CN117412730A - 尿布感测装置 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于附接至尿布的外表面的感测装置。感测装置包括可扩张构件，该可扩张构件包括在多个附接点之间延伸的一个或多个弹性元件，其中这些附接点被配置成将可扩张构件固定地附接至尿布的外表面，并且其中所述一个或多个弹性元件被配置成随着所述多个附接点分开而拉伸，使得所述可扩张构件被配置成根据所述尿布的膨胀而扩张。感测装置还包括耦合到可扩张构件的检测器单元，其中检测器单元被配置为检测可扩张构件的扩张，并且还被配置为基于检测到的可扩张构件的扩张来确定尿布丰满度参数。

Description

尿布感测装置

技术领域

本发明涉及一种用于附接至尿布外表面以确定尿布丰满度参数的感测装置。本发明还涉及一种尿布和感测装置的组合。感测装置的感测元件可附接至或集成到尿布的外表面上。

背景技术

尿布/尿片、失禁垫和内裤(underwear)等失禁产品允许穿戴者在不使用厕所的情况下小便和/或排便。失禁产品包括吸收层以容纳尿液和/或粪便并防止泄漏到外衣上。失禁产品可用于儿童(尿床)和成人，特别是那些患有失禁相关疾病的人。当尿布或其他失禁产品被尿液和/或粪便弄脏时，通常需要由另一个人(例如护理人员)进行更换。由于尿布穿戴者可能经常无法自己更换尿布，或者甚至无法告知尿布需要更换，因此护理人员必须全天定期手动检查尿布是否被弄脏。这导致可能不必要的更换尿布，从而浪费了护理人员的宝贵时间和相关费用。另一方面，如果不定期地更换尿布可能会导致诸如穿戴者感觉不舒服、对穿戴者尊严的负面影响和/或皮肤问题(例如皮疹、褥疮和感染)等问题。

因此，需要一种改进的方法来检测尿布或其他失禁产品的丰满度。检测尿布的丰满度对婴儿也很有用。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于附接至尿布的外表面的感测装置。感测装置包括可扩张构件。可扩张构件包括在多个附接点之间延伸的一个或多个弹性元件。附接点配置成将可扩张构件固定地附接至尿布的外表面。优选地，一些或所有附接点设置在尿布的边缘(例如松紧边缘)上或附近。一个或多个弹性元件配置成当附接点分开时拉伸，使得可扩张构件配置成根据尿布的膨胀(即，当尿布充盈时)扩张。感测装置还包括耦合至可扩张构件的检测器单元。检测器单元被配置成检测可扩张构件的扩张。检测器单元还被配置为基于检测到的可扩张构件的扩张来确定尿布丰满度参数。

根据本发明的第二方面，提供了一种尿布和感测装置组合，其包括尿布和上述感测装置。感测装置还包括被配置为向感测装置供电的电子控制和电源单元。电子控制和电源单元优选地包括上述检测器单元。可扩张构件的附接点固定地附接至尿布的外表面。

在一些示例中，在尿布制造完成之后，感测装置被附接至尿布的外表面。在其他示例中，感测装置的可扩张构件在制造期间被集成到尿布的外表面上(即，创建在尿布的外表面上)。然后检测器单元可以(例如经由环)附接至可扩张构件。

在下面的具体实施方式中还描述了本发明的其他有利方面。

附图说明

为了能够更容易地理解本发明，现在将仅以示例的方式参考附图，其中：

图1是附接至尿布的外表面的示例性感测装置的平面图。

图2-8是附接至尿布的外表面的示例性感测装置的替代构造的平面图。

图9a是与图1-8中任意一个的感测装置一起使用的示例性光学检测器的剖视图。在图9a中，感测装置的可扩张构件处于未扩张状态。

图9b是图9a的布置的平面图。

图9c是当感测装置的可扩张构件处于扩张状态时图9a-9b中的示例性光学检测器的剖视图。

图9d是图9c的布置的平面图。

图10是与图1-8中任意一个的感测装置一起使用的替代的示例性光学检测器的平面图。光学检测器包括多个连接件。

图11a是与图1-8中任意一个的感测装置一起使用的替代的示例性光学检测器的剖视图。在图11a中，感测装置的可扩张构件处于未扩张状态。

图11b是当感测装置的可扩张构件处于扩张状态时图11a中的示例性光学检测器的剖视图。

图12是与图1-8中任意一个的感测装置一起使用的替代的光学检测器的平面图。

图13是与图1-8中任意一个的感测装置一起使用的多个示例性光学检测器的平面图。

图14是附接至尿布的外表面的替代的示例性感测装置的平面图，该感测装置包括三个传感器元件。

图15是图14的布置的部分平面图，示出了图14的示例性感测装置的其他特征。

图16是附接至尿布的外表面的替代的示例性感测装置的平面图。

图17是附接至尿布的外表面的替代的示例性感测装置的平面图。

图18是用于测量电阻并与图16的示例性感测装置一起使用的惠斯通电桥的电路图。

图19是用于测量电容并与图16的示例性感测装置一起使用的电容电桥的电路图。

图20是用于为任意示例性感测装置供电的示例性电子控制和电源单元的立体图。

图21是用于确定尿布丰满度参数的体积vs时间数据的示例性图。

图22是尿布外表面上的感测装置的示例性集成传感器配置的平面图。

图23a是用于测量运动并与任意示例性感测装置一起使用的陀螺仪的电路图。

图23b是用于测量运动并与任意示例性感测装置一起使用的加速度计的电路图。

具体实施方式

本文描述了适合于附接至尿布的外表面的多个感测装置。每个感测装置包括可扩张构件。可扩张构件包括在多个附接点之间延伸的一个或多个弹性元件。附接点配置成将可扩张构件固定地附接至尿布的外表面。优选地，部分或全部附接点设置在尿布的边缘上或附近，例如松紧边缘。一个或多个弹性元件配置成当附接点分开时拉伸，使得可扩张构件配置成根据尿布的(体积)膨胀而扩张。感测装置还包括与可扩张构件耦合的检测器单元。检测器单元被配置为检测可扩张构件的扩张。检测器单元还被配置为基于检测到的可扩张构件的扩张来确定尿布丰满度参数。检测器单元可以包括被配置为检测运动的陀螺仪或加速度计。例如，陀螺仪或加速度计可以检测尿布穿戴者在尿布使用期间的运动。

本文还描述了一种尿布和感测装置的组合，其包括尿布和上述感测装置。该感测装置还包括被配置为为感测装置供电的电子控制和电源单元。电子控制和电源单元优选地包括上述检测器单元。可扩张构件的附接点固定地附接至尿布的外表面。在一些示例中，在尿布已经制造完成之后，感测装置被附接至尿布的外表面。在其他示例中，感测装置的可扩张构件在制造期间被集成到尿布的外表面上(即创建(created)在尿布的外表面上)。然后检测器单元可以(例如经由一环)附接至可扩张构件。

尿布在本文中也可以类似地称为尿片。尿布的尺寸可以被设计为由成年人、儿童或婴儿穿着，并且可以具有任何合适的设计和吸收性。如上所述，感测装置可以与尿布分开生产，因此可以应用于任何类型的尿布或其他失禁产品。在尿布已经制造完成之后，感测装置被附接至尿布的外表面。或者，感测装置的可扩张构件可以在尿布制造过程期间集成到尿布的外表面上(即，创建在尿布的外表面上)，并且检测器单元在后面的某个时刻被附接。这些与现有的尿布湿度/丰满度感测技术形成对比，在现有技术中，有源感测元件(例如电气和化学元件)是单独生产并集成到尿布内部的，且有源感测元件与尿布的尿液吸收层物理接触，这是复杂且昂贵的。

图1显示了附接在尿布上的感测装置的示例。图1示出了尿布1600在被穿着之前的平面图，其具有外表面1590。尿布1600包括连接至腰带部分31的前部1530。尿布1600的前部1530通过胯部区域1540连接到尿布1600的后部1570。当尿布1600被穿着时，尿布1600的前部1530定位成抵靠穿戴者的耻骨区域和下腹部，尿布1600的后部1570定位成抵靠穿戴者的底部，并且尿布1600的胯部区域1540定位在穿戴者的腹股沟上和他们的两腿之间。尿布1600具有围绕穿戴者腿部顶部延伸的松紧边缘1560。松紧边缘1560是可拉伸的，以允许尿布舒适地穿着，并且跟随穿戴者的身体轮廓以阻止液体从尿布1600泄漏。尿布1600的外表面1590通常由非拉伸材料制成。在这种情况下，由于松紧边缘1560，并且因为当穿戴者第一次穿上尿布1600时(即尿布不含粪便/尿液时)外表面1590被构造地相对宽松，所以尿布1600仍然能够膨胀。此外，尿布材料的折痕(如下所述)有助于膨胀。

图1还示出了附接至尿布1600的感测装置。感测装置包括与检测器单元5耦合的可扩张构件1602。可扩张构件1602包括在多个附接点45、1510之间延伸的弹性元件1604。附接点被构造成将可扩张构件1602固定地附接至尿布1600的外表面。

在尿布已经制造完成之后，感测装置可以经由附接点附接至尿布，并且在这种情况下，感测装置既是可拆卸的又是可重复使用的。或者，可扩张构件可以在制造期间就集成到尿布的外表面上(即，创建在尿布的外表面上)。在这种情况下，可扩张构件在尿布制造过程中作为尿布的一组成部分创建在尿布的外部顶面材料上。这可以通过不同的方式来实现。例如，众所周知，一些尿布包括顶层非拉伸材料，该顶层非拉伸材料放置在可拉伸聚合物(例如，橡胶类)底层材料的顶部并粘合到其上。在尿布制造过程中，可以将这两层材料在选定区域折起来，以形成弹性、耐磨的尿布。例如，尿布的折痕区域在穿着时会拉伸。如果尿布不包括可拉伸底层，则可以改变顶面材料的成分以使其具有弹性(可以使整个顶部材料具有弹性或仅使选定区域具有弹性)。在尿布制造过程中，可扩张构件可形成(例如，集成)在尿布的外表面上的这些折痕区域中。优选地，折痕区域沿制造过程的方向形成。图22显示了集成传感器配置的示例。当折痕区域318随着尿布填充而拉伸时，中部元件402受到拉力。锯齿状实线代表顶层非拉伸材料。锯齿状虚线代表可拉伸聚合物底层材料。中部元件402可以集成到尿布的外表面上(即，创建在尿布的外表面上)。中部元件402上的拉力对检测器单元5施加拉力，导致检测器单元5中产生的检测信号的变化。下面更详细地描述该扩张测量。

当尿布1600的外表面由非拉伸材料制成时(通常是这种情况)，重要的是至少一些附接点定位在尿布1600的边缘上或靠近边缘(例如松紧边缘1560)，以便捕捉尿布膨胀。在这方面，图1仅是示意性表示，应当理解，角部的附接点1510实际上可以布置为非常靠近尿布的侧向(松紧)边缘1560。或者，还可存在将弹性元件1604连接至尿布1600的松紧边缘1560的其他附接点。不过，如果在制造过程期间在尿布的外表面上形成可扩张构件，则并不一定要将附接点定位在尿布边缘上或附近。这是因为当尿布体积增大时(例如，当尿布填充尿液和/或粪便时)，尿布的折痕区域将自然地膨胀。因此，并不一定需要用到尿布的松紧边缘。检测器单元5安装在尿布1600的腰带31上。或者，检测器单元5可以安装在尿布1600的外表面1590的任何其他合适部位，例如尿布1600的前部1530(其靠近腰带31)。检测器单元5耦合到可扩张构件1602。例如，在图1中，附接点包括直接耦合到检测器单元5的检测器单元附接点45。检测器单元附接点45位于尿布1600的前部1530的在尿布1600的腰带部分31的正下方的中部，或者位于尿布1600的腰带部分31上的中部。检测器单元5被配置成当尿布1600膨胀时检测可扩张构件1602的扩张。检测器单元5可包括光学检测器、电阻检测器、电容检测器或适合于感测可扩张构件1602的扩张的任何其他检测器。在检测器单元5内还可以有用于数据存储和通信的其他电子设备，例如陀螺仪或加速度计，其被配置为检测尿布穿戴者在尿布使用期间的运动。

在图1中，可扩张构件1602的弹性元件1604是弹性贴片。附接点包括位于弹性贴片的角处的附接点1510。因此，图1的可扩张构件1602仅包括一个呈矩形弹性贴片形式的弹性元件1604，该弹性元件1604在多个附接点45、1510之间延伸，并位于尿布1600的前部1530、胯部区域1540和后部1570的大部分区域的中央。其中两个附接点1510位于尿布1600的前部1530上，在弹性贴片的前两个角处，这两个附接点1510与腰带31等距。另外两个附接点1510位于尿布1600的后部1570，在弹性贴片的剩下的两个角处。可以存在将弹性贴片1604连接至尿布的松紧边缘1560的其他附接点。当尿液和/或粪便进入尿布1600内部时，弹性贴片可以根据尿布1600的体积膨胀而扩张。在图1中，弹性贴片是矩形的。然而，弹性贴片可以是任何合适的形状，例如正方形、圆形或椭圆形。附接点1510可定位在弹性贴片的角处或围绕弹性贴片的边缘/周缘。

在图1中，可扩张构件1602的尺寸和形状被设计成覆盖尿布1600的外表面1590的大部分区域。在一些示例中，可扩张构件可以覆盖尿布的前部、尿布的后部、尿布的胯部区域、尿布的松紧边缘中的每一个或其组合的大部分。例如，在图1中，可扩张构件1602覆盖尿布1600的前部1530的大部分、尿布1600的胯部区域1540的大部分以及尿布1600的后部1570的大部分。在其他示例中，可扩张构件1602的尺寸和形状可被设计成延伸跨过尿布1600的胯部区域1540的整个宽度(参见图7的一个示例)。

附接点45、1510构造成将可扩张构件1602固定地附接至尿布1600的外表面1590。例如，附接点45、1510使用附接机构(例如胶水、粘合剂、超声结合、钩环垫(hook-and-looppads)、按扣(poppers)、磁体、缝合、铆接、焊接或任何其他合适的附接机构)固定地附接。如上所述，固定可以在尿布的制造期间或之后进行。可扩张构件1602的附接点45、1510可固定地附接至尿布1600的前部1530、尿布1600的后部1570、尿布1600的胯部区域1540、尿布1600的松紧边缘1560、或其组合。

当尿布1600膨胀时，附接点45、1510进一步分开，这在检测器单元附接点45上产生远离检测器单元5的拉力，如稍后将更详细讨论的。弹性元件1604被配置为随着附接点45、1510分开而拉伸，使得弹性元件1604随着尿布1600的膨胀而扩张。换句话说，当尿布1600填充尿液和/或粪便时，弹性元件1604根据尿布1600的膨胀而自由地改变长度和宽度。为了便于拉伸，弹性元件1604可以由弹性体材料制成，例如，具有低杨氏模量和高破坏应变的弹性体材料。选择弹性体的材料特性，使其根据尿布材料起作用。例如，弹性体材料紧密地跟随尿布材料的膨胀特性，特别是在尿布1600的松紧边缘1560处。弹性元件1604可以由导电或非导电聚合物制成。如果感测装置被配置为：当尿液和/或粪便进入尿布1600内部时，当材料随着尿布1600扩张时，检测电阻或电容的变化，则导电的弹性体材料尤其有用(参见下文结合图16和图17描述的示例)。

在使用中，感测装置被配置为基于检测到的可扩张构件1602的扩张来确定尿布丰满度参数。当尿布1600填充尿液和/或粪便时，它开始扩张。当尿布1600膨胀时，附接点45、1510彼此分开，从而在附接点45、1510之间产生相对位移。进而，这导致弹性元件1604拉伸。检测器单元5被配置为通过(间接地)检测附接点45、1510之间的相对位移来检测可扩张构件1602的扩张。例如，当尿布1600膨胀并且附接点45、1510远离彼此时，附接点45、1510之间产生相对位移。当弹性元件1604拉伸时，其经由检测器单元附接点45在检测器单元5上施加拉力，导致检测器单元5中产生的检测信号的变化。换句话说，检测器单元5检测由尿布1600的膨胀引起的对检测器单元5的拉力。检测信号的变化与由于尿液和/或粪便进入尿布1600内部而导致的尿布1600的总体积膨胀成比例。如下面参考图9-17更详细地描述的，检测器单元5生成模拟或数字电信号的输出信号，其表示位移因此表示尿布膨胀。当尿液和/或粪便进入尿布1600时，检测到的可扩张构件1602的扩张与总体尿布膨胀成比例。因此，检测器单元5间接响应于尿布1600的外表面1590上的附接点45、1510之间的位移变化。这与现有方法形成对比，在现有方法中，使用尿布内部的湿度传感器来感测尿布的湿度/湿度，或者使用压力传感器来感测穿戴者和尿布之间增大的径向压力，从而确定尿布丰满度。检测器单元5可以使用任何位移或应变检测器技术来检测位移，但是如下所述的优选示例包括光学检测器、电容检测器和/或电阻检测器。

图2示出了附接至尿布1600的外表面1590的感测装置的可扩张构件1602的替代构造。在该构造中，附接点包括第一附接点4080，该第一附接点4080经由纵向弹性元件4010连接到检测器单元附接点45。例如，检测器单元附接点45定位在检测器单元5附近，如图1所示。第一附接点4080位于尿布1600的后部1570的中部。纵向弹性元件4010可以是在第一附接点4080和检测器单元附接点45处附接至尿布1600的中部松紧带或松紧线。纵向弹性元件4010的其余长度自由扩张。附接点还包括经由一或多个横向弹性元件4015、4030、4060连接至纵向弹性元件4010的一个或多个第二附接点4005。第二附接点4005定位成靠近弹性件的侧向(松紧)边缘1560。在图2中，横向弹性元件4015、4030、4060定位成使得一个横向弹性元件4015位于尿布的前部1530上，一个横向弹性元件4030位于尿布1600的胯部区域1540上，一个横向弹性元件4060位于尿布1600的后部1570上。横向弹性元件4015、4030、4060朝向尿布1600的松紧边缘1560延伸，以便捕获尿布1600的松紧边缘1560处的尿布膨胀。横向弹性元件4015、4030 4060也可以是松紧带或松紧线，并且在其端部处的附接点4005之间自由扩张。当尿布膨胀时，横向弹性元件4015、4030、4060在纵向弹性元件4010上施加附加力，从而在检测器单元5上施加附加力。有利地，这些横向弹性元件4015、4030、4060允许更准确地测量尿布1600的膨胀，因为尿布1600的外表面1590被可扩张构件1602更多地覆盖。弹性元件4010、4015、4030、4060沿两个不同方向(图2中的水平方向和竖直方向)延伸。因此，可以更准确地检测附接点45、4080、4005的相对位移，从而更准确地确定尿布1600的体积膨胀。在一个示例中，横向弹性元件4030可以完全延伸至尿布1600的松紧边缘1560。在这种情况下，横向弹性元件4030的扩张将跟随松紧边缘1560的扩张，从而有助于考虑穿戴者身体的运动。图2涉及在尿布已经制造完成之后将感测装置附接至尿布的外表面的示例，以及在制造期间将感测装置的可扩张构件集成到尿布的外表面上的示例。

图3示出了感测装置的可扩张构件1602的替代构造。在该构造中，存在经由中部弹性元件4010连接到检测器单元附接点45的中部接合点4045。中部接合点4045(由图3中的阴影圆圈示出)没有固定地附接至尿布1600的外表面1590，因此当尿布1600膨胀时可以自由移动。在图3中，中部接合点4045居中地定位在尿布1600的前部1530上，并且中部弹性元件4010在中部接合点4045和检测器单元附接点45之间居中地延伸跨过尿布1600的前部1530。附接点还包括围绕中部接合点4045间隔开的多个附接点4070、4080，多个附接点4070、4080经由相应的径向弹性元件4025连接到中部接合点4045。在图3中，多个附接点4070、4080主要定位在尿布1600的胯部区域1540中，靠近尿布1600的松紧边缘1560。此外，多个附接点4070、4080中的一些附接点定位在尿布1600的后部1570上，靠近尿布1600的松紧边缘1560。附接点4070、4080的间隔有助于扩张检测，因为每个径向弹性元件4025增大了中部弹性元件4010所承受的力，并因此增大了检测器单元5所承受的力。弹性元件4010、4025在附接点45、4080、4070之间自由扩张。可扩张构件1602还可以包括连接在多个附接点4070、4080之间的其他弹性元件。例如，在图3中，另一横向弹性元件4075连接在尿布1600的后部1570上的附接点4070之间，靠近尿布1600的松紧边缘1560。图3涉及在尿布已经制造完成之后将感测装置附接至尿布的外表面的示例，以及在制造期间将感测装置的可扩张构件集成到尿布的外表面上的示例。

图4-6示出了感测装置的可扩张构件的其他替代构造。在这些构造中，可扩张构件的弹性元件包括布置成多边形的多个弹性元件，并且附接点位于多边形的一个或多个角处。例如，在图4中，多个弹性元件3050布置成菱形形状，在菱形的两个角处具有两个附接点3070。这两个附接点3070位于胯部区域1540中——一个靠近左松紧边缘1560，另一个靠近右松紧边缘——并且固定地附接至尿布1600的外表面1590。还有两个接合点3111(由图4中的阴影圆圈示出)在菱形的另外两个角处连接到可扩张元件3050。两个接合点3111不附接至尿布1600的外表面1590，因此当尿布1600膨胀时可自由移动。两个接合点3111的其中一个是居中地位于尿布1600的前部1530上的前接合点，另一个是居中地位于尿布1600的后部1570上的后接合点。菱形位于尿布1600的胯部区域1540的中央且主要位于尿布1600的胯部区域1540，并且部分地延伸跨过尿布1600的前部1530和后部1570。还有居中地定位在尿布1600上的纵向弹性元件3090(类似于图2的纵向弹性元件4010)。纵向弹性元件3090在后附接点3040和检测器单元附接点45之间附接至尿布1600，其中后附接点3040居中定位在尿布1600的后部1570上，检测器单元附接点45居中定位在尿布1600的前部1530上，靠近检测器单元5。后附接点3040和检测器单元附接点45都固定地附接至尿布1600的外表面1590。纵向弹性元件3090还连接到前接合点和后接合点3111。其他弹性元件3020也可以连接到纵向弹性元件3090，并通过附接点3010连接到尿布1600的外表面1590。例如，在图4中，额外的弹性元件3020通过在尿布1600的前部1530上并且靠近尿布1600的松紧边缘1560的附接点3010、垂直地跨过纵向弹性元件3090地附接至尿布1600的外表面1590。

如图5所示，在检测器单元附接点45和后附接点3040之间，也有附接至尿布1600的中部纵向弹性元件3090。后附接点3040居中地定位在尿布1600的后部1570上，如图4所示。中部弹性元件3090还连接至布置成多边形的多个弹性元件3050中的至少一个。在图5中，多个弹性元件3050布置成矩形，在矩形的每个角处有一个附接点3070。在该构造中，每个附接点3070、3040、45被固定地附接至尿布1600的外表面1590，靠近尿布1600的边缘。矩形被定位在与图1的弹性贴片1604基本相似的位置。具体地，矩形定位成使得第一横向弹性元件跨过尿布1600的前部1530，基本上平行于尿布1600的腰带。两个基本上垂直于第一横向弹性元件延伸的纵向弹性元件跨过胯部区域1540，并且到达尿布1600的后部1570。还有一个跨过尿布1600的后部1570、基本上平行于第一横向元件的第二横向弹性元件。还可以使用任何合适的多边形构造，例如正方形、五边形、六边形等。

图6示出了与图5相同的可扩张构件1602的构造，除了在图6中可扩张构件1602还包括在两个纵向弹性元件之间延伸的横向弹性元件3005。另外，横向弹性元件集中在多边形的指定区域515内。例如，在图6中，指定区域515是尿布1600的胯部区域1540的主要部分和后部1570的主要部分。横向元件3005集中在该区域515中，以便在检测尿布1600的膨胀时提供更高的灵敏度。当尿液(例如，50至100ml)最初进入尿布1600时，尿布1600的膨胀首先发生在该区域515中。然而，此时的膨胀可能非常小。横向弹性元件3005允许更准确地捕获该区域515中的扩张力。或者，如图1所示，弹性元件可包括用于类似目的的弹性贴片。

图7示出了感测装置的可扩张构件1602的另一种替代构造。在该构造中，弹性元件包括弹性网5480，并且附接点包括在弹性网5480的周缘处的附接点5160。附接点还包括检测器单元附接点45(类似于如上所述的检测器单元附接点45)居中地位于尿布1600的前部1530，靠近检测器单元5(其安装在尿布1600的腰带上)。弹性元件还包括居中地位于尿布1600的前部1530上的纵向弹性元件4010。纵向弹性元件4010在前接合点5050与检测器单元附接点45之间延伸，其中前接合点5050居中地定位在尿布1600的前部1530上。前接合点5050(由图7中的阴影圆圈示出)没有附接至尿布1600的外表面1590，并且因此可随着尿布1600膨胀而自由移动。检测器单元附接点45固定地附接至尿布1600的外表面1590。弹性网5480通过前接合点5050连接到中部纵向弹性元件4010。弹性网5480还附接至后接合点5055，后接合点5055居中地定位在尿布1600的后部1570上。后接合点5055(也由图7中的阴影圆圈示出)没有附接至尿布1600的外表面1590，并且因此可随着尿布1600膨胀而自由移动。短弹性元件4015从后接合点5055延伸到位于尿布1600的后部1570更上方的另一个附接点5060。附接点5060固定地附接至尿布1600的外表面1590。位于弹性网5480的周缘的附接点5160沿着尿布1600的松紧边缘1560定位，即，附接点5160定位在胯部区域1540的两个弯曲边缘上，其中尿布1600在胯部区域1540围绕穿戴者的腿部成形。附接点5160固定地附接至尿布1600的外表面1590。在附接点5160和接合点5050、5055之间，弹性网5480自由拉伸。弹性网5480可覆盖尿布1600的胯部区域1540的大部分。例如，弹性网5480的尺寸和构造可被设计成延伸跨过尿布1600的胯部区域1540的整个宽度，如图7所示。在替代示例中，弹性网5480还可以覆盖尿布1600的前部1530和后部1570表面的大部分。有利地，使用弹性网5480允许更大的力(来自膨胀的尿布1600)被捕获并传递至中部弹性元件4010，从而被检测器单元检测到。

图8示出了感测装置的可扩张构件1602的另一种替代构造。在该构造中，附接点580经由一个或多个弹性元件590连接以形成蜿蜒图案，附接点580定位在蜿蜒图案的每一转弯处。检测器单元5安装在尿布1600的腰带部分上。附接点还包括检测器单元附接点45，检测器单元附接点45居中地定位在尿布1600的前部、靠近检测器单元5。其他附接点580包括六个前附接点以及五个后附接点，其中六个前附接点大致线性且横跨尿布1600的前部设置，五个后附接点大致线性且横跨尿布1600的后部设置。六个前附接点固定地附接至尿布1600的前外表面靠近尿布的前部上边缘(即，靠近腰带)。五个后附接点固定地附接至尿布1600的后外表面靠近尿布的后部上边缘(即，靠近后腰带)。弹性元件590之一从中部检测器单元附接点45向下延伸并横向跨过尿布1600的前部朝向两个外侧的前附接点580。其余弹性元件590呈蜿蜒图案的形式在尿布1600的外表面上大致纵向地(纵长地)延伸。具体地，两个另外的弹性元件590纵向地(纵长地)延伸，从两个外侧的前附接点580中的每一个沿尿布1600的前部、胯部区域向下并且向上到尿布1600的后部，以到达两个外侧的后附接点580。然后，弹性元件590以在前附接点和后附接点之间的蜿蜒构造连接至其余附接点580，其中在每一转弯处都有一个附接点。当尿布1600膨胀时，弹性元件590在附接点580、45之间自由拉伸。弹性元件590比图1-7的弹性元件更细，以便允许弹性元件625更容易蜿蜒。例如，在图8中，弹性元件625可以由弹性材料的细条或细线或细丝制成。图4-8涉及在尿布已经制造完成之后将感测装置附接至尿布的外表面的示例，以及在制造期间将感测装置的可扩张构件集成到尿布的外表面上的示例。

在使用中，在所有上述构造中，检测器单元5可被配置为通过感测检测器单元附接点45与至少一个其他附接点之间的相对位移来检测可扩张构件1602的扩张。例如(参见图2)，当尿布1600膨胀时，附接点4080可能会远离检测器单元附接点45地移动，从而在附接点45、4080之间产生相对位移。检测器单元附接点45和至少一个其他附接点4080之间的相对位移导致可扩张构件1602沿远离检测器单元5的方向拉动检测器单元附接点45。这导致检测器单元5上的成比例的拉力，从而导致检测器单元5中产生的检测信号的变化。换句话说，检测器单元检测由尿布的膨胀引起的对检测器单元的拉力。检测信号的变化与由于尿液和/或粪便进入尿布1600内部而导致的尿布1600的总体积膨胀成比例。现在将描述用于检测可扩张构件1602的扩张的不同示例。

光学检测器

图9a-9d示出了包括光学检测器的检测器单元2的示例，用于与上述感测装置中的任意一个一起使用。图9a和图9b分别示出了定位在处于未膨胀状态的尿布1上的检测器单元2的前剖视图和平面剖视图——尿布1穿在身体上但未被使用，即尿布1中没有尿液和/或粪便，因此尿布1中不存在额外的拉伸(除了使尿布适合穿戴者所需的拉伸之外，例如围绕穿戴者的腿部的顶部的松紧边缘的拉伸以及松紧腰带的拉伸)。尿布1相当于上面参照图1-8描述的尿布1600。

检测器单元2包括外壳10、光源6、光检测器140、第一管70、第二管100、光纤50以及至可扩张构件(例如，根据上面图1-8的可扩张构件1602)的检测器单元附接点45的连接件56。为了简单起见，除了检测器单元附接点45之外，图9a-9d中未示出可扩张构件。光源6可以是发光二极管(LED)。光检测器140可以是光电检测器。壳体10安装在尿布1上。例如，壳体10可以安装在尿布1的腰带上。

壳体10是两部分式壳体，并且壳体10的两部分被开口34分开。壳体10具有两端——一端位于壳体10的第一部分的远端，另一端位于壳体10的第二部分的远端。光源6安装在壳体10的一端，光检测器140安装在壳体10的与光源6相对的另一端。第一管70和第二管100沿着光源6和光检测器140之间的路径的相应部分同轴地安装在壳体10中。因此，第一管70位于壳体10的第一部分内，光源6位于第一管70的第一端。第二管100位于壳体10的第二部分内，光检测器140位于第二管100的第二端。壳体10的两个部分，且第一管70和第二管100，通过开口34间隔开(例如，高达4cm)。类似地，第一管70和第二管100也被开口34间隔开。

光纤50延伸穿过第一管70和第二管100。光纤50的第一端定位成邻近光源6并固定在光源6的前面。光纤50的第二端定位成邻近光检测器140，但不固定就位。在光纤50的第二端和光检测器140之间存在间隙120。光纤50的至少中心部分暴露在管70、100之间的开口34中(即，光纤50的中心部分不包含在管70、100中或外壳10内)。管70、100的内径优选地稍大于光纤50的外径，使得光纤50在管70、100内的移动受到一定程度的限制，并且使得光纤50在使用时基本上保持在管70、100内。

如前所述，检测器单元附接点45形成可扩张构件的一部分；可扩张构件的其余部分未在图9a-9d中示出。检测器单元附接点45用于将可扩张构件连接到检测器单元2。具体地，非弹性连接件56在检测器单元附接点45和光纤50的暴露部分之间延伸。

在使用中，通过电子控制和电源单元(未示出)向检测器单元2供电。电子控制和电源单元可以是内部或外部电源，例如电池。向检测器单元2供电使得来自光源6的光穿过光纤50和间隙120传播到光检测器140。光检测器140被配置为生成与从光源6接收的光量相对应的输出信号。当尿布1被穿着并且尿布1处于未膨胀状态时(即，尿布1内部没有尿液和/或粪便，如图9a和图9b)，可扩张构件和连接件56被最小程度地拉紧，并且光检测器140产生对应于尿布1的未膨胀状态的输出信号。在该未膨胀状态下，间隙120具有长度d1。

图9c和图9d示出了检测器单元2和处于膨胀状态的尿布1的前剖视图和平面剖视图——当尿布1开始填充尿液和/或粪便并开始膨胀(即，尿布1的体积膨胀)时。这导致附接至尿布1的外表面的可扩张构件扩张。如上所述，除了检测器单元附接点45之外，图9a-9d中未示出可扩张构件。该扩张由检测器单元2测量。检测器单元2被配置成使得从光源6到达光检测器140的光量根据检测器单元附接点45和至少一个其它附接点之间的相对位移(例如图2中附接点4080和检测器单元附接点45之间的相对位移)而变化，从而产生来自光检测器140的输出信号的变化。换句话说，当尿布1膨胀时，可扩张构件的附接点彼此移位，导致可扩张构件的一个或多个弹性元件拉伸(例如，图2中的纵向弹性元件4010)。这又在检测器单元附接点45和连接件56上产生拉力。连接件56朝检测器单元附接点45的方向(即远离检测器单元2的外壳10)拉动光纤50的暴露的中心部分，使得光纤50偏转。仅当可扩张构件向光纤50施加力时，光纤50才被迫运动。光纤50的偏转在图9d中最清楚地看到并且导致光纤50的第二端和光检测器140之间的间隙120的变化。由于光纤50的第二端没有固定就位，它可以自由地纵向移动通过第二管100，从而允许间隙120的变化。间隙120从d1(在图9a和图9b的未膨胀状态下)增大到较大值d2(在图9c和图9d的膨胀状态下)。间隙120的这种增大减少了光检测器140从光源6接收的光量。照射到光检测器140的发射光的比例随着间隙120大小的增大而减少。因此，当尿布1内有尿液和/或粪便进入时，光检测器140产生的输出信号减小，表明尿布1已经膨胀。具体地，光检测器140接收到的光信号与尿布膨胀成反比。基于此，可以确定尿布丰满度参数。

类似地，如果尿布1的膨胀减小(例如，由于尿液从尿布1泄漏)，则光纤50的暴露的中心部分上的拉力减小。这样，光纤50的暴露部分沿远离检测器单元附接点45的方向(即，朝向检测器单元2)往回移动。这导致光纤50和光检测器140之间的间隙120减小。这增加了光检测器140通过光纤50从光源6接收的光量。因此，光检测器140产生的输出信号增加，表明尿布1已经收缩。

间隙120的变化取决于制造尿布1的材料的特性、可扩张构件的材料特性以及光纤50的特性。光纤50在暴露区域中沿拉力方向的偏转由以下等式表示：

其中δ是光纤50沿拉力方向的偏转(即，在拉力方向上的拉伸距离)，F是连接件56中的拉力，L是光纤50的暴露的中心区域的长度，E为光纤50材料的杨氏模量，I为光纤50的惯性矩。当尿布1膨胀时，连接件56施加在光纤50上的力F增大，从而根据等式(1)增大光纤50的偏转δ。该偏转导致光纤50的第二端和光检测器140之间的距离d2增大。由于光检测器140接收到的光的强度与1/d²成比例，因此光检测器140产生的输出信号减小。因此，由于间隙距离d与光纤50的偏转δ成正比，光检测器140的输出则与偏转的平方成反比(即，与1/δ²成正比)。

在替代的示例中，光纤50的第二端可以固定在光检测器140的前面，并且光纤50的第一端可以位于光源6附近，但不固定就位，从而使其能够在第一管70内纵向移动。这样，间隙120将位于光源6和光纤50的第一端之间。等式(1)类似地适用于该示例。

图10是图9a-9d的光学检测器单元2的替代示例。与图9a-9d的光学检测器类似，光源400在光纤425的第一端处将光注入到光纤425中。光纤425的第一端相对于光源400固定。光穿过光纤425到达光检测器425，光检测器425位于光纤425的第二端。光纤425的第二端相对于光检测器410没有固定就位。图10中，光纤425提供光源400和光检测器410之间的基本上线性的路径。然而，在图10中，有四个管段480、490、500和510，它们沿着光源400和光检测器410之间的基本上线性的路径的相应部分定位，且光纤425穿过它们。管段480、490、500、510用作光纤425的引导件。四个管段480、490、500和510之间有开口以暴露光纤425的三个部分。三个连接件550、460、570将检测器单元附接点45耦合到光纤425的三个暴露部分。应当理解，使用四个管段和三个连接件仅仅是示例性的——不同数量的管段(例如3个或更多)可以用来提供光纤425的不同数量的暴露部分(例如2个或更多)。所使用的连接件的数量对应于光纤425的暴露部分的数量。有利地，具有多个间隔开的连接件550、460、570允许检测器单元附接点45沿光纤425长度更均匀地拉动光纤425。因此，这种构造更稳定并产生更大的偏转δ。

图11a和图11b示出了被配置为与上述感测装置中的任意一个一起使用的光学检测器单元的另一替代示例。为了简单起见，除了检测器单元附接点45之外，图11a-11b中未示出可扩张构件。在图11a和11b中，光学检测器单元包括层压结构，该层压结构具有从上到下的以下层(如图11a所示)：层压层233、由气隙410分开的两个同轴区段285和430中的光纤、包括由间隔件间隙分开的两个部分324、325的刚性间隔件、以及柔性基底125。光纤包括光纤芯250和光纤包层256，如众所周知的那样。层压层233是薄的柔性塑料层，以保护层压结构的顶部。两个同轴区段285和430之间的气隙410定位在刚性间隔件部分325的第一端上方并且紧邻刚性间隔件部分325的第一端。刚性间隔件部分325的第一端与光纤的同轴区段430的第一端竖直对准，并且在水平方向上邻近间隔件间隙。这样，第一光纤区段285的部分270是无支撑的并且能够在施加力时弯曲。第一光纤区段285的无支撑部分270经由非弹性连接件56连接到检测器单元附接点45。图11a和11b示出光纤、刚性间隔件和柔性基底125的剖视图，连接件56实际上从光纤基本上垂直地延伸到检测器单元附接点45(即，它基本上在尿布的外表面的平面中延伸)。检测器单元附接点45是可扩张构件(例如，上述可扩张构件1602之一)的一部分。可扩张构件固定地附接至尿布(例如，尿布1600)的外表面。

图11a的检测器单元可以通过将刚性间隔件放置在柔性基底125上、将单个光纤放置在刚性间隔件上、然后将层压层233放置在光纤的顶部上来制造。接下来，将层压层层压到结构的顶部(例如，使用热或超声波)。使用尖锐装置(例如刀片)在光纤的无支撑部分270中进行垂直切割，以在间隔件间隙的一端处形成气隙410，使得气隙410和间隔件间隙形成单个气隙。垂直切割延伸穿过层压层233、光纤包层256和光纤芯250中的每一个，因此气隙410也延伸穿过层压层233、光纤包层256和光纤芯250中的每一个，从而将光纤分成两个同轴区段285和430。垂直切割不延伸穿过基底125。第一光纤区段285的远(左)端耦合到光源(未示出)，并且第二光纤区段430的远(右)端耦合到光检测器(未示出)。

在使用中，当光源将光照射到第一光纤区段285的远端时，光传播穿过气隙410并进入第二光纤区段430。图11a示出了当尿布处于未膨胀状态时检测器单元的构造。在该构造中，可扩张构件和非弹性连接件56被最小程度地拉紧，并且光检测器产生对应于尿布的未膨胀状态的输出信号。由于气隙410，光传输存在小的损失(例如，在20％的范围内)。

图11b示出了当尿布处于膨胀状态时检测器单元的构造。在此构造中，由于尿布的膨胀导致可扩张构件拉动检测器单元附接点45，检测器单元附接点45更远离检测器单元。由于连接件56是非弹性的，因此来自可扩张构件的拉力被传递至光纤，从而拉动光纤的无支撑部分270远离第二光纤区段430。这种拉动导致光纤区段285、430变得不对准。因此信号传输急剧下降(高达80％)。拉力越大，光检测器处的信号下降越多。随着越来越多的尿液和/或粪便进入尿布，信号的下降与尿布的体积膨胀成正比。光学检测器单元的灵敏度取决于光纤和刚性间隔件的材料特性、由检测器单元附接点45施加的力、以及光纤的无支撑部分270的尺寸。

图12示出了与上述任一感测装置一起使用的光学检测器单元的替代示例。在该构造中，检测器单元600构造在小占地面积的圆形印刷电路板655上。检测器单元600包括光源621(例如发光二极管)、光检测器601(例如光电检测器)、光纤642、两个线性导轨625、以及将光纤642连接到检测器单元附接点675的连接件666。检测器单元附接点675可以等同于先前描述的检测器单元附接点45，并且是可扩张构件(例如，可扩张构件1602)的其中一附接点。为了简单起见，除了检测器单元附接点675之外，图12中未示出可扩张构件。

光源621位于印刷电路板655的一个边缘附近。光检测器601位于光源621旁边。光纤642跨过印刷电路板665的大部分区域以U形定位。光纤642的第一端放置在光源621的前面，使得光纤642的第一端与光源621的前面之间存在第一间隙。光纤642的第二端放置在光检测器601的前面，使得光纤642的第二端与光检测器601的前面之间存在第二间隙。两个线性导轨625平行定位在印刷电路板655上，用于引导光纤642的U形的两个直线段。其中一个导轨形成通向光源621的第一直线，另一个导轨形成通向光检测器601的第二直线。光纤642穿过每个导轨625。导轨625被配置为保持光纤642与光源621和光检测器601中的每一个的相应光轴对准。连接件666居中地连接到光纤642的U形的底部。

光源621将光照射到光纤642中。光穿过U形光纤642并被光检测器601检测到。当可扩张构件在检测器单元附接点675上施加沿远离检测器单元600方向的拉力时，光纤642进一步远离光源621和/或光检测器601，从而增大第一间隙和/或第二间隙的大小。这导致检测信号减少。检测信号的下降与拉力成正比，拉力与尿布(例如，尿布1600)内的尿液和/或粪便的体积成正比。因此，检测信号的变化指示尿布的膨胀。

到目前为止，只展示了一个附接在尿布上的感测装置。然而，可以在同一尿布上使用任何合适数量的感测装置。例如，尿布可以与一个或多个附加感测装置组合。感测装置和一个或多个其他感测装置被配置成检测尿布外表面上的不同位置处的膨胀。在图13中，存在第一检测器单元513、第二检测器单元530和第三检测器单元542。三个检测器单元513、530、542分别相当于图9a-9d中描述的检测器单元，并且以相同的方式工作。例如，第一检测器单元513包括光源400、光纤425、第一管440、第二管450、光检测器410以及将光纤425连接到检测器单元附接点715的连接件50。检测器单元附接点715可以等同于先前描述的检测器单元附接点45。检测器单元附接点715形成相关联的可扩张构件的一部分；可扩张构件的其余部分未在图13中示出。

检测器单元513、530、542中的每一个可以安装至同一尿布(例如，尿布1600)的腰带。独立的非弹性连接件460、576、585将相应检测器单元513、530、542的每个光纤连接至相应检测器单元附接点701、715、725。每个检测器单元附接点701、715、725被固定地附接至尿布1600的外表面1590，优选地靠近尿布1600的腰带。如上所述，每个检测器单元附接点701、715、725形成相应可扩张构件的一部分(仅可扩张构件的检测器单元附接点701、715、725在图13中示出)。每个可扩张构件可在不同位置处固定地附接至尿布1600的外表面1590。例如，第一可扩张构件可位于尿布1600的前部1530上，第二可扩张构件可位于尿布1600的胯部区域1540上，并且第三可扩张构件可位于尿布1600的后部1570上。在图13中，仅示出了光学检测器。然而，可以使用任何合适类型的检测器单元。有利的是，使用多于一个感测装置导致更高的信号生成和对尿布膨胀的更高灵敏度。使用多个感测装置，其中独立的可扩张构件固定地附接至尿布1600的外表面1590上的不同位置，提高了尿布1600的丰满度的指示的准确性。此外，可以使用由多个感测装置测量的位移以确定尿布1600是否已被液体(例如尿液)或固体(例如粪便)填充。图13涉及在尿布已经制造完成之后将感测装置附接至尿布的外表面的示例，以及在制造期间将感测装置的可扩张构件集成到尿布的外表面上的示例。

图14和图15示出了附接至尿布791的外表面905的感测装置的替代示例的平面图。如图14所示，尿布791具有与尿布1600相同的构造——前部、尿布的松紧边缘之间的胯部区域和后部。尿布791的前部连接到腰带部分749。可选地，尿布的后部可以连接到腰带部分749。感测装置包括检测器单元871和三个传感器元件1100、1122、1133，但是如果需要，可以使用不同数量的传感器元件(例如一个或多个)。检测器单元871安装在腰带部分上。在替代示例中，检测器单元871可以安装在尿布791的外表面905上的另一合适位置处。例如，在尿布791的前部上，靠近腰带部分749。检测器单元871包括三个光源和三个光检测器。每个光源/检测器对连接到三个传感器元件1100、1122、1133之一。

感测装置还包括通过附接点3122固定地附接至尿布791的外表面905的一个或多个可扩张构件3334。在图14中，可扩张构件3334包括一个弹性元件(类似于图1的弹性贴片)，其被配置为随着尿布791的膨胀而拉伸。可扩张构件3334通过位于弹性贴片的每个角处的附接点3122固定地附接(例如，通过胶水或维可牢尼龙搭扣(Velcro)等)至尿布791的外表面905。可扩张构件3334覆盖尿布791的外表面905的大部分区域。作为弹性贴片的替代方案，可扩张构件3334可以是柔性聚合物基底。

每个传感器元件1100、1122、1133定位在可扩张构件3334的弹性元件上。虽然图14示出了传感器元件1100、1122、1133定位在一个弹性贴片上，但是可以使用任何合适数量的弹性元件。例如，每个传感器元件1100、1122、1133可以定位在其自己的可扩张构件3334上(例如，图15示出了在其自己的弹性元件3344上的单个传感器元件1133)。

传感器元件1100、1122、1133和可扩张构件3334可以一起制造为一次性贴片，该一次性贴片被配置为在使用尿布791之前放置在尿布791的外表面905上。更详细地考虑传感器元件1133，检测器单元871包括与传感器元件1133相关联的光源897(例如发光二极管)和光检测器890(例如光电检测器)。传感器元件1133包括两个光纤865、828和在两个光纤865、828之间延伸的微管911。微管911可以是金属或塑料。第一光纤865的第一端位于光源897的前面，并且通过附接点901固定至检测器单元871。第一光纤865延伸跨过尿布791的外表面905的一部分。例如，在图14中，第一光纤865延伸跨过尿布791的前部。第一光纤865的第二端部分地延伸到微管911的第一端中。在图14中，微管911定位在尿布791的前部上。第二光纤828的第一端位于检测器单元871中的光检测器890的前面。第二光纤828的第一端没有固定到检测器单元891，因此可以自由地朝向和远离光检测器890地移动。在光检测器890和第二光纤828的第一端之间存在第一间隙。第二光纤828延伸跨过尿布791的外表面905的大部分长度。例如，在图14中，光纤828延伸跨过尿布791的前部、胯部区域和后部，然后朝向微管911自身折回。第二光纤828的第二端部分地延伸到微管911的第二端中，使得两个光纤865、828在微管911内基本上同轴。两个光纤865、828的在微管911内的第二端之间存在第二间隙855。传感器元件1100和1122以与传感器元件1133类似的方式构造，其中它们各自的微管840和920布置在相对于尿布791的不同的位置处。

传感器元件1133的光纤828、865附接至可扩张构件3334，使得光纤828、865可以自由移动，以允许尿布791膨胀。例如，光纤828、865可以仅在特定位置附接(例如，胶合)到可扩张构件3334，使得当尿布791膨胀时，光纤828、865可以自由移动，特别是在微管911内部。在其他示例中，光纤828、865可以部分或完全包含在一个或多个护套内。护套通过任何合适的附接机构(例如，粘合剂)附接至可扩张构件3334。当尿布791膨胀时，将光纤828、865包含在护套内仍然允许光纤828、865在微管911中彼此分开地移动。

如图15所示，可扩张构件还包括两个弹性体聚合物3525，其附接在弹性贴片3334上的附接点3233和尿布791的松紧边缘3324上的附接点3233之间。尿布791的松紧边缘3324相当于前述尿布1600的松紧边缘1560。弹性体聚合物3525在检测可扩张元件3334的扩张时提供灵敏度。

在使用中，传感器元件1133被配置为向检测器单元871提供传感器信号，其中传感器信号根据弹性元件的拉伸量而变化。额外的传感器元件1100、1122还被配置为向检测器单元871提供相应的传感器信号，其中每个传感器信号根据弹性元件的拉伸量而变化。例如，检测器单元871被配置为使得两个光纤865、828之间的相对位移(这是由弹性元件拉伸引起的)导致到达光检测器890的光量的变化，从而产生光检测器890的输出信号的变化。在未膨胀状态下，第一间隙(光检测器890附近)和第二间隙855(微管911中)均具有预定大小，并且检测信号具有预定值。当尿布791的外表面905膨胀(由于尿液和/或粪便进入尿布791内)并且弹性元件拉伸时，微管911中的第二间隙855增大。尿布膨胀还可以导致光纤828的第二端移动得更远离光检测器890，从而增大第一间隙。这些间隙增大导致光检测器890处的信号下降(检测信号与间隙增大成比例，因此与尿布内的尿液和/或粪便的体积成比例)，从而指示尿布791已经膨胀。有利地，第一间隙和第二间隙855变化的组合导致对尿布膨胀的更高敏感度。

一个或多个间隙的增大将仅是几毫米，但是当尿液和/或粪便进入尿布791内部时，尿布791的外表面905(距尿布的原始位置)的总距离变化可达几厘米。为了适应这种大的变化，使用多个传感器元件，如图14所示。三个传感器元件1100、1122、1133跨尿布791的外表面905间隔开。例如，微管911位于尿布791的前部，第二微管840位于尿布791的胯部区域，第三微管920位于尿布791的后部。尿布791上不同位置的微管提高了检测膨胀的准确性。例如，当尿布791填充尿液和/或粪便时，位于尿布791的胯部区域中的微管840将可能是第一个检测到膨胀的，因为其定位在穿戴者的腹股沟区域处。此外，当穿戴者处于不同位置时(例如躺着与站着时)，不同的位置是有利的，因为尿布791的不同部分将根据穿戴者的位置首先膨胀。

导电检测器

图16和图17示出了在尿布1600的外表面上的感测装置的替代示例。尿布1600相当于上面的尿布1600、1和791。在这些示例中，检测器单元包括电阻式或电容式检测器，并且弹性元件是导电的。例如，弹性元件可以由导电聚合物制成。检测器单元被配置成通过检测至少一个弹性元件的长度变化来检测可扩张构件的扩张。例如，当尿布膨胀时，弹性元件将拉伸，从而改变长度(如电阻器的情况)。弹性元件长度的变化引起检测器单元中检测信号的变化，指示可扩张构件的扩张。

在图16所示的示例中，感测装置包括通过检测器单元附接点45直接耦合到可扩张构件1602的检测器单元5。检测器单元附接点45可以等同于先前描述的检测器单元附接点45。可扩张构件1602包括在多个附接点617、45之间延伸的一个或多个弹性元件625。附接点617经由弹性元件625连接以形成蜿蜒图案。附接点617定位在蜿蜒图案的每一转弯处。在图16中，检测器单元5安装在尿布1600的腰带部分上。然而，在一些示例中，检测器单元5可以定位在尿布1600上的其他位置中，例如在腰带部分下方。检测器单元附接点45居中位于尿布1600的前部，靠近检测器单元5。其他附接点617包括六个前附接点以及五个后附接点，其中六个前附接点大致线性且横跨尿布1600的前部设置，五个后附接点大致线性且横跨尿布1600的后部设置。六个前附接点固定地附接至尿布1600的前外表面靠近尿布的前部上边缘(即，靠近腰带)。五个后附接点固定地附接至尿布1600的后外表面靠近尿布的后部上边缘(即，靠近后腰带)。两个弹性元件625从中部检测器单元附接点45沿相反方向朝两个外侧的前附接点617横跨尿布1600的前部延伸。其余弹性元件625以蜿蜒图案基本上纵向地(纵长地)延伸。具体地，两个另外的弹性元件625纵向地(纵长地)延伸，从两个外侧的前附接点617中的每一个沿尿布1600的前部、胯部区域向下并且向上到尿布1600的后部，以到达两个外侧的后附接点617。然后，弹性元件625以在前附接点和后附接点之间的蜿蜒构造连接至其余附接点617，其中在每一转弯处都有一个附接点。当尿布1600膨胀时，弹性元件625在附接点617、45之间自由拉伸。弹性元件625比图1-7的弹性元件更细，以便允许弹性元件625更容易蜿蜒。例如，在图16中，弹性元件625可以由导电的弹性材料的细条或细线或细丝制成。图16涉及在尿布已经制造完成之后将感测装置附接至尿布的外表面的示例，以及在制造期间将感测装置的可扩张构件集成到尿布的外表面上的示例。

在使用中，检测器单元5被配置为通过检测由于长度变化而导致的可扩张构件1602的电阻变化来检测可扩张构件1602的扩张。由于弹性元件625由导电材料构成，因此弹性元件625的电阻R由下式给出：

其中ρ是导电弹性元件625的电阻率，L是弹性元件625的总路径长度，A是弹性元件625的横截面积。当弹性元件625被拉伸时(由于尿布1600的膨胀)，路径长度L变大，从而增大通过导电弹性元件625的电阻R。可以在检测器单元5中使用标准惠斯通电桥电路(Wheatstone bridge circuit)检测电阻的变化。弹性元件625的电阻R的变化是尿布1600的体积增大的直接结果。换句话说，电阻随着尿布1600内的尿液和/或粪便的体积而变化。标准惠斯通电桥电路如图18所示。惠斯通电桥电路中的R_x是扩张弹性元件625的未知电阻。

在替代示例中，如图17所示，弹性元件是导电的并且充当电极，使得感测装置形成可变电容器。例如，弹性元件可以由导电聚合物制成，并且厚度可以高达0.3mm。在图17中，感测装置包括通过检测器单元附接点45直接耦合到可扩张构件1602的检测器单元5。检测器单元附接点45可以等同于先前描述的检测器单元附接点45。可扩张构件1602包括在多个附接点之间延伸的多个弹性元件。附接点包括经由一个或多个第一弹性元件连接的第一组附接点710，以便形成第一指状图案700。所述一个或多个第一弹性元件形成第一组一个或多个第一弹性元件。附接点还包括经由一个或多个第二弹性元件连接的第二组附接点720，以便形成第二指状图案705。所述一个或多个第二弹性元件形成第一组一个或多个第二弹性元件。第一指状图案和第二指状图案700、705布置成交叉指状图案。更详细地，第一指状图案700包括纵向弹性元件750，该纵向弹性元件750在一端通过第一组附接点中的一个附接点710固定地附接至尿布1600的前部，并且在另一端通过第一组附接点中的另一个附接点710固定地附接至尿布1600的后部。几个横向弹性元件755的第一端连接到纵向弹性元件750。每个横向弹性元件755还在其另一端固定地附接至相应的附接点。因此，横向弹性元件755有效地形成第一指状图案700的指部。这些指部朝向尿布1600的中心线延伸。第二指状图案705是第一指状图案700的镜像，但是偏移成不与第一指状图案700对准，使得每个指状图案700、705的横向弹性元件755、717交错。第二指状图案705包括纵向弹性元件780，该纵向弹性元件780在一端通过第二组附接点中的一个附接点720固定地附接至尿布1600的前部，并且在另一端通过第二组附接点中的另一个附接点720固定地附接至尿布1600的后部。几个横向弹性元件717的第一端连接到纵向弹性元件780。每个横向弹性元件717还在其另一端固定地附接至相应的附接点730。因此，横向弹性元件717有效地形成第二指状图案705的指部。这些指部朝向尿布1600的中心线延伸。如上所述，第一指状图案700和第二指状图案705互连以形成交叉指状图案。横向弹性元件755、717可具有覆盖沿着尿布1600的宽度的大部分的长度(即，每个在尿布1600的松紧边缘1560之间延伸并超出尿布1600的中心线)。两个纵向弹性元件750、780具有覆盖沿尿布1600的长度的大部分的长度。例如，两个纵向弹性元件750、780覆盖尿布1600的前部、胯部区域和后部的大部分长度。两个纵向弹性元件750、780通过导电连接件766连接到检测器单元5，其中导电连接件766在检测器单元附接点45与第一图案700的附接点710中的至少一个以及第二图案705的附接点720中的至少一个之间。

第一图案700和第二图案705由一个图案的纵向弹性元件与另一个图案的横向弹性元件的远端之间的间隙(例如，间隙740)分隔开。例如，如图17所示，在第一图案700的纵向弹性元件750和第二图案705的一个横向弹性元件717的远端上的附接点730之间存在间隙740。每个横向弹性元件的远端之间也有竖直间隙(例如，图17中第一图案的顶部横向弹性元件和第二图案的顶部横向弹性元件之间存在间隙)。图17包括在尿布已经制造完成之后将感测装置附接至尿布的外表面的示例，以及在制造期间将感测装置的可扩张构件集成到尿布的外表面上的示例。

在使用中，检测器单元5被配置为通过检测由于至少一个弹性元件750、755、780、717的长度变化而引起的电容变化来检测可扩张构件1602的扩张。例如，当尿布1600膨胀时，随着弹性元件750、755、780、717随着尿布1600拉伸，弹性元件750、755、780、717的长度发生变化。弹性元件750、755、780、717的长度变化引起间隙740大小变化，从而引起电容变化。电容变化表明尿布1600已经膨胀。换句话说，尿布膨胀引起间隙740大小变化。间隙740的这种变化改变了第一图案700和第二图案705的交叉。因此，检测器单元5被配置成通过检测由于第一图案和第二图案700、704的交叉变化而引起的电容变化来检测可扩张构件的扩张。例如，当尿布1600膨胀时，第一指状图案和第二指状图案700、705彼此分开移动，改变图案700、705之间的交叉量。使用检测器单元5中的电容电桥来检测电容的变化。图19示出了标准电容电桥电路。Cs是精确的标准电容器，Cx是未知电容，由附接至尿布1600的扩张弹性元件750、755、780、717提供。当尿液和/或粪便进入尿布1600时，尿布1600的体积膨胀并且电容发生变化。Q和P是标准电阻器，其中一个或两个都是可调的。使用交流电源，零位检测器D必须是交流仪器。低电流的整流式电流表可用作零位检测器。调整Q直到零位检测器指示为零。当获得这个值时，电容器电桥就平衡了。电容Cx变化指示尿布1600内部的尿液和/或粪便的体积。电容的变化与体积变化，即尿布1600内部的尿液和/或粪便的量成比例。

身体运动

尿布穿戴者的身体运动(例如，起身、走动和躺下)可能会影响感测装置的感测能力。身体运动可能会导致检测信号发生变化，从而导致扩张测量不准确。基于MEMS(微机电系统)电容器的陀螺仪或加速度计可以用在检测器单元中以记录尿布穿戴者身体的任何运动。然后可以以电子方式和/或在软件中应用适当的校正，以区分实际信号(由于尿液和/或粪便进入以及随后的体积膨胀)和由身体运动引起的任何信号变化。

MEMS陀螺仪如图23a所示。MEMS陀螺仪被构造为使得包含谐振质量块的内部框架通过弹簧以相对于谐振运动成90度的方式连接到底座。科里奥利加速度(Coriolisacceleration)是通过安装在内部框架和底座之间的电极上的电容传感来测量的。陀螺仪测量角速度(以mV/deg/sec为单位)。

MEMS加速度计如图23b所示。这是一个简单的单轴加速度计。如果多组电容器彼此保持90度，则可以生产2轴或3轴加速度计。可移动板和固定外板充当电容器板。当施加加速度时，检测质量块(proof mass)会相应移动。这会在可移动外板和固定外板之间产生电容。当施加加速度时(由于身体运动)，两个板之间的距离发生变化，并且电容发生变化。加速度计测量沿一个或多个轴的线性加速度(以mV/g为单位)。

电源

图20示意性地示出了可以与上述感测装置的任何示例一起使用的电子控制和电源单元1520。控制和电源单元1520可以容纳上述检测器单元。控制和电源单元1520可以包括信号放大器、模数转换器、微控制器或其他处理器、存储器、数据记录器、无线传输系统(例如蓝牙^TM)、分立或集成电子元件、FPGA、DSP、ASIC等。电子控制和电源可以具有被配置为显示瞬时体积读数的数字显示器1530。电子控制和电源单元1520还可以包括音频指示器，例如用于如果尿布内的尿液和/或粪便的量超出目标范围则发出警报信号。整个电子控制和电源可以包含在单元1520的外壳内。

由感测装置确定的测量结果可以被每隔一段时间捕获并在微处理器处理之前存储在数据记录器中。可以根据需要频繁地进行测量并将其记录在数据记录器中——例如每分钟或每小时。来自数据记录器或微处理器的数据可以通过传输系统传输到远程设备或服务器。这可能是智能手机、笔记本电脑、寻呼机或其他设备。远程设备可以记录可用于临床评估的液体体积数据。临床医生可以使用该数据记录来监测患者失禁的程度。

电子控制和电源单元1520还可以包括可充电纽扣电池，用于向感测装置以及电子控制和电源单元1520的电气部件提供电力。电子控制和电源单元1520提供5V或更少的电压。电子控制和电源单元1520还包括USB端口1500，通过该USB端口1500可以从数据记录器索取数据。

电子控制和电源单元1520可以通过粘合垫、钩环连接机构或类似物附接至尿布，或者它可以集成到感测装置的外壳或壳体中。或者，电子控制和电源单元1520可以通信地耦合到感测装置。例如，电子控制和电源单元1520可以通过电缆或其他合适的有线或无线电源和通信链路连接，并且位于远离感测装置的位置——例如在穿戴者所穿的衣服的口袋中，或在床旁手推车上。

分析

使用前述示例中的任意一个的感测装置，检测信号可用于生成体积vs时间的数据。根据该数据，可以使用分析方法(例如定积分)来计算尿布丰满度参数，例如a)尿液和/或粪便的体积、b)尿液的流速和c)排出的频率。这对于失禁评估非常有用。

例如，可以使用经验法(empirical method)来计算尿布内的尿液体积。对一系列不同尺寸和吸收能力的尿布进行了多次实验。将已知量的液体(例如，盐水)注入尿布中，并记录光检测器(例如，光检测器140)处的输出信号。液体的量可能高达几升。软件用于将输出信号转换为尿布内的液体量。结果显示为体积。将输出信号(mV)转换成液体体积(ml)(使用上述经验法)，收集体积vs时间数据，并且可以生成体积vs时间图。使用定积分，可以从曲线下的面积推断出穿戴者在任何给定时间段内排出的尿液量。还可以在尿布使用期间的任何情况下确定排出物的流速(dml/dt)。这对于患者的失禁评估特别有用，目前该评估是手动完成的。

图21是体积(ml)相对于时间的示例性图，用于说明如何计算尿布内的液体体积、流速和排出频率。这可以与实验结果相关联。软件算法可用于确定参数，并且结果可以数字方式显示。对于图21所示的图，用户在给定时间段内排出的尿液/粪便的体积V可以使用定积分来计算：

V＝π∫y²dx (3)

其中y是图21中的示例性函数y＝x²+2，并且x是时间。一般来说，可以使用软件从记录的数据生成曲线方程y＝f(x)。流速计算为dml/dt，频率根据一段时间内的事件数量计算。

由于尿液和/或粪便的进入，膨胀的尿布对弹性元件施加压力。该压力可按下式计算：

其中P是弹性元件上的压力，F是弹性元件上的力，A是弹性元件的总面积。力F可以使用力检测器来检测。使用上述经验法，压力P可以与尿布内液体的体积相关联。经验法是将已知量的液体(最多几升)注入尿布内。这提供了一种在使用过程中在任何给定情况下检测尿布内部体积的可选方法。可以基于该方法编译适当的软件来生成并显示尿布内的尿液和/或粪便的体积的数字值。

可以使用过滤算法来避免由穿戴者的运动引起的错误检测。例如，时间采样可用于去除由于穿戴者的运动而产生的不想要的信号。感测装置被配置为处理来自检测器单元的输出信号，以便消除由穿戴者的运动(例如，当四处走动或在床上翻身时)引起的瞬态特征。传感器数据可以随着时间的推移被记录并被处理以确定穿戴者排尿的频率、流速和/或体积。

感测装置还可以包括用于提供尿布丰满度的指示的输出装置，例如扬声器、显示器或发光部件(例如LED)。输出装置可以包括电子电路，例如无线电发射器，其被配置为例如向例如父母、监护人或看护者的智能手机发送信号。该指示可以是二元的(例如满的或未满的)，或者可以指示尿布的丰满度。

感测装置可被配置成确定检测到的尿布中的位移何时超过预定阈值。输出装置可以被配置成响应于确定检测到的位移超过预定阈值而提供指示，例如发送信号。以此方式，感测装置可用于向父母、监护人或看护者提供警报：例如由婴儿、幼儿、学步儿童、小孩、成人或动物穿着的尿布已被例如尿液或粪便填满，并且需要更换。

可扩张构件的第一次扩张是在尿布被穿上之前或之后不久测量的，或者是预先配置的。该第一次扩张代表当尿布1600处于未弄脏的“空”状态(即，未膨胀状态)时尿布1600的状态或拉伸。随着时间的推移，感测装置会每隔一段时间记录进一步的扩张测量结果。每个进一步的扩张测量可以与第一次扩张测量进行比较。如果感测装置记录的扩张测量比第一次扩张测量大预定阈值，表明尿布显着膨胀，则感测装置确定尿布正在填充或已经填满，例如尿液和/或粪便。因此，感测设备可以被布置为向父母或看护者发出尿布已被弄脏并因此需要更换的警报——例如通过向婴儿监视器设备或属于父母或看护者的手机上的应用程序发送无线电消息。在一些示例中，可以对扩张测量执行更复杂的处理，例如以滤除由于穿戴者的运动而引起的变化。

Claims (34)

1.一种用于附接至尿布的外表面的感测装置，所述感测装置包括：

可扩张构件，所述可扩张构件包括在多个附接点之间延伸的一个或多个弹性元件，其中所述多个附接点被配置成将所述可扩张构件固定地附接至所述尿布的所述外表面，并且其中所述一个或多个弹性元件被配置成随着所述多个附接点分开而拉伸，使得所述可扩张构件被配置成根据所述尿布的膨胀而扩张；以及

检测器单元，所述检测器单元耦合到所述可扩张构件，其中所述检测器单元被配置成检测所述可扩张构件的扩张，并且还被配置成基于检测到的所述可扩张构件的所述扩张来确定尿布丰满度参数。

2.根据权利要求1所述的感测装置，其中所述可扩张构件的尺寸和形状被设定为覆盖所述尿布的所述外表面的大部分区域，并且至少一些所述附接点被配置为设置在所述尿布的边缘上或附近。

3.根据权利要求2所述的感测装置，其中所述可扩张构件的尺寸和形状被设定为延伸跨过所述尿布的胯部区域的整个宽度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的感测装置，其中所述检测器单元包括以下之一：光学检测器、电阻检测器或电容检测器。

5.根据前述权利要求中任一项所述的感测装置，其中所述一个或多个弹性元件包括布置成多边形的多个弹性元件，其中所述多个附接点位于所述多边形的一个或多个角处。

6.根据权利要求5所述的感测装置，其中所述可扩张构件还包括在所述多个弹性元件之间延伸的一个或多个横向弹性元件。

7.根据权利要求6所述的感测装置，其中所述一个或多个横向弹性元件集中在所述多边形的特定区域内。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的感测装置，其中所述一个或多个弹性元件包括弹性贴片，且其中所述多个附接点包括在所述弹性贴片的周缘处的多个附接点。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的感测装置，其中所述一个或多个弹性元件包括弹性网，并且其中所述多个附接点包括在所述弹性网的周缘处的多个附接点。

10.根据前述权利要求中任一项所述的感测装置，其中所述检测器单元被配置为通过检测所述多个附接点之间的相对位移来检测所述可扩张构件的扩张。

11.根据前述权利要求中任一项所述的感测装置，其中所述多个附接点包括直接耦合到所述检测器单元的检测器单元附接点。

12.根据权利要求11所述的感测装置，其中所述检测器单元被配置成通过检测所述检测器单元附接点与至少一个其他附接点之间的相对位移来检测所述可扩张构件的扩张。

13.根据权利要求12所述的感测装置，其中所述检测器单元附接点与所述至少一个其他附接点之间的所述相对位移被配置为导致所述可扩张构件沿远离所述检测器单元的方向拉所述检测器单元附接点。

14.根据权利要求12或13所述的感测装置，其中所述检测器单元包括光源和光检测器，并且其中所述检测器单元被配置为使得从所述光源到达所述光检测器的光量根据所述检测器单元附接点与所述至少一个其他附接点之间的所述相对位移而变化，从而产生来自所述光检测器的输出信号的变化。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的感测装置，其中所述多个附接点还包括：

第一附接点，所述第一附接点经由纵向弹性元件连接到所述检测器单元附接点；以及

一个或多个第二附接点，所述一个或多个第二附接点通过一个或多个横向弹性元件连接到所述纵向弹性元件。

16.根据权利要求11至14中任一项所述的感测装置，还包括经由中部弹性元件连接到所述检测器单元附接点的中部接合点；并且

其中所述多个附接点还包括围绕所述中部接合点间隔开的多个附接点，所述多个附接点经由相应的径向弹性元件连接到所述中部接合点。

17.根据权利要求1至7和9中任一项所述的感测装置，其中所述一个或多个弹性元件是导电的，并且其中所述检测器单元被配置为通过检测所述一个或多个弹性元件中的至少一个的长度变化来检测所述可扩张构件的扩张。

18.根据权利要求17所述的感测装置，其中所述检测器单元被配置为通过检测由于所述长度变化而引起的所述可扩张构件的电阻变化来检测所述可扩张构件的扩张。

19.根据权利要求1至4和17至18中任一项所述的感测装置，其中所述多个附接点经由多个弹性元件连接以形成蜿蜒图案，所述多个附接点定位在所述蜿蜒图案的每一转弯处。

20.根据权利要求17所述的感测装置，其中所述检测器单元被配置为通过检测由于所述至少一个弹性元件的所述长度变化而引起的电容变化来检测所述可扩张构件的扩张。

21.根据权利要求20所述的感测装置，其中所述多个附接点包括经由所述一个或多个弹性元件的第一组连接以形成第一指状图案的第一组附接点，以及经由所述一个或多个弹性元件的第二组连接以形成第二指状图案的第二组附接点，并且其中所述第一图案和第二图案布置成交叉指状图案。

22.根据权利要求21所述的感测装置，其中所述检测器单元还被配置为通过检测由于所述第一图案和第二图案的交叉变化而引起的电容变化来检测所述可扩张构件的扩张。

23.根据权利要求1至4中任一项所述的感测装置，还包括在所述一个或多个弹性元件上的传感器元件，所述传感器元件被配置为向所述检测器单元提供传感器信号，其中所述传感器信号根据所述一个或多个弹性元件的拉伸量变化。

24.根据权利要求23所述的感测装置，其中：

所述检测器单元还包括光源和光检测器；

所述传感器元件包括两根光纤，所述两根光纤布置成使得所述一个或多个弹性元件的拉伸引起所述两根光纤之间的相对位移；且

所述感测装置被配置成使得所述两根光纤之间的所述相对位移导致到达所述光检测器的光量的变化，从而使所述光检测器的输出信号产生变化。

25.根据权利要求1至24中任一项所述的感测装置，其中所述检测器单元包括被配置为检测运动的陀螺仪或加速度计。

26.一种尿布和感测装置组合，包括：

尿布；以及

前述权利要求中任一项所述的感测装置；

其中所述感测装置包括电子控制和电源单元，所述电子控制和电源单元被配置为向所述感测装置供电；并且

其中所述可扩张构件的所述多个附接点固定地附接至所述尿布的所述外表面。

27.根据权利要求26所述的尿布和感测装置组合，其中所述电子控制和电源单元包括所述检测器单元并且安装在所述尿布的腰带上。

28.根据权利要求26或权利要求27所述的尿布和感测装置组合，其中所述可扩张构件的所述多个附接点固定地附接至以下之一：所述尿布的前部、所述尿布的后部、所述尿布的胯部区域、所述尿布的松紧边缘、所述尿布的腰带或其组合。

29.根据权利要求26至28中任一项所述的尿布和感测装置组合，还包括根据权利要求1至24中任一项所述的一个或多个附加感测装置，其中所述感测装置和所述一个或多个附加感测装置被配置为检测所述尿布的所述外表面的不同位置的膨胀。

30.根据权利要求26至29中任一项所述的尿布和感测装置组合，其中所述电子控制和电源单元还被配置为计算以下至少一项：

所述尿布内的尿液和/或粪便的体积；

所述尿布内的尿液的流速；以及

所述尿布内的尿液和/或粪便排出的频率。

31.根据权利要求30所述的尿布和感测装置组合置，其中所述电子控制和电源单元被配置为使用存储在所述装置上的一种或多种软件算法来计算所述体积、流速和/或频率，其中所述一种或多种软件算法基于之前收集的经验数据。

32.根据权利要求30或权利要求31所述的尿布和感测装置组合，其中所述电子控制和电源单元还被配置为显示计算出的所述体积、流速和/或频率中的至少一者。

33.根据权利要求30至32中任一项所述的尿布和感测装置组合，其中所述电子控制和电源单元还包括无线发射器并且还被配置成：

存储计算出的所述体积、流速和/或频率；以及

并将计算出的所述体积、流速和/或频率无线传输至远程设备。

34.根据权利要求26至33中任一项所述的尿布和感测装置组合，其中所述感测装置的所述可扩张构件被集成到所述尿布的所述外表面上。