CN110881807B - 一种具有基于isfet的化学传感器的床垫 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种床垫，该床垫包括分别位于四个虚拟象限(121)的第一传感器(22)和按照能够与所述待测目标直接接触的方式进行设置的多个第二传感器(23)，所述第一传感器和所述第二传感器均能够以非侵入式的检测方法对代表用户的行为和特征的检测数据进行检测。根据本发明的技术方案能够降低用户心理压力和检测过程中对用户睡眠造成的影响并能提升用户体验。本发明通过对第二传感器安装方式的改进，进一步提高了测量结果的准确性并能降低床垫上因安装第二传感器而对用户睡眠和健康造成的影响程度。

Description

一种具有基于ISFET的化学传感器的床垫
本发明是申请号为CN201710846217.8，发明名称为一种具有汗液传感器的智能床垫的分案申请。
技术领域
本发明涉及智能家居领域，尤其涉及一种床垫。
背景技术
WO2016/182858A1和CN106235764A分别公开了汗液传感器和压力传感器，用于测量与卧床用户相关的各类信息。然而它们在采取非侵入式的检测方法获取数据之后，并未将该数据用于分析用户的行为和特征，也没有揭示结合两者检测数据，以便利用预设控制方案来控制外部设备，用以改善用户睡眠质量。CN104101383A公开了一种基于光纤光栅传感器的智能床垫。
然而，以上三份对比文件本身均没有公开利用多个传感器非侵入地检测用户的行为和特征，以便利用预设控制方案来控制外部设备，用以改善用户睡眠质量。
因此，本发明通过设置基于ISFET的化学传感器来测量汗液离子浓度来进一步判断影响用户睡眠质量的真正原因。但是，由于基于ISFET的化学传感器需要通过分析用户汗液，也就需要和用户皮肤直接接触来完成测量，而现有的产品不能直接应用到床垫上，为了确保测量过程的安全性和提高测量的准确性，需要对基于ISFET的化学传感器的设置进行改进。
发明内容
针对现有技术之不足，本发明提供了一种具有汗液传感器的智能床垫。本发明提供的具有汗液传感器的智能床垫能够以非侵入式的方法对用户在具有汗液传感器的智能床垫上的行为和特征进行分析并基于分析的结果匹配相应的预设控制方案控制外部设备改善用户睡眠质量。其次，本发明配备的第一传感器和第二传感器能够以非侵入式的检测方法对代表用户的行为和特征的检测数据进行检测以降低用户心理压力和检测过程中对用户睡眠造成的影响并能提升用户体验。而且，本发明的第二传感器的设置方式有利于以较少的第二传感器更快地获取第二数据，能够降低成本、提高安全性并且提高检测效率。此外，本发明通过对第二传感器安装方式的改进，进一步提高了测量结果的准确性并能降低床垫上因安装第二传感器而对用户睡眠和健康造成的影响程度。
根据一个优选实施方式，一种具有汗液传感器的智能床垫，其包括床垫本体和智能系统，其特征在于，所述智能系统包括：智能单元、能够承托所述床垫本体且能获取代表相应承托点受力状况的第一数据的至少四个第一传感器和按照能够与所述待测目标直接接触的方式进行设置的多个第二传感器，其中，所述第二传感器是用于测量代表汗液离子浓度的第二数据的基于ISFET的化学传感器，其中，所述第二传感器在从所述床垫本体的第一侧到第二侧的长度方向上按照密度呈先减小后增大的趋势设置在所述床垫本体上，所述第一侧和所述第二侧之间的中部区域的第二传感器的密度最小且所述第一侧到所述中部区域的第二传感器的密度减小的第一程度大于所述第二侧到所述中部区域的第二传感器的密度减小的第二程度，其中，所述智能系统通过对第一数据和第二数据进行分析后获取相应的预设控制方案控制一个或多个外部设备。变化的第一数据表示待测目标在床垫本体上存在动作，但是产生动作的具体原因不够明确。单独来看，其能够反馈用户可能存在焦躁不安的情绪、用户觉得热在调整姿态降温或者仅是挪动一下身体并无其他原因，第一数据结合与用户身体接触而测得的代表汗液离子浓度的第二数据，能够更进一步分析用户产生相应动作的原因，从而通过控制相应类型的外部设备来改善用户睡眠质量。根据睡眠习惯情况进一步优化第二传感器的布局，使得第一程度大于第二程度，不仅可以降低成本，还能够进一步提高安全性。
根据一个优选实施方式，所述床垫本体至少包括可拆卸的面层、承托所述面层的中层和承托所述中层的底层，其中，壳体呈开口朝下的桶状结构的第二传感器通过弹性元件以可伸缩的方式设于贯通所述面层、所述中层和所述底层的安装通道中，其中，在相应的第二传感器不承压之时，其上边沿高于所述面层的上表面且其下边沿低于所述底层的上表面，其中，第二传感器与所述底层之间设有弹性元件，弹性元件一端插入所述第二传感器的圆柱形空腔内而另一端连接于所述底层。壳体呈开口朝下的桶状结构有助于将弹性元件安装到第二传感器的圆柱形空腔内且圆柱形的外壁也能提高第二传感器在圆柱形的安装通道内移动稳定性和流畅性。第二传感器通过弹性元件可伸缩的设于安装通道中有助于在用户的身体接触到相应的第二传感器时第二传感器能回缩到面层之下或者随面层移动以降低给用户造成的异物感，减少给用户睡眠造成的负面影响。
根据一个优选实施方式，第二传感器的测量表面设于朝中部凹陷的凹陷部的上表面，所述凹陷部的边缘设有凸出的上边沿并且所述凹陷部的中部设有上开口小而下开口大的漏孔，其中，第二传感器的侧壁上开设有至少一个连通竖向凹槽和圆柱形空腔的通气孔并且该通气孔位于竖向凹槽一侧的第一开口高于位于圆柱形空腔一侧的第二开口，设置在侧壁外侧的竖向凹槽的上部低于上边沿且下部平齐下边沿并在上部带有下凸部，其中，所述第一开口设于竖向凹槽的上端且所述第一开口的最低点高于下凸部的最低点，所述第二开口设于凹陷部的下表面与第二传感器的侧壁的连接处，其中，在所述第一开口与所述下边沿之间还开设有至少一个人字形透气孔且其中至少一个人字形透气孔的开口高度低于所述底层的上表面。漏孔的设置可以防止用户皮肤表面和第二传感器的上表面形成一个封闭区间导致位于封闭区间内的皮肤因不透气而出现皮肤炎、长痱子或者其他皮肤问题，此外，位于封闭区间内的皮肤还可能用户不热的情况下异常出汗而影响测量结果的准确性。漏孔的上开口小而下开口大可以防止汗液堵塞漏孔。通气孔的第一开口设于竖向凹槽的上端且所述第一开口的最低点高于下凸部的最低点可以使第一开口隐藏于下凸部和侧壁之间的凹槽内，防止上边沿外部流下的液体堵塞第一开口，而通气孔的第二开口设置于凹陷部的下表面与第二传感器的侧壁内侧的连接处，凹陷部的下表面由于具有朝凹陷中心的向下倾角，从漏孔流下的液体也不会倒流至第二开口处堵塞第二开口，所以通气孔具有良好的防堵性。人字形透气孔由于开口朝下，不容易积聚大量液体，能够进一步提高透气性。第二传感器的测量表面设于上边沿内朝中心凹陷并在凹陷中心区开有上开口小而下开口大的漏孔的凹陷部的上表面有助于防止汗液始终聚集在测量表面导致后期第二传感器测量非实时的测量数据而影响测量结果的准确性。
根据一个优选实施方式，用于通信连接第二传感器的连接线按照在相邻的两个第二传感器之间的布线长度大于所述两个第二传感器的距离的方式进行设置，其中，所述连接线按照相对所述中层或者所述底层可移动的方式设于所述中层和所述底层之间的缝隙中并通过带有延长线的可拆卸的电连接器连接于相应的第二传感器，其中，所述底层上设有与相应的竖向凹槽匹配的用于防止第二传感器旋转的防旋凸缘以使设于一个竖向凹槽内的电连接器能带动相应的延长线在竖向凹槽与安装通道之间的空隙中随第二传感器上下移动。相邻的两个第二传感器之间的布线长度大于所述两个第二传感器的距离能够允许两个第二传感器发生相对的移动，降低电连接器因拉力而断开连接的几率，提高具有汗液传感器的智能床垫的可靠性。
根据一个优选实施方式，所述漏孔的孔壁上还设有至少一个上部平齐凹陷部的上表面且下部超出凹陷部的下表面的引流部且引流部的下部悬挂有疏松多孔的蒸发部，其中，蒸发部的横向最小尺寸大于所述漏孔的下开口的横向最大尺寸且在朝向地面的投影平面内蒸发部的外部轮廓的投影线将所述漏孔的下开口的投影线包围在内，其中，所述引流部的下部连接于所述蒸发部的上边缘且所述引流部超出所述凹陷部的下表面的部分与水平面的第一夹角小于所述引流部未超出所述凹陷部的下表面的部分与所述水平面的第二夹角。引流部的设置有助于进一步防止液体堵塞漏孔而影响测量结果的准确性和第二传感器的透气性。同时，引流口下部连接有疏松多孔的蒸发部以便将液体，特别是汗液快速蒸发，同时也能防止汗液直接滴落到床垫本体上而不便于清洁和对床垫本体造成腐蚀。而蒸发的水蒸气能够通过通气孔和/或透气孔排出并通过面层的空隙或者中层和底层之间的缝隙逸散到外部。
根据一个优选实施方式，所述具有汗液传感器的智能床垫还包括集成于所述第二传感器的壳体内或者相邻于所述第二传感器设置以对所述第二传感器的测量结果进行校正的温度传感器，其中，当所述温度传感器集成于所述第二传感器的壳体内时，所述温度传感器的测量点设于所述上边沿之内。离子选择场效应晶体管ISFET的感测元件温度与其输出之间存在线性关系。因此，同时设置温度传感器有助于对第二传感器的测量结果进行校正以提高第二数据的准确性。此外，温度传感器还能用于直接反应用户的体温以便综合对用户的实际情况进行分析。温度传感器的测量点设于所述上边沿之内能够使测量点直接与皮肤接触而提高温度测量的准确性。
根据一个优选实施方式，所述智能单元包括数据存储模块、分析模块和执行模块，其中，所述分析模块监测多个所述第一数据并统计其中的最大变化率超过第一阈值的次数得出代表频率的第一对比结果，且在所述第一对比结果超过第三阈值时根据预定方式选择性地启闭部分所述第二传感器采集第二数据并对超过第二阈值的第二数据进行分析得出第二对比结果，并且所述分析模块还用于将所述第一对比结果和所述第二对比结果发送至所述执行模块；所述执行模块将所述第一对比结果和所述第二对比结果与储存于所述数据存储模块的第一参考值和第二参考值进行比较以获取对应的预设控制方案并基于所述预设控制方案控制一个或多个外部设备。第一对比结果能够反映用户在具有汗液传感器的智能床垫上的例如翻身、大幅摆动手臂或大幅移动腿脚等动作，单独来看，能够反馈用户可能存在焦躁不安的情绪或者用户觉得热在调整姿态降温，但是具体原因不够明确。第一对比结果结合与用户身体接触而测得的第二对比结果，能够更进一步分析用户第一对比结果的原因，从而通过控制相应类型的外部设备来改善用户睡眠质量。优选地，由于第二传感器被设置为与用户身体接触来测量第二数据，在需要时才选择性地给部分第二传感器通电可以降低潜在的安全隐患。
根据一个优选实施方式，所述分析模块根据如下的所述预定方式采集所述第二数据并对其进行分析得出所述第二对比结果：所述分析模块在第一对比结果超过第三阈值且当前时间未处于分析时段时设置一个基准时间标记并以所述基准时间标记所在时间为基准点设定一个第二预设时长的分析时段，其中，所述分析模块在所述第二预设时长的分析时段内监测所述第一数据且每当所述最大变化率超出所述第一阈值内后再次回落至所述第一阈值内保持第一预设时长后设置一个中间时间标记直至所述第二预设时长的分析时段结束；所述分析模块根据所述基准时间标记或者所述中间时间标记选择性启动重心区域的第二传感器或者非重心区域的第二传感器以采集所述第二数据；所述分析模块在所述第二预设时长的分析时段内未采集到超过第二阈值的所述第二数据时停止在所述第二预设时长的分析时段内再次启动所述第二传感器；所述分析模块在所述分析时段内采集到超过第二阈值的至少一个所述第二数据时，所述分析模块将所述第二数据进行分析后得出第二对比结果。由于第二传感器被设置为能与用户身体接触来测量第二数据，在需要时才选择性地给部分第二传感器通电可以降低潜在的安全隐患。因为用户可能在重心区域的几率大于可能在非重心区域的几率，先仅开启重心区域的第二传感器能够节约能源、减少第二传感器的使用频率以提升其寿命周期且能降低长期开启第二传感器可能导致的潜在安全隐患。但是，由于在床垫上的可能不止是一个人，还可能是两人或者更多。因此，所述重心区域只是理想状态下用户存在的位置。如果开启重心区域的第二传感器后没有测得第二数据，那则可能用户实际没有在该重心区域或者用户的身体与第二传感器的接触部位的测量条件并没有达到测量标准，例如：没有汗液、接触不稳或者没有与身体直接接触等。除了上述原因之外，在交替期间，用户身体还可能会有微调，致使重心区域或者非重心区域中的一个或者多个第二传感器能够测量到第二数据，所以此时交替地开关处于所述重心区域的所述第二传感器和非重心区域的所述第二传感器有助于获得第二数据，还能节省能源。
根据一个优选实施方式，所述第二传感器按照如下方式启停：所述分析模块先根据所述基准时间标记或者所述中间时间标记处的多个所述第一数据计算出待测目标的重心区域并以一个第三预设时长的时间间隔按照预设次数先后地交替开关处于所述重心区域的所述第二传感器和非重心区域的所述第二传感器；当所述分析模块在所述预设次数内采集到超过第二阈值的第二数据时，所述分析模块停止在所述第二预设时长的分析时段内再次启动所述第二传感器，当所述分析模块在所述预设次数内未采集到超过第二阈值的第二数据时，所述分析模块在下一个所述中间时间标记被设置且所述分析时段未结束时重复上述过程，当所述分析模块在所述分析时段结束时未采集到超过第二阈值的第二数据时，所述分析模块调用预设时期内所述数据存储模块储存的最小的第二对比结果。对于第二数据，由于小于第二阈值的汗液离子浓度表示用户体征良好，体表微热，没有必要一有汗液就开启外部设备。因此，设置第二阈值筛选出可用的第二数据有助于根据实际情况开启外部设备，防止频繁启动外部设备造成外部设备寿命降低和产生不必要的噪音。落在生理范围之外的测量值可能表明衣物上的清洁用品残留物积聚，例如汗液中离子浓度，比如钠离子浓度或钾离子浓度大于生理最大离子浓度的1.1倍表示残留物积聚，这种情况表明采集到的第二数据不具有可用性，因此，设定第二阈值有助于筛选出可用的第二数据，保证测量的准确性。
根据一个优选实施方式，所述执行模块按照如下方式获取对应的预设控制方案并对相应的所述外部设备进行控制：当所述第一对比结果大于等于第一参考值且所述第二对比结果大于第二参考值时获取第一预设控制方案，所述执行模块根据所述第一预设控制方案控制用于催眠的至少一个第一外部设备和用于给用户降温的至少一个第二外部设备；当所述第一对比结果大于等于第一参考值而第二对比结果小于第二参考值时获取第二预设控制方案，所述执行模块根据所述第二预设控制方案控制用于催眠的至少一个第一外部设备；当所述第一对比结果小于第一参考值而第二对比结果大于等于第二参考值时获取第三预设控制方案，所述执行模块根据所述第三预设控制方案控制用于给用户降温的至少一个第二外部设备；当所述第一对比结果小于第一参考值且所述第二对比结果小于第二参考值时获取第四预设控制方案，所述执行模块根据所述第四预设控制方案控制不开启第一外部设备和第二外部设备；其中，所述第一外部设备带有能播放催眠音乐的音响和/或能释放香薰的电子助眠香薰，所述第二外部设备是空调设备和/或风扇。通过分析影响用户睡眠质量的原因后利用预设方案控制外部设备能显著改善用户睡眠质量。
附图说明
图1是本发明的具有汗液传感器的智能床垫的一个优选实施方式的安装结构示意图；
图2是本发明的第二传感器的一个优选实施方式在安装到位状态的剖视示意图；
图3是本发明的第二传感器的连接线布线的一个优选实施方式；
图4是本发明的智能系统的一个优选实施方式的模块示意图；和
图5是本发明的第一传感器的布置的一个优选实施方式的示意图。
附图标记列表
1：床垫本体 11：面层 12：底层
121：象限 122：防旋凸缘 13：中层
2：智能系统 21：智能单元 211：数据存储模块
212：分析模块 213：执行模块 22：第一传感器
23：第二传感器 231：上边沿 232：凹陷部
233：漏孔 2331：引流部 234：通气孔
235：人字形透气孔 236：竖向凹槽 2361：下凸部
237：测量表面 238：下边沿 24：温度传感器
3：弹性元件 4：连接线 41：延长线
42：电连接器 5：蒸发部 A：第一侧
B：第二侧。
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明。
下面结合图1、2、3、4和5，示出本发明的具有汗液传感器的智能床垫。
实施例1
根据一个优选实施方式，一种具有汗液传感器的智能床垫，其包括床垫本体1和智能系统2。智能系统2包括：智能单元21、能够承托床垫本体1且能获取代表相应承托点受力状况的第一数据的至少四个第一传感器22和按照能够与待测目标直接接触的方式进行设置的多个第二传感器23。第二传感器23是用于测量代表汗液离子浓度的第二数据的基于ISFET的化学传感器。第二传感器23在从床垫本体1的第一侧A到第二侧B的长度方向上按照密度呈先减小后增大的趋势设置在床垫本体1上。第一侧A和第二侧B之间的中部区域的第二传感器23的密度最小且第一侧A到中部区域的第二传感器23的密度减小的第一程度大于第二侧B到中部区域的第二传感器23的密度减小的第二程度。智能系统2通过对第一数据和第二数据进行分析后获取相应的预设控制方案控制一个或多个外部设备。
根据一个优选实施方式，第一传感器22是压力传感器。
根据一个优选实施方式，第一传感器22是位移传感器。
优选地，通过对第二传感器的布置进行优化能够以尽可能少的传感器实现测量目的，能够降低制造和购买成本，提高资源利用率。而且，传感器属于电子产品，虽然能够通过保护电路来提高安全性，降低漏电或短路等事故的发生概率。但是，密集排布的第二传感器不仅会给用户造成心理压力，还会影响睡眠质量。而且，第二传感器的数量越多，其潜在的安全风险也越高。因此，通过对第二传感器的布置进行优化可以进一步提高安全性，降低用户使用时的心理压力并降低密集排布的第二传感器在心理上给用户睡眠质量造成负面影响。由于在睡眠时，尤其是夏季，大多数的人习惯仅穿短裤或者内裤的半裸睡，或者穿内裤和短，又或者短裤和短袖等等。其中，身体以中部被覆盖的几率较大，而第二传感器需要与用户的皮肤接触以准确测量第二数据。因此，身体的中部附近区域应当尽可能少布置第二传感器。而背部和脚部在睡觉过程中是最容易裸露，为了提高测量效率，在背部和腿部应该多设置第二传感器。因此，第二传感器23在从床垫本体1的第一侧A到第二侧B的长度方向上按照密度呈先减小后增大的趋势设置在床垫本体1上。优选地，各个用户在睡觉时，由于个体差异和穿着习惯不同，上半身和下半身与床垫本体1接触的面积不一样。所以，没有必要将第二传感器的密度对称设置。其中，第一程度和第二程度的不同充分在充分考虑了各个用户的个体差异和穿着习惯不同，进一步减少第二传感器的布置数量。例如，第一用户习惯在睡觉时只穿短裤，则其睡觉时上半身和腿部均会与床垫本体1接触。但是，由于上半身与床垫本体1接触的面积大，更容易测量到第二数据，应该在第一用户的上半身附近设置更多的传感器。因此，这种情况下第一用户可以将枕头设置在第一侧A附近睡眠。又例如，第二用户习惯在睡觉时穿短袖和内裤，则其睡觉时主要接触床垫本体1的部位为腿部和手部但其腿部与床垫本体1接触的面积更大，更容易测量到第二数据，应该在第二用户的腿部附近设置更多的传感器。因此，这种情况下第二用户可以将枕头设置在第二侧B附近睡眠。再例如，第三用户虽然睡觉时只穿短裤，但是根据其经验，环境温度高时其腿脚部出汗较上身更多。因此，这种情况下可以将第一侧A以远离第三用户的头部的方式进行设置。这种情况下第三用户可以将枕头设置在第二侧B附近睡眠。优选地，面层11可以拆洗。
优选地，ISFET是离子选择场效应晶体管。优选地，基于ISFET的化学传感器可以包括ISFET和参比电极，其中ISFET和参比电极被设置为能与用户的皮肤直接接触。参比电极可以选自于由Ag/AgCl电极、Ag/AgCl塑料复合电极、Ag/AgCl凝胶电极、涂覆有可渗透膜的Ag/AgCl电极、聚吡咯电极和聚3,4-乙烯二氧噻吩电极组成的组。参比电极可以是涂覆有渗透膜并用渗透有氯离子的Ag/AgCl电极。参比电极可以是与介体混合的碳糊电极，例如介体可以是二茂铁或普鲁士蓝。参比电极可以是贵金属参比电极和/或伪参比电极，例如，贵金属可以是金或铂。可渗透膜可以选自聚乙烯醇缩丁醛、聚羟基乙基甲基丙烯酸酯、全氟磺酸聚合物及其组合。优选地，ISFET的一部分位于壳体的被设置用于增强皮肤与部分的接触的突出部上。优选地，离子浓度主要是钠离子浓度和钾离子浓度组成的组。优选地，除该化学传感器外，本发明的具有汗液传感器的智能床垫还包括至少一个额外的基于ISFET的第二化学传感器，其中，第二化学传感器的ISFET被设置为监测用户皮肤表面出的液体的除离子浓度外的其他特性。例如，pH值。pH值的大小能够反映用户的皮肤健康指标，例如pH值大于等于6是皮肤刺激或皮肤健康状况不良的指标。用户可以根据夜间测量到的pH值信息，通过更换化妆品或者调整饮食结构等方式来防止皮肤的健康状况恶化。或者，本发明的具有汗液传感器的智能床垫将pH值信息上传至云端存储，云端上存储的数据可以供医生或者美容院的皮肤护理人员等专业人士查看，以便给用户提供合理的建议。
根据一个优选实施方式，床垫本体1至少包括可拆卸的面层11、承托面层11的中层13和承托中层13的底层12。壳体呈开口朝下的桶状结构的第二传感器23通过弹性元件3以可伸缩的方式设于贯通面层11、中层13和底层12的安装通道中。在相应的第二传感器23不承压之时，其上边沿231高于面层11的上表面且其下边沿238低于底层12的上表面。第二传感器23与底层12之间设有弹性元件3。弹性元件3一端插入第二传感器23的圆柱形空腔内而另一端连接于底层12。优选地，上边沿231超出面层11的部分为1~2mm以降低对用户造成的异物感。优选地，上边沿231为软质材料且其上表面设有圆弧以降低给用户造成的异物感，例如，上边沿231可以是环形橡胶条。优选地，弹性元件3为圆柱螺旋弹簧或者中空且外壁设有通孔的橡胶件。尤其优选的，弹性元件3为圆柱螺旋弹簧以提高圆柱形空腔与弹性元件3内腔之间的气体流通性。优选的，弹性元件3插入第二传感器23的圆柱形空腔内的一端与第二传感器23通过粘接或者过盈配合的方式进行连接。尤其优选的，弹性元件3插入第二传感器23的圆柱形空腔内的一端与第二传感器23通过过盈配合的方式进行连接以便拆卸、维护和清洁。
根据一个优选实施方式，第二传感器23的测量表面237设于朝中部凹陷的凹陷部232的上表面。凹陷部232的边缘设有凸出的上边沿231并且凹陷部232的中部设有上开口小而下开口大的漏孔233。第二传感器23的侧壁上开设有至少一个连通竖向凹槽236和圆柱形空腔的通气孔234并且该通气孔234位于竖向凹槽236一侧的第一开口高于位于圆柱形空腔一侧的第二开口。设置在侧壁外侧的竖向凹槽236的上部低于上边沿231且下部平齐下边沿238并在上部带有下凸部2361。第一开口设于竖向凹槽236的上端且第一开口的最低点高于下凸部2361的最低点。第二开口设于凹陷部232的下表面与第二传感器23的侧壁的连接处。在第一开口与下边沿238之间还开设有至少一个人字形透气孔235且其中至少一个人字形透气孔235的开口高度低于底层12的上表面。优选地，凹陷部232的上表面的坡度为5%~12%。凹陷部232的上表面的坡度设置得过大容易使汗液从漏孔流出的速度过快，使得相应的第二传感器23来不及测量相应的第二数据。而坡度设置得过小则会使汗珠一直吸附在测量表面，影响测量的准确性。经过实验发现，5%~12%的坡度能使汗液不会过快地从漏孔漏下也不会造成汗珠吸附的情况。
根据一个优选实施方式，用于通信连接第二传感器23的连接线4按照在相邻的两个第二传感器23之间的布线长度大于两个第二传感器23的距离的方式进行设置。连接线4按照相对中层13或者底层12可移动的方式设于中层13和底层12之间的缝隙中并通过带有延长线41的可拆卸的电连接器42连接于相应的第二传感器23。底层12上设有与相应的竖向凹槽236匹配的用于防止第二传感器23旋转的防旋凸缘122以使设于一个竖向凹槽236内的电连接器42能带动相应的延长线41在竖向凹槽236与安装通道之间的空隙中随第二传感器23上下移动。优选地，电连接器42和防旋凸缘122设置在不同的竖向凹槽内以防止防旋凸缘122对延长线41的移动造成阻碍。优选地，连接线4的直径或延长线41的直径均小于中层13和底层12之间的缝隙高度以便连接线4或延长线41在缝隙内能自由的移动。优选地，电连接器42是防水的且具有防脱卡扣。
根据一个优选实施方式，漏孔233的孔壁上还设有至少一个上部平齐凹陷部232的上表面且下部超出凹陷部232的下表面的引流部2331且引流部2331的下部悬挂有疏松多孔的蒸发部5。蒸发部5的横向最小尺寸大于漏孔233的下开口的横向最大尺寸且在朝向地面的投影平面内蒸发部5的外部轮廓的投影线将漏孔233的下开口的投影线包围在内。引流部2331的下部连接于蒸发部5的上边缘且引流部2331超出凹陷部232的下表面的部分与水平面的第一夹角小于引流部2331未超出凹陷部232的下表面的部分与水平面的第二夹角。优选地，蒸发部5是海绵或者棉花团，尤其优选的，蒸发部5是海绵以降低成本、简化制作工艺和提高产品的可重复利用性。优选地，引流部2331下部可以通过挂钩、魔术贴或者插销连接蒸发部5以便对蒸发部5进行拆洗。引流部2331超出凹陷部232的下表面的部分与水平面的第一夹角小于引流部2331未超出凹陷部232的下表面的部分与水平面的第二夹角使得在液体从漏孔233流向蒸发部5时起到一定的缓冲作用而不会使汗液因速度过快而飞溅滴落到床垫本体1上不便于清洁或者对床垫本体1造成腐蚀。
根据一个优选实施方式，具有汗液传感器的智能床垫还包括集成于第二传感器23的壳体内或者相邻于第二传感器23设置以对第二传感器23的测量结果进行校正的温度传感器24。当温度传感器24集成于第二传感器23的壳体内时，温度传感器24的测量点设于上边沿231之内。优选地，温度传感器24与所述第二传感器23成对的设置以便测量离子浓度数据时同时记录该离子浓度测量时的温度并用于校正温度对ISFET确定的离子浓度数据造成的影响。或者，温度传感器24可以用于测量用户的皮肤表面温度作为生理指标。优选地，作为温度校正的替代，还可以在第二传感器内集成加热元件以将ISFET保持在恒定温度，例如体温或高于体温的温度，但是该温度在皮肤的舒适限度内。
根据一个优选实施方式，智能单元21包括数据存储模块211、分析模块212和执行模块213。分析模块212监测多个第一数据并统计其中的最大变化率超过第一阈值的次数得出代表频率的第一对比结果，且在第一对比结果超过第三阈值时根据预定方式选择性地启闭部分第二传感器23采集第二数据并对超过第二阈值的第二数据进行分析得出第二对比结果，并且分析模块212还用于将第一对比结果和第二对比结果发送至执行模块213。执行模块213将第一对比结果和第二对比结果与储存于数据存储模块211的第一参考值和第二参考值进行比较以获取对应的预设控制方案并基于预设控制方案控制一个或多个外部设备。优选地，经过实验表明，第一阈值取2%~6%可以滤除用户偏头或者轻微挪动手脚等动作造成的第一数据的轻微变化，这类轻微变化是人睡觉过程中难以避免的且并不能反馈用户的焦躁、焦虑或者潜意识觉得热的情况。同时，超过第一阈值为则代表用户有翻身或者较大动作地挪动手脚，此时则需要记录下来以便得出第一对比结果。第一频率或者第一对比结果能够反映用户在具有汗液传感器的智能床垫上做出超过第一阈值的动作的频率，能够在排除上述轻微变化的情况下比智能手环或者手表之类的可穿戴设备更好地反映用户实际的情况。优选地，本发明提及的外部设备都是现有的产品。这些外部设备可以是一种单一的设备，例如空调、风扇、存储有催眠音乐的音响或者电子助眠香薰。本发明可以通过控制这些外部设备的插座的供电和/或智能家居及智能家电的智能网关对这些外部设备进行统一或者单独控制。例如，电子助眠香薰这类功能不多的外部设备，其使用不需要过多的设定，只需要给其接通电源即可。因此，控制这类产品时，可以将其插在一个能由智能单元21控制通断电的插线板上，由智能单元21根据用户的实际情况接通和断开插线板的供电以控制电子助眠香薰的启停。而对于像空调这种使用过程中需要进行温度、风向、风速和换气等多种设定的外部设备，可以将其通过空调的第一专用控制器接入到智能网关，而具有汗液传感器的智能床垫则通过具有汗液传感器的智能床垫的第二专用控制器接入到智能网关，则可以由具有汗液传感器的智能床垫通过预设控制方案对其进行温度、风向、风速和换气等的设定和控制，实现智能控制的目的。当具有汗液传感器的智能床垫监测到用户已经长时间没有翻身等大幅动作，还可以基于测定的用户位置，控制风向避开用户位置以防止用户感冒。优选地，具有汗液传感器的智能床垫还能不断学习和改善预设控制方案，以优化开启各外部设备的时长、空调设定的温度、风向或风速等，最终实现在节约成本和资源的情况下改善用户的睡眠质量。例如，具有汗液传感器的智能床垫在一个两小时的分析时段内，三十分钟达到预设的目标温度后，每隔十五分钟将空调的设定温度升高一度，然后监测这十五分钟的用户是否存在一定次数的大幅动作。当监测到一定次数大幅动作时，将空调温度下降一度并在分析时段内保持这一温度，然后将相应预设控制方案中的目标温度修改为该温度。对于第二数据，由于小于第二阈值的汗液离子浓度表示用户体征良好，体表微热，没有必要一有汗液就开启外部设备。因此，设置第二阈值筛选出可用的第二数据有助于根据实际情况开启外部设备，防止频繁启动外部设备造成外部设备寿命降低和产生不必要的噪音。此外，落在生理范围之外的汗液中离子浓度可能表明衣物上的清洁用品残留物积聚，例如钠离子浓度或钾离子浓度大于生理最大离子浓度的1.1倍表示残留物积聚，这种情况是人类汗液离子浓度不可能达到的水平，表明采集到的第二数据不具有可用性，因此，优选地，本发明还可以在第一对比结果超过第三阈值时根据预定方式选择性地启闭部分第二传感器23采集第二数据并对超过第二阈值且未超过第四阈值的第二数据进行分析得出第二对比结果。设置第四阈值有助于筛选出可用的第二数据，保证测量的准确性。
根据一个优选实施方式，分析模块212根据如下的预定方式采集第二数据并对其进行分析得出第二对比结果：分析模块212在第一对比结果超过第三阈值且当前时间未处于分析时段时设置一个基准时间标记并以基准时间标记所在时间为基准点设定一个第二预设时长的分析时段。分析模块212在第二预设时长的分析时段内监测第一数据且每当最大变化率超出第一阈值内后再次回落至第一阈值内保持第一预设时长后设置一个中间时间标记直至第二预设时长的分析时段结束；分析模块212根据基准时间标记或者中间时间标记选择性启动重心区域的第二传感器23或者非重心区域的第二传感器23以采集第二数据；分析模块212在第二预设时长的分析时段内未采集到超过第二阈值的第二数据时停止在第二预设时长的分析时段内再次启动第二传感器23；分析模块212在分析时段内采集到超过第二阈值的至少一个第二数据时，分析模块212将第二数据进行分析后得出第二对比结果。优选地，第一预设时长是短时间的以便确定用户已完成了一个例如翻身、挪动身体位置等形式大幅动作并暂时保持稳定，短时间例如是两秒~五秒。因为用户在完成一次这种大幅动作的过程中，第一数据是波动的，期间可能会有多次超过第一阈值并回到第一阈值内的情况发生，而在第一数据回落到第一阈值并保持一个短时间的第一预设时长后，则表示这个大幅动作已经完成且能基于设定的基准时间标记或中间时间标记处的第一数据来选择性启动部分第二传感器23以采集第二数据。
根据一个优选实施方式，第二传感器23按照如下方式启停：分析模块212先根据基准时间标记或者中间时间标记处的多个第一数据计算出待测目标的重心区域并以一个第三预设时长的时间间隔按照预设次数先后地交替开关处于重心区域的第二传感器23和非重心区域的第二传感器23；当分析模块212在预设次数内采集到超过第二阈值的第二数据时，分析模块212停止在第二预设时长的分析时段内再次启动第二传感器23；当分析模块在预设次数内未采集到超过第二阈值的第二数据时，分析模块212在下一个中间时间标记被设置且分析时段未结束时重复上述过程，当分析模块在分析时段结束时未采集到超过第二阈值的第二数据时，分析模块调用预设时期内数据存储模块211储存的最小的第二对比结果。优选地，本发明一次只选择性开启部分第二传感器23能够相比同时开启所有第二传感器23更节约能源，且所需的供电电压也更小，降低漏电造成的潜在危险。同时，本发明交替地开关处于重心区域的第二传感器23和非重心区域的第二传感器23，考虑到的因素包括但不限于：实际情况下，具有汗液传感器的智能床垫上不可能只有用户，还可能存在其他物，例如被子和枕头，甚至宠物等。待测目标是位于具有汗液传感器的智能床垫上所有的物的总和。因此，重心区域仅能反馈这些物和人作为一个整体的待测目标的重心区域。即使在夏季，使用薄的被子虽然能降低其他物对用户实际存在的位置的影响。也存在待测目标是多个人的情况，例如，两个人。当这两个人睡觉时间隔较远时，重心区域可能存在于两人之间而不与这两人有任何接触，如果此时为了节约电能仅开启重心区域的第二传感器23，则不能测量到第二数据。而且，即使用户存在于重心区域，依然存在用户身体没有与第二传感器23接触或者接触的条件还达不到第二传感器23测量的要求。也可能存在重心区域和非重心区域暂时都没有第二传感器23测量能测量到第二数据，但是在用户的身体稍微微调后，之前没有达到检测条件的一个或者多个第二传感器的检测条件改变，能够测量到第二数据。
根据一个优选实施方式，执行模块213按照如下方式获取对应的预设控制方案并对相应的外部设备进行控制：当第一对比结果大于等于第一参考值且第二对比结果大于第二参考值时获取第一预设控制方案，执行模块213根据第一预设控制方案控制用于催眠的至少一个第一外部设备和用于给用户降温的至少一个第二外部设备；当第一对比结果大于等于第一参考值而第二对比结果小于第二参考值时获取第二预设控制方案，执行模块213根据第二预设控制方案控制用于催眠的至少一个第一外部设备；当第一对比结果小于第一参考值而第二对比结果大于等于第二参考值时获取第三预设控制方案，执行模块213根据第三预设控制方案控制用于给用户降温的至少一个第二外部设备；当第一对比结果小于第一参考值且第二对比结果小于第二参考值时获取第四预设控制方案，执行模块213根据第四预设控制方案控制不开启第一外部设备和第二外部设备；其中，第一外部设备带有能播放催眠音乐的音响和/或能释放香薰的电子助眠香薰，第二外部设备是空调设备和/或风扇。优选地，第一外部设备可以是独立设置的多个设备，例如是独立设置的电子音乐盒和电子助眠香薰。本发明的具有汗液传感器的智能床垫能够通过控制给电子音乐盒或电子助眠香薰的供电来控制其启停。
实施例2
一种具有汗液传感器的智能床垫，其包括床垫本体1和智能系统2。智能系统2包括：智能单元21、能够承托床垫本体1且能获取代表相应承托点受力状况的第一数据的至少四个第一传感器22和能够在与待测目标接触的情况下获取代表生物特征的第二数据的多个第二传感器23。第二传感器23在从床垫本体1的第一侧A到第二侧B的长度方向上按照密度呈先减小后增大的趋势设置在床垫本体1上。智能系统2通过对第一数据和第二数据进行分析后获取相应的预设控制方案控制一个或多个外部设备。
优选地，通过对第二传感器的布置进行优化能够以尽可能少的传感器实现测量目的，能够降低制造和购买成本，提高资源利用率。而且，传感器属于电子产品，虽然能够通过保护电路来提高安全性，降低漏电或短路等事故的发生概率。但是，密集排布的第二传感器不仅会给用户造成心理压力，还会影响睡眠质量。而且，第二传感器的数量越多，其潜在的安全风险也越高。因此，通过对第二传感器的布置进行优化可以进一步提高安全性，降低用户使用时的心理压力并降低密集排布的第二传感器在心理上给用户睡眠质量造成负面影响。由于在睡眠时，尤其是夏季，大多数的人习惯仅穿短裤、内裤、内裤和短袖或者短裤和短袖的半裸睡。其中，身体以中部被衣物覆盖的几率居多，而第二传感器需要与用户的皮肤接触以准确测量第二数据。因此，身体的中部附近区域应当尽可能少布置第二传感器。而背部和脚部在睡觉过程中是最容易裸露，为了提高测量效率，在背部和腿部应该多设置第二传感器。因此，第二传感器23在从床垫本体1的第一侧A到第二侧B的长度方向上按照密度呈先减小后增大的趋势设置在床垫本体1上。
根据一个优选实施方式，将具有汗液传感器的智能床垫在长度方向上分成八等分，按照顺序分别为第一等分至第八等分。其中，第一等分和第八等分位于两端，通常是测量盲区。例如，第一等分是用户头部所在位置，通常用于放枕头，而第八等分通常是空置区，平躺状态下用户的脚通常延伸至第六等分或第七等分。因此，第一等分和第八等分放不安装第二传感器，第二传感器23的密度从第二等分至第四等分逐渐减小，再从第四等分至第七等分逐渐增加。
根据一个优选实施方式，将具有汗液传感器的智能床垫在长度方向上分成九等分，按照顺序分别为第一等分至第九等分。其中，第一等分和第九等分位于两端，通常是测量盲区。例如，第一等分是用户头部所在位置，通常用于放枕头，而第九等分通常是空置区，平躺状态下用户的脚通常延伸至第七等分或第八等分。因此，第一等分和第九等分放不安装第二传感器，第二传感器23的密度从第二等分至第五等分逐渐减小，再从第五等分至第九等分逐渐增加。
根据一个优选实施方式，第一侧A和第二侧B之间的中部区域的第二传感器23的密度最小且第一侧A到中部区域的第二传感器23的密度减小的第一程度大于第二侧B到中部区域的第二传感器23的密度减小的第二程度。
优选地，各个用户在睡觉时，由于个体差异和穿着习惯不同，上半身和下半身与床垫本体1接触的面积不一样。所以，没有必要将第二传感器的密度对称设置。第一程度和第二程度的不同充分在充分考虑了各个用户的个体差异和穿着习惯不同，进一步减少第二传感器的布置数量。
根据一个优选实施方式，用于通信连接第二传感器23的连接线4按照在相邻的两个第二传感器23之间的布线长度大于两个第二传感器23的距离的方式进行设置。
优选地，由于床垫本体1属于柔性物体，在受压的情况下会产生变形。因此，在床垫本体1变形时，安装在床垫本体1上的两个第二传感器23的接线处之间会存在间距变化和相对偏转等情况。因此，相邻的两个第二传感器23之间的布线长度大于两个第二传感器23的距离的方式进行设置以便连接线4在接线处发射间距变化和相对偏转等情况时存在调整空间，不至于被扯断。优选地，连接线4仅在每个第二传感器23的接线处固定，其余部分未完全约束。
根据一个优选实施方式，第一传感器22是压力传感器。
根据一个优选实施方式，第一传感器22是位移传感器。
根据一个优选实施方式，第二传感器23是用于测量汗液离子浓度的基于ISFET的化学传感器，其中，化学传感器按照能够与待测目标直接接触的方式进行设置。
根据一个优选实施方式，具有汗液传感器的智能床垫还包括集成于第二传感器23的壳体内或者相邻于第二传感器23设置以对第二传感器23的测量结果进行校正的温度传感器24。
优选地，温度传感器24与所述第二传感器23成对的设置以便测量离子浓度数据时同时记录该离子浓度测量时的温度并用于校正温度对ISFET确定的离子浓度数据造成的影响。或者，温度传感器24可以用于测量用户的皮肤表面温度作为生理指标。优选地，作为温度校正的替代，还可以在第二传感器内集成加热元件以将ISFET保持在恒定温度，例如体温或高于体温的温度，但是该温度在皮肤的舒适限度内。
根据一个优选实施方式，床垫本体1包括可拆卸的面层11和承托面层11的底层12，其中，床垫本体1被分隔为四个虚拟的象限121；其中，第一传感器22以承托底层12的方式分别安装在其中一个象限121内且一个象限121至少安装一个第一传感器22，其中，智能单元21包括数据存储模块211、分析模块212和执行模块213。
根据一个优选实施方式，床垫本体1被一条横向对称轴和一条纵向对称轴分割为四个矩形的象限121，如图5所示。
优选地，底层12可以是弹簧床垫、海绵床垫、棕榈床垫、乳胶床垫、水床垫、气床垫和磁床垫或者这些类型的床垫的组合形式。优选地，面层11可以是可拆洗的一个独立模块以解决清洁问题。例如，面层11是可洗或者可擦洗的床单或者可凉席形式。优选地，第一传感器22的结构不限于图5中的结构，该结构仅是示意性的。为了提高具有汗液传感器的智能床垫和下部床板之间的摩擦力，防止具有汗液传感器的智能床垫出现容易滑落的问题，第一传感器22与下部床板之间的接触位置可以设置防滑垫，或者，在下部床板上开设相应的接口或者凹陷位置。
根据一个优选实施方式，分析模块212监测多个第一数据并统计其中的最大变化率超过第一阈值的次数得出代表频率的第一对比结果，且在第一对比结果超过第三阈值时根据预定方式选择性地启闭部分第二传感器23采集第二数据并对超过第二阈值的第二数据进行分析得出第二对比结果，并且分析模块212还用于将第一对比结果和第二对比结果发送至执行模块213；执行模块213将第一对比结果和第二对比结果与储存于数据存储模块211的第一参考值和第二参考值进行比较以获取对应的预设控制方案并基于预设控制方案控制一个或多个外部设备。
根据一个优选实施方式，分析模块212根据如下的预定方式采集第二数据并对其进行分析得出第二对比结果：分析模块212在第一对比结果超过第三阈值且当前时间未处于分析时段时设置一个基准时间标记并以基准时间标记所在时间为基准点设定一个第二预设时长的分析时段，其中，分析模块212在第二预设时长的分析时段内监测第一数据且每当最大变化率超出第一阈值内后再次回落至第一阈值内保持第一预设时长后设置一个中间时间标记直至第二预设时长的分析时段结束；分析模块212根据基准时间标记或者中间时间标记选择性启动重心区域的第二传感器23或者非重心区域的第二传感器23以采集第二数据；分析模块212在第二预设时长的分析时段内未采集到超过第二阈值的第二数据时停止在第二预设时长的分析时段内再次启动第二传感器23；分析模块212在分析时段内采集到超过第二阈值的至少一个第二数据时，分析模块212将第二数据进行分析后得出第二对比结果。
根据一个优选实施方式，第二传感器23按照如下方式启停：分析模块212先根据基准时间标记或者中间时间标记处的多个第一数据计算出待测目标的重心区域并以一个第三预设时长的时间间隔按照预设次数先后地交替开关处于重心区域的第二传感器23和非重心区域的第二传感器23；当分析模块212在预设次数内采集到超过第二阈值的第二数据时，分析模块212停止在第二预设时长的分析时段内再次启动第二传感器23，当分析模块在预设次数内未采集到超过第二阈值的第二数据时，分析模块212在下一个中间时间标记被设置且分析时段未结束时重复上述过程，当分析模块在分析时段结束时未采集到超过第二阈值的第二数据时，分析模块调用预设时期内数据存储模块211储存的最小的第二对比结果。
根据一个优选实施方式，执行模块213按照如下方式获取对应的预设控制方案并对相应的外部设备进行控制：当第一对比结果大于等于第一参考值且第二对比结果大于第二参考值时获取第一预设控制方案，执行模块213根据第一预设控制方案控制用于催眠的至少一个第一外部设备和用于给用户降温的至少一个第二外部设备；当第一对比结果大于等于第一参考值而第二对比结果小于第二参考值时获取第二预设控制方案，执行模块213根据第二预设控制方案控制用于催眠的至少一个第一外部设备；当第一对比结果小于第一参考值而第二对比结果大于等于第二参考值时获取第三预设控制方案，执行模块213根据第三预设控制方案控制用于给用户降温的至少一个第二外部设备；当第一对比结果小于第一参考值且第二对比结果小于第二参考值时获取第四预设控制方案，执行模块213根据第四预设控制方案控制不开启第一外部设备和第二外部设备；其中，第一外部设备带有能播放催眠音乐的音响和/或能释放香薰的电子助眠香薰，第二外部设备是空调设备和/或风扇。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种具有基于ISFET的化学传感器的床垫，其特征在于，该床垫包括分别位于四个虚拟象限（121）的第一传感器（22）和按照能够与待测目标直接接触的方式进行设置的多个第二传感器（23），其中，所述第一传感器和与待测目标接触的情况下获取代表生物特征的数据的所述第二传感器均能够以非侵入式的检测方法对代表用户的行为和特征的检测数据进行检测，由此能够分析用户的行为和特征并基于分析的结果匹配相应的预设控制方案控制外部设备改善用户睡眠质量；
第二传感器（23）是用于测量代表汗液离子浓度的第二数据的基于ISFET的化学传感器；
所述床垫还包括至少一个额外的基于ISFET的第二化学传感器，其中，第二化学传感器的ISFET被设置为监测用户皮肤表面出的液体的pH值；
在所述第二传感器（23）不承压之时，其上边沿（231）高于床垫本体的面层（11）的上表面且其下边沿（238）低于床垫本体的底层（12）的上表面；
所述第二传感器（23）的测量表面（237）设于朝中部凹陷的凹陷部（232）的上表面，所述凹陷部（232）的边缘设有凸出的上边沿（231），并且所述凹陷部（232）的中部设有上开口小而下开口大的漏孔（233）；
所述第一传感器（22）是压力传感器或位移传感器；
所述床垫的本体至少包括可拆卸的面层、承托所述面层的中层和承托所述中层的底层，其中，壳体呈开口朝下的桶状结构的第二传感器通过弹性元件以可伸缩的方式设于贯通所述面层、所述中层和所述底层的安装通道中。
2.如权利要求1所述的床垫，其特征在于，所述第二传感器（23）在从床垫本体（1）的第一侧（A）到第二侧（B）的长度方向上按照密度呈先减小后增大的趋势设置在所述床垫本体（1）上。
3.如权利要求2所述的床垫，其特征在于，所述床垫还包括集成于所述第二传感器（23）的壳体内或者相邻于所述第二传感器（23）设置以对所述第二传感器（23）的测量结果进行校正的温度传感器（24），其中，当所述温度传感器（24）集成于所述第二传感器（23）的壳体内时，所述温度传感器（24）的测量点设于所述上边沿（231）之内。
4.如权利要求3所述的床垫，其特征在于，所述第二传感器被设置为能与用户身体接触来测量第二数据，且在需要时才选择性地给相应的第二传感器通电。
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