CN110494109B - 用于尿布的液体传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于尿布的液体传感器及其制造方法。提供了一种用于尿布的液体传感器及其制造方法。液体传感器包括多个串联的电化学电池。多个电化学电池中的每一个包括阳极、阴极和包括电解质溶液的液体多孔层。液体多孔层将阳极与阴极电连接，使得每个电池在电池两端具有各自预定的电位差。多个电化学电池中的两个或更多个可操作地通过液体电连接以形成单个电化学电池，该单个电化学电池具有小于两个或更多个电化学电池的预定电位差之和的电位差。

Description

用于尿布的液体传感器及其制造方法

技术领域

本发明大体上涉及一种用于尿布的液体传感器及其制造方法。

背景技术

对于幼儿和成人患者来说，知道何时更换脏尿布是一个挑战，因为他们可能无法有效地沟通更换的需要。由于超过三分之一的60岁以上的人口预计会出现自制障碍，因此人口老龄化加剧了成人患者的护理者面临的挑战。事实上，对于失语症患者的护理者来说，及时更换脏尿布可能特别困难，失语症通常是由痴呆、中风或其他高级神经退行性疾病引起的。因此，患者可能长时间躺在脏尿布中，增加患尿布皮炎、皮肤溃疡和感染的风险。此外，长时间躺在脏尿布中可能与提高患者尊严和尊重的护理不相符。

尿布湿度通常通过常规手动检查进行监测，例如每4到6小时进行一次，护理人员手动检查每个患者的尿布，以查看是否被弄脏。不幸的是，如果患者在检查后不久排尿/排便，则患者必须躺在脏尿布中直到下一次定期检查。另一方面，如果尿布是干的，则不会更换尿布，并且打开和检查未脏的尿布会浪费时间。因此，依靠常规的手工检查并不是检查和更换脏尿布的最有效方法。尽管增加尿布检查和更换的频率可能会减少患者花在脏尿布上的时间，但较高的频率会增加人力有限的医疗机构的工作量。显然需要其他解决方案。

通常使用基于色度的尿布湿度指示器来确定尿布的湿度。典型的湿度指示器位于尿布外部，并且当尿布内部变湿时会褪色并变亮。然而，虽然基于色度的尿布湿度指示器可以在不打开尿布的情况下判断尿布的湿度，但护理者仍然需要经常和手动检查颜色变化。因此，基于色度的尿布湿度指示器不能显著降低劳动时间和成本，尤其是在有许多患者的机构中。

电子湿度传感是另一种通常用于监测尿布湿度的方法。这种尿布湿度传感器是基于使用一对导电电极测量导电率的变化。电极的形状是电线、或者是垫片，并且传感器是内置的或者附在尿布上。当尿布弄湿时，电极的导电性(或电阻)会发生变化。然而，这种传感器通常是昂贵的，难以制造并且具有低信噪比。

最近，公开了一种采用不同机理检测湿度的电化学传感器。该传感器包括由两种不同材料制成的电极，当电极由待监测的水溶液桥接时，该传感器可以建立电位差。换句话说，在没有溶液的情况下，没有电位差或输出电压。然而，所公开的电化学传感器仍然有一些缺点。例如，当尿布干燥时，传感器的输出电压为零。如果出于某种原因(例如，传感器条损坏)，电路意外断开，则输出也将为零。无法区分这两种状态会导致监测系统错误地指示尿布是干的，即使可能不是这样。

因此，存在提供用于尿布的液体传感器的需要，该液体传感器致力于解决上述一些问题。进一步，从随后的详细说明和随附的权利要求中，结合附图和本发明的该背景，可以明显地看到其他期望的特点和特征。

发明内容

本发明的第一个方面提供了一种用于尿布的液体传感器。液体传感器包括多个串联的电化学电池。多个电化学电池中的每一个包括阳极、阴极和包括电解质溶液的液体多孔层。液体多孔层将阳极电连接到阴极，使得每个电池在电池两端具有各自预定的电位差。多个电化学电池中的两个或更多个可操作地通过液体电连接以形成单个电化学电池，其电位差小于两个或更多个电化学电池的预定的电位差之和。

液体传感器可以进一步包括封装多个电化学电池中的每一个的可拆卸密封件。所述密封件可以是不透气的。

每个电池的阳极可以包括第一端部和与第一端部相对的第二端部，所述电池的液体多孔层可以配置为包围第一端部，并且所述电池的阴极可以包括中空圆筒，其配置为至少部分地围绕液体多孔层。中空圆筒可以包括在其上形成的多个孔，并且电池的阳极的第二端部可以配置为由相邻电化学电池的阴极包围。

多个电化学电池可以彼此相邻布置以形成膜，并且膜可以布置在绝缘基板上。

液体传感器可以进一步包括电连接到多个电化学电池的一个端部的第一导体和电连接到多个电化学电池的另一端部的第二导体。

液体传感器可以进一步包括连接到第一和第二导体的电压传感器，所述电压传感器配置为测量多个电化学电池的电位差。

阳极可以包括铝或锌，阴极可以包括铜或石墨。

液体多孔材料可以包括由纸、布、聚合物吸收剂和硅胶组成的组中的一个或多个。

多个电化学电池可以空间分布在尿布的尿液收集区域上方。

本发明的第二方面提供了一种制造液体传感器的方法。该方法包括提供多个电化学电池，并将多个电化学电池串联连接。多个电化学电池中的每一个包括阳极、阴极和液体多孔层，该液体多孔层包括电解质溶液，该液体多孔层电连接阳极和阴极，以便每个电池在电池两端具有各自预定的电位差。多个电化学电池中的两个或更多个可以通过液体电连接以形成单个电化学电池，其电位差小于两个或更多个电化学电池的预定的电位差之和。

制造液体传感器的方法可以进一步包括用可拆卸密封件封装多个电化学电池中的每一个。密封件可以是不透气的。

提供多个电化学电池的步骤可以包括提供每个电池的阳极，该阳极具有第一端部和与第一端部相对的第二端部，液体多孔层将所述电池的第一端部包围，并且所述电池的阴极至少部分围绕液体多孔层，阴极包括其上形成有多个孔的中空圆筒。

连接多个电化学电池的步骤可以包括用相邻电化学电池的阴极包围电池的阳极的第二端部。

提供多个电化学电池的步骤可以包括提供绝缘基板和将多个电化学电池设置在绝缘基板上，从而使多个电化学电池彼此相邻布置以形成膜。

制造液体传感器的方法可以进一步包括将第一导体电连接到多个电化学电池的一个端部，并且将第二导体电连接到多个电化学电池的另一端部。

阳极可以包括铝或锌，阴极可以包括铜或石墨。

液体多孔材料可以包括由纸、布、聚合物吸收剂和硅胶组成的组中的一个或多个。

本发明的第三方面提供了一种检测尿布湿度的方法。该方法包括根据本发明的第一方面设置液体传感器，使得多个电化学电池空间分布在尿布的尿液收集区域上方，并且检测电化学电池的输出电压的降低。

附图说明

本发明的实施例将从以下书面描述中更好地理解并容易地被本领域普通技术人员所理解，仅通过示例并结合附图，其中：

图1

图1显示了根据本发明实施例的用于在各种操作状态下的尿布的液体传感器的示意图。

图2

图2显示了说明根据本发明实施例的制造用于尿布的液体传感器的方法的流程图。

图3

图3显示了根据本发明实施例的用在液体传感器中的电化学电池的侧截面图。

图4

图4显示了使用如图3所示的多个电池的液体传感器在组装的各个阶段的侧视图。

图5

图5显示了根据本发明的另一实施例的用在液体传感器中的电化学电池的侧截面图。

图6

图6显示了使用如图5所示的多个电池的液体传感器在制造的各个阶段的平面图。

图7

图7显示了根据本发明实施例的液体传感器的侧截面图。

图8

图8A 、8B 和8C 显示了根据本发明实施例的4电化学电池液体传感器在各种操作状态下的形态和电压读数。

图9

图9显示了根据本发明实施例的添加的盐溶液体积与输出电压(例如盐浓度水平)之间的关系的图形表示。

图10

图10显示了根据本发明实施例的添加的盐溶液体积与输出电压(例如电化学电池数量)之间的关系的图形表示。

图11

图11显示了根据本发明实施例的添加的尿液体积与输出电压(例如尿液样品)之间的关系的图形表示。

本领域技术人员会理解，为了简单和清晰在图中说明元件，并且元件不必按比例描绘。例如，图示、方框图或流程图中的某些元件的尺寸可能相对于其他元件进行放大，以帮助提高对本实施例的理解。

具体实施方式

概述

本发明实施例寻求提供一种能够检测尿布中液体的存在的液体传感器。根据各种实施例的液体传感器包括串联的多个电化学电池。多个电化学电池中的每一个包括阳极、阴极和包含电解质溶液的液体多孔层。换句话说，电化学电池被湿润到预设水平。液体多孔层电连接阳极和阴极，使得每个电池在电池两端具有各自预定的电位差。多个电化学电池中的两个或多个可操作地通过液体(例如，尿布佩戴者的尿液溶液)电连接，以形成单个电化学电池，该单个电化学电池具有的电位差小于两个或多个电化学电池的预定电位差之和。

换句话说，当多个电化学电池中的两个或多个通过液体电连接时，液体传感器的输出电压可能会显著降低。因此，液体传感器可以提供高信噪比的直接输出电压。如下文将详细说明的，液体传感器可以具有简单的结构，并且可以使用用廉价的材料制造的成本效益高的制造方法。在各种实施例中，液体传感器可以嵌在尿布的附近或液体吸收层内，并且可以在使用后丢弃。优选地，液体传感器的多个电化学电池空间分布在尿布的尿液收集区域上。尿布的尿液收集区域可以是尿布上使用者的尿液会积聚的区域。

有利的是，当尿布干燥时，液体传感器可以提供预定的输出电压，并且当液体传感器与液体(例如体液，例如尿液)接触时，可以提供小于预定输出电压的输出电压，由于液体电连接传感器内的两个或多个电化学电池，从而使两个或多个电化学电池形成具有减小的电位差的单个电池。特别地，当液体传感器的更多电化学电池与液体接触时，多个电池之间的电位差可以进一步减小。因此，液体传感器可以用于定性监测尿量传递给尿布的尿液的量。例如，当液体传感器空间分布在尿布的尿液收集区域上时，传感器的输出电压会随着传感器上潮湿区域的增加而降低(当更多的电化学电池电连接在一起形成单个电化学电池)。进一步，液体传感器可以作为套件提供，并且在需要时连接到尿布的内表面。因此，液体传感器可以与不同品牌和类型的尿布兼容。在替代实施例中，液体传感器还可以集成到尿布的制造过程中，以提高成本效益和易用性。

液体传感器的工作原理

以下详细说明实际上仅是示例，并且不旨在限制本发明或本发明的应用和用途。进一步，不旨在受本发明先前的背景或以下详细描述中提出的任何理论的约束。在此，根据本实施例，提供一种用于尿布的液体传感器及其实际上仅是示例的制造方法，其具有易于生产、成本低、信噪比高和紧凑性的优点。

图1显示了根据本发明实施例的用于尿布的液体传感器100在各种操作状态下的示意图。液体传感器100的工作原理和液体传感器100的示意图设计使用图1作为示例性实施例来描述。在图1中，显示了四个电化学电池102a、102b、102c、102d。然而，本领域技术人员可以理解，电化学电池的数量可以改变，并且图1中所示的配置是示例之一。特别地，液体传感器可以包括两个或多个(n≥2)串联连接的电化学电池(102a、102b、 102c、102d…102n)以形成液体传感器。例如，液体传感器中的电化学电池数量可以是三个、五个或更多。

示例性电化学电池102如图1所示。电化学电池102包括阳极104，阴极106和设置在阳极104、阴极106之间的液体多孔层108。液体多孔层108浸有电解质溶液，并且将阳极104电连接到阴极106。例如，用盐溶液(电解质溶液)预先湿润液体多孔层108。液体多孔层108不受任何防水层的限制。因此，当水溶液(例如尿液)润湿两个或多个电化学电池 102时，两个或多个电化学电池102内的电解质溶液可以电连接在一起以形成连续体。因此，两个或多个电化学电池102可以形成单个电池。形成的单个电池的电位差小于电化学电池102的电位差之和。

参照图1，液体传感器中的多个电化学电池102a、102b、102c、102d 中的每一个配置为在电池两端产生预定的电位差。由于多个电化学电池 102a、102b、102c、102d串联连接，当液体传感器100处于干燥状态时，液体传感器可以提供V₀的输出电压，并且输出电压V₀等于电化学电池 102a、102b、102c、102d的所有预定电位差之和。

图1显示了处于部分湿润状态的液体传感器100，其中两个电化学电池102a、102b由液体110连接。例如，液体可以是尿液。液体110电连接两个电化学电池102a、102b，以形成电位差小于两个电化学电池102a、102b 预定电位差之和的单个电化学电池112。因此，液体传感器100的输出电压减少到V₁，其中V₁<V₀。电压V₁是单个电化学电池112和电化学电池102c、102d的电压之和。

液体传感器100可能发生进一步变湿。图1显示了处于进一步湿润状态的液体传感器100，其中三个电化学电池102a、102b、102c由液体110 连接以形成电化学电池114。液体传感器100的输出电压进一步降低到V₂，其中V₂<V₁<V₀。电压V₂是单个电化学电池114和剩余电化学电池102d 的电压之和。

图1显示了处于完全湿润阶段的液体传感器100，其中多个电化学电池102a、102b、102c、102d通过液体110连接以形成电化学电池116。液体传感器100的输出电压降低到最低电压V₃，其中V₃<V₂<V₁<V₀。在本发明实施例中，电压V₃的大小可以类似于或者等于利用电化学电池102a的阳极和电化学电池102d的阴极形成的单个电化学电池两端的电位差。

如上所述，由于液体传感器100的输出电压随液体传感器100上湿润的电化学电池数量的增加而降低(当液体传感器空间分布在尿布的尿液收集区域上时，这可能对应于尿布上较大的湿润区域)，液体传感器100输出电压的变化可以用来指示尿布的弄湿和湿润程度。

现在描述在电化学电池102两端建立预定电位差的原理。如前所述，电化学电池102包括阳极104、阴极106和设置在他们之间的液体多孔层 108。在本发明的各种实施例中，阳极104可以包括但不限于铝或锌，而阴极106可以包括但不限于铜或石墨。换句话说，适于制备电化学电池102 的阳极104和阴极106的材料可以包括但不限于由锌和铜、铝和铜、锌和石墨、铝和石墨或本领域已知的可以在电化学电池102中产生可测量的电位差的任何其他组合组成的组。进一步，液体多孔层108内的电解质溶液可以从氯化钠溶液、氯化钾溶液或含有本领域已知电解质的其他溶液组成的组中选择。

在电化学电池102中使用铜/锌电极的实施例中，形成锌空气电池。电化学电池内的化学反应为：

锌电极(阳极)：

液体中：

铜电极(阴极)：

总反应：

在电化学电池102中使用铜/铝电极的实施例中，形成铝空气电池。电化学电池内的化学反应为：

铝电极(阳极)：

铜电极(阴极)：

总反应：4Al+3O₂+6H₂O→4Al(OH)₃

从上述反应中可以看出，电化学电池102中的氧气耗尽。氧气主要存在于电解质溶液中，并且可以很快耗尽。因此，氧气成为总反应的限制因素，并且一旦由于缺乏氧气而使总反应速率降低，则可能导致通过电化学电池102的电流显著下降。进一步，由于水中氧气的溶解速率较低，通过电化学电池102的电流将保持较低。因此，阳极104(例如锌或铝电极)不会被迅速消耗，并且电极电池102可以维持相对较长的时间。为了进一步延长电化学电池102的保质期，可以使用可拆卸密封件密封整个液体传感器100，以进一步限制连续的氧气扩散到电化学电池102的液体多孔层 108中。换句话说，多个电化学电池102中的每一个都用可拆卸密封件封装，并且密封件不透气。使用前，可以移除或破坏不透气密封件，以促进氧气扩散。可以理解的是，整个液体传感器100可以用不透气密封件封装，或者每个电化学电池102可以单独密封。将液体传感器100保存在不透气密封件中，除了限制空气中的氧气与阳极的反应外，还可以有利地防止液体多孔层108中电解质溶液的蒸发。

如本领域技术人员所了解，电解质溶液中的离子(例如钠离子和氯离子)通过电极间电荷的移动促进电化学电池102中发生的反应。在本发明的实施例中，可以使用0.05-3wt％的电解质浓度来维持液体传感器100的功能。如果盐浓度太低(例如在去离子水中)，可能没有足够的离子进行电荷转移，并且电化学电池102可能无法充分发挥作用，导致无法测量的电位差。另一方面，由于过量的盐可能从溶液中结晶并干扰液体传感器100 的功能(例如，盐晶体可能在液体多孔层108的表面形成并干扰尿布上的液体传感器100的保存和/或应用)，因此不需要高盐浓度。

设置在阳极104和阴极106之间的液体多孔层108可以保留电解质溶液。液体多孔层108可以是液体吸收材料，并且可以包括但不限于纸、布、聚合物吸收剂和/或硅胶。

图2显示了根据本发明实施例的制造液体传感器的方法200的流程图。方法200包括，在步骤202提供多个电化学电池。多个电化学电池中的每一个包括阳极、阴极和包括电解质溶液的液体多孔层。液体多孔层电连接阳极和阴极，使得每个电池在电池两端具有各自预定的电位差。在步骤204 中，方法200包括串联连接多个电化学电池。多个电化学电池中的两个或多个可以通过液体电连接以形成单个电化学电池，其电位差小于两个或多个电化学电池的预定电位差之和。方法200和液体传感器的示例性实施例参考图3-7在下面进行描述。

图3显示了电化学电池302的侧截面图，其可以用于液体传感器300 (如图4所示)。图4显示了使用如图3所示的多个电池302的液体传感器300在组装的各个阶段的侧视图。图3显示了电化学电池302。电化学电池302包括阳极304、阴极306和液体多孔层308。电化学电池302包括圆柱形结构。然而，可以理解的是，电化学电池302也可以具有不同的横截面轮廓(例如多边形)。如图2所示，电化学电池302的阳极304包括第一端部301a和与第一端部301a相对的第二端部301b。电池302的液体多孔层308配置为包围第一端部301a，并且阴极306包括配置为至少部分围绕液体多孔层308的中空圆筒。该中空圆筒包括在其上形成的多个孔310。

简要描述了根据本发明实施例的组装电化学电池302的方法。该方法包括提供阳极304，该阳极具有第一端部301a和与第一端部301a相对的第二端部301b。该方法还包括用液体多孔层308包围第一端部301a。在一些实施例中，包围第一端部301a的步骤可以包括将阳极304的第一端部 301a插入液体多孔层308的内腔中。该方法进一步包括将液体多孔层308 与阴极306连接，使得阴极306至少部分地围绕液体多孔层308。将液体多孔层308与阴极306连接的步骤可以包括将阳极304和液体多孔层308 推入阴极308。进一步，可以串联组装多个电化学电池302以形成如图4 所示的液体传感器300。组装多个电化学电池302以形成液体传感器300 可以包括将相邻电化学电池(未标记)的阳极与阴极306的端部连接。例如，电池阳极的第二端部可以被相邻电池的阴极包围。

图4显示了液体传感器300可以通过串联连接三个电化学电池302a、 302b、302c中的每一个来组装。组装液体传感器300的次序400可以包括提供第一电化学电池302a，并且将第二电化学电池302b连接到第一电化学电池302b。连接第二电化学电池302b的步骤可以包括如图4所示地将第二化学电池302b的阳极的端部插入第一电化学电池302a的阴极中，使得第一电化学电池302b的阴极包围第一电化学电池302a的阳极。重复上述步骤以将第三电化学电池302c与第二电化学电池302b串联连接。液体传感器300的组装还可以包括将第一导体312a连接到多个电化学电池的一端，并且将第二导体312b连接到多个电化学电池的另一端。第一导体312a 和第二导体312b可以是绝缘线，并且可以将多个电化学电池302a、302b、 302c连接到连接器314，以形成组装的液体传感器300。然后，可以将组装的液体传感器300放置在尿布上。当穿戴尿布在液体传感器300上排尿时，尿液可以通过电化学电池302a、302b、302c阴极上存在的多个孔，并且桥接电化学电池302a、302b、302c上存在的电解质溶液。由液体连接的电化学电池302a、302b、302c将形成单个电化学电池，其电位差小于连接的电化学电池302a、302b、302c的电位差之和。液体传感器300的输出电压(即电位差)的变化可以指示尿布湿润，并且信号可以通过连接器315 传输到发送器或显示单元。

图5显示了根据本发明实施例的用于液体传感器700(如图7所示) 的电化学电池500的侧截面图。在液体传感器700中，多个电化学电池500 彼此相邻设置以形成膜502，并且膜502设置在绝缘基板510上。多个电化学电池500中的每一个包括阳极504、阴极506和布置在基板510上的液体多孔层膜508。多个电化学电池500的布置确保每个电化学电池500彼此紧密连接，并且单个电化学电池500可以串联在一起，以传感器条带的形式构造液体传感器700。各种实施例中的绝缘基板510包括电绝缘材料薄片。绝缘材料可以包括但不限于具有防水涂层的软聚合物膜或纸。

图6显示了使用如图5所示的多个电池的液体传感器在不同的制造阶段的平面图。在本发明实施例中，液体传感器700的制造可以包括将阳极 504、阴极506和液体多孔层膜508的长膜条层压到基板510上，并将层压板切割成条602。将阳极504、阴极506和液体多孔层膜508的膜条层压到基板510上可以首先包括将膜条504、506、508对准放置在基板510上，将膜条504、506、508与原来就在膜条上的粘合剂(例如单面胶带) 或新贴在基板510上的粘合剂粘合在一起。层压的步骤可以进一步包括将第一导体(导电带512a)电连接到多个电化学电池的一端，并且将第二导体(导电带512b)电连接到多个电化学电池的另一端。导电带512a、512b 可以连接到电压传感器上，并且可以方便地测量多个电化学电池502的电位差。为了防止与液体(例如尿液)不必要的接触，可以将绝缘带514a、 514b布置在导电带512a、512b上，并且可以将绝缘带514a、514b配置为仅使导电带512a、512b的一端暴露，以便进一步连接到电压传感器。沿着横截面方向切割所得到的层压板以形成窄条602。图7显示了成品的侧横截面图，即，液体传感器700。液体传感器700可以进一步包括设置在其上的可拆卸密封件(未示出)。可拆卸密封件是不透气的，并且封装多个电池中的每一个，从而限制阳极和氧气之间的反应。在本发明的实施例中，液体传感器700可以连接到尿布上，并且在使用前移除或破坏密封件。当尿液润湿液体传感器700并将预润湿的多孔层508连接在一起时，来自传感器700的输出电压将根据尿布的湿度水平而降低。

性能表征

为了表征液体传感器在湿度检测中的性能，使用了原型液体传感器。原型液体传感器802的示例如图8所示。所制造的原型液体传感器802具有类似于图4所示液体传感器300的圆柱形结构，并且包含4个电化学电池。液体传感器802使用纸基胶带连接到尿布的内侧。为了表征液体传感器802在湿度检测中的性能，以25mL或50mL等分试样以5min的时间间隔引入样品0.5-3wt％氯化钠溶液(电解质溶液)。使用万用表连续监测传感器的输出电压。

图8A 、8B 和8C 显示了根据本发明实施例在各种操作状态下布置在尿布804上的4电化学电池液体传感器802的形态和电压读数。在将电解质溶液加入尿布804之前，传感器条是干燥的，并且万用表806上的电压读数约为2.16V。随着电解质溶液引入尿布804上，传感器802逐渐变湿，并且其输出电压降低。例如，当尿布802如图8b所示部分湿润时，连接到液体传感器802两端的万用表806显示的读数约为1.69V。随着添加更多溶液，尿布804变得更湿，如尿布804上的阴影所示。传感器802对电解质液体的吸收也很显著，如传感器802边缘的潮湿所示。传感器输出电压降至～0.7V。当注入额外的液体时，使整个传感器802浸入液体中，传感器输出的最终电压将为～0.5V(未示出)。

4电化学电池传感器条802的其他定量结果如图9所示。图9显示了根据本发明实施例的添加的盐溶液体积与输出电压(例如盐浓度水平)之间关系的图形表示。所用盐浓度为1％、2％和3％，分别由曲线902、904、 906表示。4电化学电池传感器条802的输出电压对于所有4个电池都从～2V开始。随着盐溶液添加到尿布中，输出电压逐渐降低，直到总共引入150-200mL盐溶液时达到～0.5V的稳定值(所有电化学4个电池浸入溶液成为1个电池)。如图9所示，电压体积变化并没有精确地遵循线性关系，但可以提供添加的盐溶液的量的定性指示。另一方面，盐溶液的浓度对输出电压没有显示出明显的影响。这对于液体传感器在尿布中的应用是可取的，因为人体尿液浓度可能会因个体的水化水平而发生很大的改变。

图10显示了根据本发明实施例的添加的盐溶液体积与输出电压(例如电化学电池数量)之间的关系的图形表示。用于液体传感器的电化学电池(段)的数量为5、4和3，分别用1002、1004和1006表示。传感器条的总长度保持一致，以确保传感器条足够长，足以覆盖尿布的尿液收集区域的相同空间分布，从而尿液可以通过或积聚。对于5段、4段和3段传感器，初始输出电压分别为～2.5V、2.0V和1.5V。值得注意的是，由于液体传感器的长度相同，因此需要几乎相同量的盐溶液(～150mL)才能达到“完全湿润”状态，如虚线圈1008所示。当传感器完全湿润(即单个电化学电池通过液体连接形成单个电池)时，液体传感器具有近似相似的输出电压。如图10所示，对于具有更多段(即电化学电池)的液体传感器，干燥状态和完全湿润状态之间的输出电压变化更为显著。换句话说，具有更多电化学电池的液体传感器具有更高的信噪比。

原型传感器条用人体尿液样本进一步表征(见图11)。图11显示了根据本发明实施例添加的尿液体积与输出电压(例如尿液样品)之间的关系的图形表示。使用两个男性尿液样本(用1102、1104表示)和三个女性尿液样本(用1106、1108、1110表示)。尽管不同样本的输出电压读数有所不同，但输出电压被认为明显足以对尿液量进行定性评估。例如，对于干尿布，输出电压在2.1V到2.3V的范围之间(如虚线圈1112所示)，对于完全湿润的尿布，输出电压在0.6V到0.8V的范围之间(如虚线1114所示)。 1.5V的读数与传递给尿布的大约70-160mL尿液有关(如点划线圈1116 所示)。

因此，由此可见，根据本实施例的液体传感器具有体积小、易于生产、成本低、信噪比高的优点。虽然在本发明的上述详细描述中已经介绍了示例性实施例，但应理解存在大量的变化。

应进一步理解，示例性实施例只是示例，并不打算以任何方式限制本发明的范围、适用性、操作或配置。相反，上述详细描述将为本领域技术人员提供实施本发明示例性实施例的方便的指南，应理解，在不脱离所附权利要求中所述的本发明范围的情况下，可以对示例性实施例中描述的元件的功能和布置以及操作方法进行各种变化。

Claims (13)

1.一种用于尿布的液体传感器，所述液体传感器包括：

串联的多个电化学电池，所述多个电化学电池的每一个包括：

阳极；

阴极；以及

液体多孔层，所述液体多孔层包括电解质溶液，所述液体多孔层将所述阳极电连接到所述阴极，使得每个电池在所述电池两端具有各自预定的电位差；

其中，所述多个电化学电池中的两个或更多个电化学电池可操作地由液体进行电连接以形成单个电化学电池，所述单个电化学电池具有小于所述两个或更多个电化学电池的所述预定的电位差之和的电位差；

其中，所述多个电化学电池的总输出电压的降低的大小对应于分配到所述尿布上的液体的体积，使得所述总输出电压随着所述液体的体积的增加而降低；并且

其中，所述多个电化学电池彼此横向相邻布置以形成单层膜，并且其中，所述膜布置在绝缘基板上。

2.根据权利要求1所述的液体传感器，进一步包括可拆卸密封件，所述密封件封装所述多个电化学电池中的每一个，其中，所述密封件是不透气的。

3.根据权利要求1所述的液体传感器，进一步包括电连接到所述多个电化学电池的一个端部的第一导体和电连接到所述多个电化学电池的另一端部的第二导体。

4.根据权利要求3所述的液体传感器，进一步包括连接到所述第一导体和所述第二导体的电压传感器，所述电压传感器配置为测量所述多个电化学电池的电位差。

5.根据权利要求1所述的液体传感器，其中，所述阳极包含铝或锌，并且其中，所述阴极包含铜或石墨。

6.根据权利要求1所述的液体传感器，其中，所述液体多孔层包括由纸、布、聚合物吸收剂和硅胶组成的组中的一个或多个。

7.根据权利要求1所述的液体传感器，其中，所述液体传感器被配置为连接到尿布，并且其中，所述多个电化学电池在所述尿布的尿液收集区域上方空间分布。

8.一种制造液体传感器的方法，所述方法包括：

提供多个电化学电池，所述多个电化学电池中的每一个包括：

阳极；

阴极；以及

液体多孔层，所述液体多孔层包括电解质溶液，所述液体多孔层电连接所述阳极和所述阴极，使得每个电池在所述电池两端具有各自预定的电位差；以及

将所述多个电化学电池串联连接；

其中，所述多个电化学电池中的两个或更多个电化学电池能通过液体电连接以形成单个电化学电池，所述单个电化学电池具有小于所述两个或更多个电化学电池的所述预定的电位差之和的电位差；

其中，所述多个电化学电池的总输出电压的降低的大小对应于所述液体的体积，使得所述总输出电压随着所述液体的体积的增加而降低；并且

其中，提供所述多个电化学电池包括：

提供绝缘基板；以及

将所述多个电化学电池布置在所述绝缘基板上，以使得所述多个电化学电池彼此横向相邻布置以形成单层膜。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括用可拆卸密封件将所述多个电化学电池中的每一个封装起来，其中，所述密封件是不透气的。

10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括将第一导体电连接到所述多个电化学电池的一个端部，并且将第二导体电连接到所述多个电化学电池的另一端部。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述阳极包括铝或锌，并且其中，所述阴极包括铜或石墨。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述液体多孔材料包括由纸、布、聚合物吸收剂和硅胶组成的组中的一个或多个。

13.一种检测尿布湿度的方法，所述方法包括：

设置根据权利要求1所述的液体传感器，使得所述多个电化学电池在空间上分布在所述尿布的尿液收集区域的上方；并且

使用电压传感器检测所述多个电化学电池的所述输出电压的降低，其中，所述降低的大小对应于分配到所述尿布上的液体的体积，使得所述总输出电压随着所述液体的体积的增加而降低。

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