CN112066868B - 弯曲程度检测单元、装置、方法、及可穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种弯曲程度检测单元、装置、方法、及可穿戴设备，属于电子技术领域，该弯曲程度检测单元包括：不导电的柔性衬底；位于柔性衬底之上、且与柔性衬底贴合的第一柔性导电层；和位于第一柔性导电层的一部分之上的第二柔性导电层，第二柔性导电层的第一端与第一柔性导电层接触、第二端与柔性衬底接触；在柔性衬底未弯曲时，第二柔性导电层与第一柔性导电层的一部分之间存在间隙；可以解决现有的弯曲程度检测方式得到的检测结果不准确、且需要用户贴身穿着的问题；通过柔性导电层之间的接触面积变化导致电阻变化，不再需要穿着紧贴身体的弹性结构，一旦服装的某个区域发生弯曲形变即可获得电阻输出信号的变化；同时可以提高检测结果的准确性。

Description

弯曲程度检测单元、装置、方法、及可穿戴设备

技术领域

本申请涉及一种弯曲程度检测单元、装置、方法、及可穿戴设备，属于电子技术领域。

背景技术

目前，纺织物的弯曲传感器通常以面料弯曲引起的压力变化来判断弯曲程度；或者用针织方法将导电纤维织进纺织品，利用针织纤维的弹性拉动导电纤维，导致电阻的变化，进而间接判断面料的弯曲程度。

然而，上述弯曲程度的检测方法并不准确，横向/纵向弯曲程度不一样，弯曲程度反馈不够准确，且需要用户贴身穿着。

发明内容

本申请提供了一种弯曲程度检测单元、装置、方法、及可穿戴设备，可以解决现有的弯曲程度检测方式得到的检测结果不准确、且需要用户贴身穿着的问题。本申请提供如下技术方案：

第一方面，提供一种弯曲程度检测单元，所述弯曲程度检测单元包括：

不导电的柔性衬底；

位于所述柔性衬底之上、且与所述柔性衬底贴合的第一柔性导电层；和，

位于所述第一柔性导电层的一部分之上的第二柔性导电层，所述第二柔性导电层的第一端与所述第一柔性导电层接触、第二端与所述柔性衬底接触；

在所述柔性衬底未弯曲时，所述第二柔性导电层与所述第一柔性导电层的一部分之间存在间隙。

可选地，所述第一柔性导电层的电阻与所述第二柔性导电层的电阻不同。

可选地，所述第一柔性导电层的电阻小于所述第二柔性导电层的电阻。

可选地，所述第二柔性导电层以弯曲拱桥状设置于所述柔性衬底和所述第一柔性导电层的一部分之上。

可选地，所述第一柔性导电层中未位于所述第二柔性导电层之下的另一部分连接有电极；所述第二柔性导电层的所述第二端连接有电极。

可选地，所述第二柔性导电层与所述第一柔性导电层的一部分之间的间隙随着所述柔性衬底的弯曲程度的变化而变化。

第二方面，提供一种弯曲程度检测装置，包括：

多个沿第一方向级联的弯曲程度检测单元；和/或，多个沿第二方向级联的弯曲程度检测单元；所述第二方向与所述第一方向不同；

其中，所述弯曲程度检测单元包括第一方面提供的弯曲程度检测单元。

第三方面，提供一种可穿戴设备，所述可穿戴设备安装第一方面提供的弯曲程度检测单元；和/或，安装有第二方面提供的弯曲程度检测装置。

第四方面，提供一种弯曲程度检测方法，其特征在于，用于第一方面提供的所述的弯曲程度检测单元中，所述方法包括：

获取所述第一柔性导电层中各个部分的第一电阻参数、以及所述第二柔性导电层中各个部分的第二电阻参数；

根据所述第一电阻参数、所述第二电阻参数、以及所述第一电阻参数对应的等效电阻与所述第二电阻参数对应的等效电阻之间的连接关系，确定当前状态下所述弯曲程度检测单元的整体电阻值；

确定所述整体电阻值对应的弯曲程度。

可选地，所述第一电阻参数包括：所述第一柔性导电层中未位于所述第二柔性导电层之下的部分对应的第一电阻值、所述第一柔性导电层中与所述第二柔性导电层相接触的部分对应的第二电阻值、以及所述第一柔性导电层中与所述第二柔性导电层存在间隙的部分对应的第三电阻值；

所述第二电阻参数包括：所述第二柔性导电层中与所述第一柔性导电层相接触的部分对应的第四电阻值、所述第二柔性导电层中未与所述第一柔性导电层相接触的另一部分对应的第五电阻值。

本申请的有益效果在于：通过设置不导电的柔性衬底；位于柔性衬底之上、且与柔性衬底贴合的第一柔性导电层；和，位于第一柔性导电层的一部分之上的第二柔性导电层，第二柔性导电层的第一端与第一柔性导电层接触、第二端与柔性衬底接触；在柔性衬底未弯曲时，第二柔性导电层与第一柔性导电层的一部分之间存在间隙；可以解决现有的弯曲程度检测方式得到的检测结果不准确、且需要用户贴身穿着的问题；由于传统弯曲传感器需要借助布料或导电的弹性形变导致电阻变化，因此需要安装在紧贴身体的布料上否则无法获得足够的形变及信号变化，而本实施例中通过柔性导电层之间的接触面积变化导致电阻变化，不再需要穿着紧贴身体的弹性结构，可以用于制造相对宽松的服装传感器，一旦服装的某个区域发生弯曲形变即可获得电阻输出信号的变化；同时可以提高检测结果的准确性。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本申请一个实施例提供的弯曲程度检测单元的结构示意图；

图2是本申请一个实施例提供的弯曲程度检测单元的俯视图；

图3是本申请一个实施例提供的弯曲程度检测单元以较小幅度弯曲时的结构截面示意图；

图4是本申请一个实施例提供的弯曲程度检测单元以较大幅度弯曲时的结构截面示意图；

图5是本申请一个实施例提供的弯曲程度检测方法的流程图；

图6是本申请一个实施例提供的弯曲程度检测单元对应的等效电路图；

图7是本申请一个实施例提供的多个弯曲程度检测单元形成阵列的结构截面示意图；

图8是本申请一个实施例提供的多个弯曲程度检测单元形成阵列的俯视图；

图9是本申请一个实施例提供的弯曲程度检测场景的示意图；

图10是本申请另一个实施例提供的弯曲程度检测场景的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

图1是本申请一个实施例提供的弯曲程度检测单元的结构示意图，如图1所示，该弯曲程度检测单元至少包括：

不导电的柔性衬底11；

位于柔性衬底11之上、且与柔性衬底11贴合的第一柔性导电层12；和，

位于第一柔性导电层12的一部分之上的第二柔性导电层13，第二柔性导电层13的第一端131与第一柔性导电层12接触、第二端132与柔性衬底11接触；

在柔性衬底11未弯曲时，第二柔性导电层13与第一柔性导电层12的一部分之间存在间隙。

根据图2所示的俯视图(a)和(b)可知，第二柔性导电层13位于第一柔性导电层12的一部分之上。第一柔性导电层12的一部分的长度l为第一柔性导电层12的总长度L的一部分、宽度w为第一柔性导电层12的总宽度W，参考图2(a)；或者，第一柔性导电层12的一部分的长度l为第一柔性导电层12的总长度L的一部分、宽度W为第一柔性导电层12的总宽度W，参考图2(b)。

可选地，第一柔性导电层12的总长度L小于第二柔性导电层13的总长度L’。

可选地，第一柔性导电层12的电阻与第二柔性导电层13的电阻不同。在一个示例中，第一柔性导电层12的电阻小于第二柔性导电层13的电阻。

需要补充说明的是，第一柔性导电层12的电阻小于第二柔性导电层13的电阻是指第一柔性导电层12各个部分的电阻均小于第二柔性导电层13的电阻。可选地，第一柔性导电层12中不同部分的电阻值相同，第二柔性导电层13中不同部分的电阻值相同。

在一个示例中，第二柔性导电层13以弯曲拱桥状设置于柔性衬底11和第一柔性导电层12的一部分之上。本实施例中，第一柔性导电层12的一部分均是指其上设置有第二柔性导电层13的部分。

本实施例中，第一柔性导电层12中未位于第二柔性导电层13之下的另一部分连接有电极；第二柔性导电层13的第二端132连接有电极。

第二柔性导电层13与第一柔性导电层12的一部分之间的间隙随着柔性衬底11的弯曲程度的变化而变化。比如：参考图3和图4所示的间隙随着弯折程度的变化而变化的示意图。基于此原理，参考图5，弯曲程度检测单元还包括检测组件，该检测组件在使用过程中的弯曲程度的检测方法至少包括以下几个步骤：

步骤501，获取第一柔性导电层中各个部分的第一电阻参数、以及第二柔性导电层中各个部分的第二电阻参数。

第一电阻参数包括：第一柔性导电层中未位于第二柔性导电层之下的部分对应的第一电阻值、第一柔性导电层中与第二柔性导电层相接触的部分对应的第二电阻值、以及第一柔性导电层中与第二柔性导电层存在间隙的部分对应的第三电阻值；

第二电阻参数包括：第二柔性导电层中与第一柔性导电层相接触的部分R4对应的第四电阻值、第二柔性导电层中未与第一柔性导电层相接触的另一部分R5对应的第五电阻值。

弯曲程度检测单元中的检测组件(或称检测电路)可以获取到第一柔性导电层中各个部分电阻的电阻值以及第二柔性导电层中各个部分电阻的电阻值。

步骤505，根据第一电阻参数、第二电阻参数、以及第一电阻参数对应的等效电阻与第二电阻参数对应的等效电阻之间的连接关系，确定当前状态下弯曲程度检测单元的整体电阻值。

具体地，第二电阻值对应的等效电阻和第四电阻值对应的等效电阻相并联，并联后得到第一等效电阻；第三电阻值对应的等效电阻和第五电阻值对应的等效电阻相并联，并联后得到第二等效电阻；第一等效电阻的一端与第一电阻值对应的等效电阻串联，另一端与第二等效电阻串联的一端。第一等效电阻的另一端连接有电极、第五电阻值对应的等效电阻中未与第一等效电阻相连的一端连接有电极。

步骤503，确定整体电阻值对应的弯曲程度。

假设弯曲程度检测单元的当前状态为图1所示的未弯曲状态，则参考图6所示的与图1对应的等效电路图，基于图6所示的等效电路可知，R3处于断路状态，因此，对整体电阻值没有贡献，此时，未弯曲状态下的整体电阻值R_平通过下式表示：

R_平＝R1+(R2×R4)/(R2+R4)+R5

假设R2的电阻值远远小于R4的电阻值，则可近似为R_平＝R1+R2+R5。

当器件柔性衬底11发生弯曲，第二柔性导电层13与第一柔性导电层12弯曲，第二柔性导电层13与第一柔性导电层12之间的重叠区域增加(如图3)，此时，弯曲状态下的整体电阻值R_弯通过下式表示：

R_弯＝R'1+(R'2×R'4)/(R'2+R'4)+R'5；

R'1＝R1；

R'2＝R2+Δ1；

R'4＝R4+Δ2；

R'5＝R5-Δ2；

其中，Δ1为弯曲后第一柔性导电层12中增加的与第二柔性导电层13相接触的区域对应的电阻值；Δ2为弯曲后第二柔性导电层13中增加的与第一柔性导电层12相接触的区域对应的电阻值。

假设R2的电阻值远远小于R4的电阻值，则Δ1的值远远小于Δ2，R'2的电阻值远远小于R'4的电阻值，则R_弯可以近似表示为：

R_弯＝R'1+R'2+R'5＝R1+R2+R5+Δ1-Δ2＝R平+Δ1-Δ2。

此时，R_弯-R_平＝Δ1-Δ2＜0。

因此，当弯曲检测单元发生弯折后，其整体电阻值会相应减小，且弯曲程度越大，则第二柔性导电层13与第一柔性导电层12的接触面积越大，与未弯曲状态下的整体电阻值R_平的差值(Δ1-Δ2)就会越大，输出的电阻信号差也就越大。通过进一步精确校准第二柔性导电层13与第一柔性导电层12各个部分的电阻值，可以最终量化得出弯曲检测单元的弯曲变化角度与整体电阻值之间的函数对应关系，基于该函数对应关系可以确定出当前状态下的整体电阻值对应的弯曲程度。

综上所述，本实施例提供的弯曲检测单元，通过设置不导电的柔性衬底；位于柔性衬底之上、且与柔性衬底贴合的第一柔性导电层；和，位于第一柔性导电层的一部分之上的第二柔性导电层，第二柔性导电层的第一端与第一柔性导电层接触、第二端与柔性衬底接触；在柔性衬底未弯曲时，第二柔性导电层与第一柔性导电层的一部分之间存在间隙；可以解决现有的弯曲程度检测方式得到的检测结果不准确、且需要用户贴身穿着的问题；由于传统弯曲传感器需要借助布料或导电的弹性形变导致电阻变化，因此需要安装在紧贴身体的布料上否则无法获得足够的形变及信号变化，而本实施例中通过柔性导电层之间的接触面积变化导致电阻变化，不再需要穿着紧贴身体的弹性结构，可以用于制造相对宽松的服装传感器，一旦服装的某个区域发生弯曲形变即可获得电阻输出信号的变化；同时可以提高检测结果的准确性。

可选地，上述弯曲程度检测单元可以制备成阵列形式进行应用。由于某些应用场景下，需要监控的弯曲区域比较大，次数需要多个弯曲程度检测单元进行识别，或者弯曲只发生在整个柔性衬底表面的局部区域，这时候就比较适合采用弯曲程度检测单元阵列。基于上述实施例，本申请还提供一种弯曲程度检测装置，该弯曲程度检测装置包括多个沿第一方向级联的弯曲程度检测单元；和/或，多个沿第二方向级联的弯曲程度检测单元；第二方向与第一方向不同；其中，弯曲程度检测单元的相关描述参考上述实施例，本实施例在此不作赘述。

比如：参考图7所示的弯曲程度检测单元形成的阵列的结构截面示意图。

又比如：参考图8所示的弯曲程度检测单元形成的阵列沿第一方向排列和第二方向排列的俯视图，图8中以第一方向和第二方向相互垂直为例进行说明。本示例中，通过构造横竖纵横的弯曲程度检测单元阵列，当整个阵列平面的某一点发生弯曲形变时，通过纵横的输出电阻变化我们就可以定位形变的发生位置和形变程度，可以精确记录例如运动等过程中身体的动作和力度。

另外，在弯曲程度检测装置中，不同的弯曲程度检测单元可以共用同一柔性衬底；和/或，不同的弯曲程度检测单元使用不同的柔性衬底。

可选地，上述弯曲程度检测单元或者弯曲程度检测装置可以制备成可穿戴设备进行应用，该可穿戴设备包括但不限于：上衣、围巾、护肘、护膝等，本实施例不对可穿戴设备的实现方式作限定。此时，可穿戴设备安装有上述的弯曲程度检测单元；和/或，安装有上述的弯曲程度检测装置。

需要补充说明的是，本申请不对上述弯曲程度检测单元、弯曲程度检测装置和可穿戴设备的应用场景作限定，该应用场景包括但不限于几下几种：

第一种：参考图9，检测弯肘动作；

第二种：参考图10，检测仰头运动。

当然，还可以用于其它检测场景，本申请在此不再一一列举。

可选地，本申请还提供有一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序，所述程序由处理器加载并执行以实现上述方法实施例的阻塞检测方法。

可选地，本申请还提供有一种计算机产品，该计算机产品包括计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序，所述程序由处理器加载并执行以实现上述方法实施例的阻塞检测方法。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种弯曲程度检测单元，其特征在于，所述弯曲程度检测单元包括：

不导电的柔性衬底；

位于所述柔性衬底之上、且与所述柔性衬底贴合的第一柔性导电层；和，

位于所述第一柔性导电层的一部分之上的第二柔性导电层，所述第二柔性导电层的第一端与所述第一柔性导电层接触、第二端与所述柔性衬底接触；所述第一柔性导电层的电阻与所述第二柔性导电层的电阻不同；

在所述柔性衬底未弯曲时，所述第二柔性导电层与所述第一柔性导电层的一部分之间存在间隙。

2.根据权利要求1所述的弯曲程度检测单元，其特征在于，所述第一柔性导电层的电阻小于所述第二柔性导电层的电阻。

3.根据权利要求1所述的弯曲程度检测单元，其特征在于，所述第二柔性导电层以弯曲拱桥状设置于所述柔性衬底和所述第一柔性导电层的一部分之上。

4.根据权利要求1所述的弯曲程度检测单元，其特征在于，所述第一柔性导电层中未位于所述第二柔性导电层之下的另一部分连接有电极；所述第二柔性导电层的所述第二端连接有电极。

5.根据权利要求1所述的弯曲程度检测单元，其特征在于，所述第二柔性导电层与所述第一柔性导电层的一部分之间的间隙随着所述柔性衬底的弯曲程度的变化而变化。

6.一种弯曲程度检测装置，其特征在于，包括：

多个沿第一方向级联的弯曲程度检测单元；和/或，多个沿第二方向级联的弯曲程度检测单元；所述第二方向与所述第一方向不同；

其中，所述弯曲程度检测单元包括权利要求1至5任一所述的弯曲程度检测单元。

7.一种可穿戴设备，其特征在于，所述可穿戴设备安装有权利要求1至5任一所述的弯曲程度检测单元；和/或，安装有权利要求6所述的弯曲程度检测装置。

8.一种弯曲程度检测方法，其特征在于，用于权利要求1至5任一所述的弯曲程度检测单元中，所述方法包括：

获取所述第一柔性导电层中各个部分的第一电阻参数、以及所述第二柔性导电层中各个部分的第二电阻参数；

根据所述第一电阻参数、所述第二电阻参数、以及所述第一电阻参数对应的等效电阻与所述第二电阻参数对应的等效电阻之间的连接关系，确定当前状态下所述弯曲程度检测单元的整体电阻值；

确定所述整体电阻值对应的弯曲程度。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

所述第一电阻参数包括：所述第一柔性导电层中未位于所述第二柔性导电层之下的部分对应的第一电阻值、所述第一柔性导电层中与所述第二柔性导电层相接触的部分对应的第二电阻值、以及所述第一柔性导电层中与所述第二柔性导电层存在间隙的部分对应的第三电阻值；

所述第二电阻参数包括：所述第二柔性导电层中与所述第一柔性导电层相接触的部分对应的第四电阻值、所述第二柔性导电层中未与所述第一柔性导电层相接触的另一部分对应的第五电阻值。

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