和从与第二片接触的区域到中间层的侧表面形成的第二孔，第一连接器可以穿过第一孔，以及第二连接器可以穿过第二孔。

压力感测椅还可以包括：控制器，其连接至第一连接器和第二连接器，并且被配置成处理从第一片和第二片生成的电信号并根据处理结果生成控制信号；以及通信部，其被配置成传送该控制信号。

有益效果

根据依据本发明的实施方式的压力传感装置，可以根据施加的重量准确地感测压力，并且还可以准确地感测压力分布。此外，根据依据本发明的实施方式的压力传感装置，可以实现大的面积。此外，根据依据本发明的实施方式的压力感测装置，可以改善耐久性和感测性能。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的压力感测椅的侧视图。

图2是包括在根据本发明的一个实施方式的压力感测椅内的压力感测装置的框图。

图3是根据本发明的一个实施方式的其中包括传感器的座位的剖视图。

图4是根据本发明的实施方式的其中包括传感器的座位的分解图。

图5是根据本发明的一个实施方式的第一电极的放大图。

图6是根据本发明的一个实施方式的第二电极的放大图。

图7是根据本发明的一个实施方式的感测片和衬垫的剖视图。

图8是根据本发明的一个实施方式的感测片的剖视图。

图9是根据本发明的一个实施方式的感测片的分解图。

图10是根据本发明的另一实施方式的感测片的剖视图。

具体实施方式

本发明可以被修改为各种形式并且可以具有各种实施方式，因此，将在附图中示出并描述特定实施方式。然而，这些实施方式不应被理解为将本发明限制为该特定实施方式，而是应该被解释为包括落入本发明的精神和技术范围内的变型、等同方案或替代方案。

此外，可以使用本文中所使用的包括诸如第一、第二等序数的术语来描述各种部件，但是各种部件不受这些术语限制。仅仅是为了将一个部件与另一部件进行区分的目的而使用这些术语。例如，在不背离本发明的范围的情况下，第二部件可以被称为第一部件，类似地，第一部件也可以被称为第二部件。术语“和/或”包括所列的多个相关项的组合或者所列的多个相关项中的任一项。

当部件被称为“连接”或“耦接”至其他部件时，该部件可以直接连接或耦接至其他部件，但是应当理解的是，在该部件与其他部件之间可以存在另一部件。相反，当部件被称为“直接连接”或“直接耦接”至其他部件时，应当理解的是，在该部件与其他部件之间不存在另一部件。

本文中使用的术语仅用于描述特定实施方式，并不旨在限制本发明。除非上下文另外明确规定，否则单数形式包括复数形式。应当理解的是，术语“包含”、“包括”以及“具有”表示存在本文中所述的特征、数字、步骤、操作、部件、元件或其组合，但不排除存在一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、部件、元件或其组合、或者添加一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、部件、元件或其组合的可能性。

除非另外定义，否则本文中使用的包括技术术语或科学术语的所有术语具有与本发明所属的领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。在字典中定义的一般术语应被解释为具有与在相关领域的上下文中一致的含义，除非在本申请中明确定义，否则不应被解释为具有理想的或过度形式化的含义。

在下文中，将参照附图来详细描述本公开内容的实施方式，相同的附图标记被赋予相同的或相应的部件，并且将省略对其的重复描述。

图1是根据本发明的一个实施方式的压力感测椅的侧视图，以及图2是包括在根据本发明的一个实施方式的压力感测椅内的压力感测装置的框图。

参照图1和图2，压力感测椅100包括座位110、扶手120、靠背130以及椅腿140。当人坐在座位110上时，包括在压力感测椅100内的压力感测装置200可以感测人是否坐着并且测量由人坐着而引起的相对压力分布。压力感测装置200可以根据所测量的压力分布来检测重量、坐姿等。

压力感测装置200可以包括传感器210、控制器220以及通信部230。传感器210可以感测人是否坐在座位110上以及由于人坐着而引起的相对压力分布。传感器210可以被实现为包括在座位110内。控制器220连接至传感器210，并且处理传感器210感测到的信号。例如，控制器220可以使用由传感器210感测到的信号的处理结果来控制开启或关闭装置。替选地，控制器220可以使用对传感器210感测到的信号进行处理的结果来生成用于姿势校正的警报信号等。此外，通信部230将经控制器220处理的信号传送至外部装置。控制器220和通信部230可以包括在扶手120、靠背130以及椅腿140内。

图3是根据本发明的一个实施方式的其中包括传感器的座位的剖视图，以及图4是根据本发明的实施方式的其中包括传感器的座位的分解图。

参照图3至图4，座位110包括感测片300和布置在感测片300上的衬垫310。这里，感测片300可以对应于图2中的传感器210。

感测片300包括第一电极302、第二电极304以及布置在第一电极302与第二电极304之间的中间层306。虽然在附图中未示出，但是感测片300可以由盖(cover)包围。

此时，第一电极302和第二电极304中的每一个均可以由包含导电纤维的织物来形成。此外，第一电极302可以包括在第一方向上形成的第一导电区域302-1，并且第二电极304可以包括在与第一方向不同的第二方向上形成的第二导电区域304-1。

此外，中间层306可以具有弹性，并且中间层306的电阻可以高于第一电极302和第二电极304中的每一个的电阻。此时，中间层306还可以包括纤维基材。

因此，当第一电极302和第二电极304中的每一个均由织物制成、并且中间层306包括纤维基材时，感测片300会是足够柔软的以降低对其的损害风险，并且可以以多个弯曲表面的形式来实现而无需对弯曲半径进行限制。因此，它可以广泛应用于生活器具、可佩戴器具等。

此外，当第一电极302和第二电极304包括在不同方向上形成的导电区域时，可以识别关于第一导电区域302-1与第二导电区域304-1之间的相交位置的坐标，从而可以准确地感测受压位置。因此，多个传感器节点可以包括在单个感测片300内，并且可以对大面积进行扫描。

此外，当中间层306具有弹性时，中间层306的厚度在受压位置处减小。当中间层306的电阻高于第一电极302和第二电极304中的每一个的电阻(例如，中间层306的电阻比第一电极302和第二电极304中的每一个的电阻至少高10倍、优选地至少高100倍、以及更优选地至少高1000倍)时，中间层306用于在稳定状态下起到绝缘作用。然而，当在感测片300上施加压力时，中间层306的厚度减小，因此，电阻或介电常数发生变化，从而可以容易且可靠地感测压电电阻或电容。

更具体地，参照图5至图6，第一电极302的第一导电区域302和第二电极304的第二导电区域304-1可以均由导电纤维构成，并且第一电极302的第一非导电区域302-2和第二电极304的第二非导电区域304-2可以均由普通纤维构成。替选地，第一电极302的第一导电区域302-1和第二电极304的第二导电区域304-1可以均通过使普通纤维和导电纤维交替来形成。

这里，包含在第一导电区域302-1和第二导电区域304-1中的每一个中的导电纤维可以是金属线、表面涂覆有金属膜的普通纤维或者具有分散的金属颗粒的普通纤维。

此时，金属线可以由Cu、Ni或不锈钢合金来形成。例如，不锈钢合金可以由马氏体不锈钢合金、铁素体不锈钢合金、奥氏体不锈钢合金、双相不锈钢合金、沉淀硬化不锈钢合金等来形成。当金属线由不锈钢合金形成时，可以增强感测片300的耐腐蚀性。

当第一电极302和第二电极304中的每一个中包含的导电纤维是表面涂覆有金属膜的普通纤维时，金属膜可以通过如下方法来形式，在该方法中，通过电镀或气相沉积来将金属颗粒涂覆在普通纤维的表面上。此时，金属颗粒可以由Cu、Ni或不锈钢合金来形成，并且金属膜的厚度可以在1μm至50μm的范围内。当金属膜的厚度小于1μm时，导电率可能低，从而导致信号传输的损失，而当金属膜的厚度超过50μm时，金属膜可能很容易从纤维的表面剥离。

同时，中间层306包含纤维基材和导电复合材料。这里，纤维基材可以指的是诸如泡沫材料、无纺织物、纳米网等随机纤维排列以及由纤维制成的织物。此时，纤维基材中包含的纤维可以是天然纤维或者包括选自聚氨酯、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚酯之一的合成纤维，并且纤维基材的厚度可以是1mm或更多。因此，在具有弹性的中间层306中存在细孔。当纤维基材的厚度小于1mm时，可能难以在稳定状态下(例如，在未施加外力的状态下)保持绝缘作用，而当施加外力时，厚度的变化小，从而电阻或介电常数的变化会很小。因此，压力感测的效率可能降低。

同时，中间层306中包含的导电复合材料可以被涂覆在构成纤维基材的纤维的表面上或者分散在纤维基材内。

因此，中间层306的电阻在稳定状态下为1kΩ或更大，从而中间层306具有绝缘特性，二当在中间层306周围发生物理变化时，例如，当外力被施加到中间层306上时，中间层306的厚度减小了0.001至0.5倍，中间层306的电阻变化了100Ω或更多，或者电容变化了10pF或更多。如上所述，当向感测片300施加物理变化时，压电电阻或电容发生变化。

为此，导电复合材料可以包含导电聚合物和导电粉末。导电复合材料可以包含重量百分比为1％至10％的纤维基材。当导电复合材料包含重量百分比超过10％的纤维基材时，纤维的物理特性劣化，使得可能难以进行织物制造。此时，导电聚合物可以包含聚苯胺或聚吡咯。此外，导电粉末可以包含从Au、Ag、Cu、Ni、碳纳米管(CNT)、石墨烯以及陶瓷填料中选择的一个。这里，导电粉末可以包含重量百分比为0.1％至10％的导电复合材料。当导电粉末包含重量百分比小于0.1％的导电复合材料时，导电率低，从而难以实现性能，而当导电粉末包含重量百分比超过10％的导电复合材料时，纤维的例如拉伸强度等物理特性劣化，从而对织物的实现存在限制。当导电粉末包含陶瓷填料时，介电常数变高，从而可以容易地感测到电容变化。例如，陶瓷填料可以是直径为100μm或更小的微碳卷钛酸钡。

此时，导电粉末的直径可以在10nm至500μm的范围内，并且导电粉末可以具有球状、针状或板状。当导电粉末的直径小于10nm时，难以分散到导电聚合物中，并且颗粒间的界面电阻变得更高，从而纤维的整体电阻变得更低。此外，当导电粉末的直径超过500μm时，纤维的表面不平滑并且其摩擦力增大，从而在织物制造期间可能引起纤维损坏。

同时，根据本发明的实施方式，感测片300可以布置在衬垫310下方。因此，尽管用户反复坐下和站起，但是对感测片300的物理影响被最小化，从而降低了损坏感测片300的风险并且提高其耐久性。

然而，当感测片300布置在衬垫310下方时，感测片300的感测灵敏度可能降低。为了解决感测灵敏度的降低，根据本发明的实施方式，衬垫310可以包括具有第一弹性模量的第一弹性体312、以及布置在第一弹性体312中且具有高于第一弹性模量的第二弹性模量的多个第二弹性体314。此时，第一弹性体312和多个第二弹性体314可以各自包括氨基甲酸酯(urethane)、棉花、聚氨酯、泡沫材料、由橡胶制成的海绵等。多个第二弹性体314中的每一个的弹性模量可以是第一弹性体312的弹性模量的1.05倍至2倍。当用户坐在座位120上时，具有相对高的弹性模量的多个第二弹性体314中的每一个比具有低弹性模量的第一弹性体312变形小。因此，多个第二弹性体314中的每一个的重量转移性能优于第一弹性体312的重量转移性能。

具体地，参照图7，多个第二弹性体314中的每一个均延伸至座位120，即，在从第一弹性体312的上部朝向感测片300的方向上均延伸至座位120，并且当多个第二弹性体314被布置成对应于第一电极302的第一导电区域302-1和第二电极304的第二导电区域304-1彼此相交的感测区域时，施加至座位120的上部的重量被直接传递至感测片300的感测区域，从而可以增强感测性能。

同时，多个第二弹性体314中的每一个均包括第一头单元314-1、第二头单元314-2、以及连接第一头单元314-1与第二头单元314-2的延伸单元314-3。此时，第一头单元314-1可以邻近于座位120的上部，第二头单元314-2可以邻近于感测片300，并且第一头单元314-1和第二头单元314-2可以被布置成对应于第一导电区域302-1和第二导电区域304-1彼此相交的感测区域。此时，第一头单元314-1和第二头单元314-2中的每一个的宽度W1可以大于延伸单元314-3的宽度W2。因此，多个第二弹性体314可以稳定地与座位120的上部和感测片300的传感区域接触。

此外，第一头单元314-1和第二头单元314-2可以分别朝向衬垫310的上部和下部突出。例如，第一头单元314-1和第二头单元314-2的宽度可以在0.1mm至30cm或更小的范围内，并且突出高度可以在0.01mm至5cm或更小的范围内。如上所述，当第一头单元314-1和第二头单元314-2分别朝向衬垫310的上部和下部突出时，第一头单元314-1和第二头单元314-2与使衬垫310受压的部分(例如，用户的身体)和感测片300的感测区域更加紧密接触，从而可以进一步增强重量感测性能。

虽然附图中未示出，但是根据本发明的实施方式的压力感测椅100的座位110还可以包括压电元件。例如，当用户坐在座位110上、然后站起时，座位110缩回、然后恢复。当上述情况重复发生时，可以根据压力的变化产生电力。压电元件产生的电力可以应用于各种应用。

同时，根据本发明的实施方式，包括在感测片300中的第一电极302和第二电极304均可以通过粘合层接合至中间层306。

图8是根据本发明的一个实施方式的感测片的剖面图，以及图9是根据本发明的一个实施方式的感测片的分解图。

参照图8和图9，感测片300可以布置在被配置成支承感测片300的支承板400上，感测片300包括第一电极302、第二电极304和中间层306，并且还包括布置在第一电极302与中间层306之间的第一粘合层307和布置在第二电极304与中间层306之间的第二粘合层308。

第一电极302、第二电极304以及中间层306的描述与图3至图7中的第一电极302、第二电极304以及中间层306的描述重复，因此将省略重复的描述。

同时，根据本发明的实施方式，包括在感测片300中的第一电极302和第二电极304可以通过穿过中间层306而连接至控制器220。

图10是根据本发明的另一实施方式的感测片的剖视图。

参照图10，感测片300可以布置在被配置成支承感测片300的支承板400上，并且感测片300包括第一电极302、第二电极304以及中间层306。

此时，至少一个孔形成在中间层306中。例如，衬垫层306可以包括从与第一电极302接触的区域到中间层306的侧表面形成的第一孔H1、以及从与第二电极304接触的区域到中间层306的侧表面形成的第二孔H2。

此外，被配置成传送从第一电极302产生的电信号的第一连接器700穿过第一孔H1，以及被配置成传送从第二电极304产生的电信号的第二连接器710穿过第二孔H2。因此，第一连接器700和第二连接器710可以连接至控制器220，并且可以有效地传送从第一电极302和第二电极304产生的电信号。这里，可以在柔性印刷电路板(FPCB)上实现第一连接器700和第二连接器710。

如上所述，当第一连接器700和第二连接器710穿过中间层306并且连接至控制器220时，不用担心第一连接器700和第二连接器710脱离，从而即使在长时间使用压力感测椅的情况下，压力感测椅的耐久性也是很好的。

虽然已参照本发明的优选实施方式进行了描述，但是应当理解的是，在不背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，本发明所属的领域的技术人员可以设计出本发明的各种改变和修改。

[附图标记的说明]

300：感测片

302：第一电极

304：第二电极

306：中间层

310：衬垫

312：第一弹性体

314：第二弹性体

Claims (16)

1.一种压力感测椅，包括：

感测片，其包括具有在第一方向上形成的第一导电区域的第一电极、具有在第二方向上形成的第二导电区域的第二电极、以及布置在所述第一电极与所述第二电极之间的中间层；

第一弹性体，其布置在所述感测片上并且具有第一弹性模量；以及

多个第二弹性体，其布置在所述第一弹性体中并且具有高于所述第一弹性模量的第二弹性模量。

2.根据权利要求1所述的压力感侧椅，其中，所述多个第二弹性体在从所述第一弹性体的上部朝向所述感测片的方向上延伸。

3.根据权利要求2所述的压力感测椅，其中，所述多个第二弹性体中的每一个均包括第一头单元、第二头单元以及连接所述第一头单元和所述第二头单元的延伸单元。

4.根据权利要求3所述的压力感测椅，其中，所述第一头单元和所述第二头单元被布置成对应于所述第一导电区域和所述第二导电区域彼此相交的感测区域。

5.根据权利要求3所述的压力感测椅，其中，所述第一头单元和所述第二头单元中的每一个的宽度均大于所述延伸单元的宽度。

6.根据权利要求1所述的压力感测椅，其中，所述第一导电区域和所述第二导电区域中的每一个均包括导电纤维。

7.根据权利要求6所述的压力感测椅，其中，所述导电纤维包括金属线或表面涂覆有金属膜的纤维。

8.根据权利要求6所述的压力感测椅，其中，所述中间层包括纤维基材和分散在所述纤维基材内的导电复合材料。

9.根据权利要求1所述的压力感测椅，还包括连接至所述感测片的控制器，所述控制器被配置成根据所述第一电极与所述第二电极之间的压电电阻或电容生成控制信号。

10.根据权利要求9所述的压力感测椅，还包括被配置成传送由所述控制器生成的信号的通信部。

11.根据权利要求1所述的压力感测椅，还包括布置在所述感测片下方且被配置成支承所述感测片的支承板。

12.根据权利要求1所述的压力感测椅，其中，所述感测片还包括布置在所述第一电极与所述中间层之间的第一粘合层、以及布置在所述中间层与所述第二电极之间的第二粘合层。

13.根据权利要求1所述的压力感测椅，其中，所述中间层包括弹性体和分散在所述弹性体内的导电复合材料。

14.根据权利要求1所述的压力感测椅，还包括：

第一连接器，其被配置成传送从所述第一电极生成的电信号；以及

第二连接器，其被配置成传送从所述第二电极生成的电信号。

15.根据权利要求14所述的压力感测椅，其中：

所述中间层包括从与第一片接触的区域到所述中间层的侧表面形成的第一孔和从与第二片接触的区域到所述中间层的侧表面形成的第二孔；

所述第一连接器穿过所述第一孔；以及

所述第二连接器穿过所述第二孔。

16.根据权利要求15所述的压力感测椅，还包括：

控制器，其连接至所述第一连接器和所述第二连接器，并且被配置成处理从所述第一片和所述第二片生成的电信号并根据处理结果生成控制信号；以及

通信部，其被配置成传送所述控制信号。