CN1950025A - 用于检测水分的装置及设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于检测体液存在的装置，所述装置包括检测器(1)装置，所述检测器装置包括两个隔开的电极(2，3)，每一个电极通过导线(6，7)连接到信号发生装置。所述电极被嵌入柔性、非导电性的材料内，其中，每一个电极包括至少一个突起的导电元件(4)。所述突起元件以与所述两个电极之间的间隔相同的距离相分离。所述装置还包括：信号处理装置，所述信号处理装置检测跨越所述电极的状态变化，该状态变化是由流体的引入所产生的；和由所述状态变化驱动的警报器。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于检测和监控体液的装置及设备。本发明更具体地、但非排他性地涉及一种用于检测尿液和/或血液和/或过量汗液、并响应这样的检测而产生警报信号的装置及设备。
背景技术
在某些情况下，及早检测到体液对于人保持良好的状态可能是重要的。例如，在透析治疗、特别是在夜间透析期间，在透析针插入位置的周围及早检测到任何漏血可能是有用的。对其他体液如汗液、特别是在胰岛素相关的糖尿液病中检测表示低血糖的高度出汗，对于人保持良好的状态和对人的护理可能是重要的。
可通过使用检测器和在检测到尿液存在时用来叫醒人的警报单元可使遗尿症患者得到帮助，其中，遗尿症具体涉及导致尿床的夜间遗尿液或日间尿湿。伴随许多类型的装置的一些缺点在于它们太小以致不能检测到体液的存在，或它们太大并给佩戴者引起了不舒适。许多装置由金属、印制电路板材料或其他固体和刚性材料制成，如果这些材料与佩戴者的皮肤接触，则可导致不舒适达到引起显著程度的刺激。另外，这些检测器装置中的一些装置通常是不耐用的或不坚固的，并且在短期使用后需要更换。
发明内容
本发明的非限制性的目的在于提供一种用于检测体液的装置，所述装置克服了上述问题中的至少一些问题，或至少给公众提供了有用的选择。
本发明进一步的非限制性的目的在于提供一种用于检测体液、并产生警报信号的设备，所述设备克服了上述问题中的至少一些问题，或至少给公众提供了有宜的选择。
依照本发明的第一个方面，提供了一种用于检测体液存在的装置，所述装置包括检测器装置，所述检测器装置包括至少两个隔开的电极，所述至少两个隔开的电极限定开路电桥，并且，每一个电极可通过电线电连接到信号发生装置，所述电极被构造并被布置成在使用中用来在足量体液桥接所述电极之间的距离或间隙的时候，为电跨越所述电极之间预定的距离或间隙传导提供路径，并且，其中，所述导电电极被基本嵌入柔性、非导电性的材料内，其中，每一个导电电极包括被所述电极之间的预定距离或间隙分离的至少一个突起的导电元件。
所述导电电极优选用适当的柔性、非导电性热塑性塑料材料重叠模塑。所述热塑性塑料材料理想为柔性、热塑性硅硫化橡胶材料。每一个所述的导电电极有利地包括被所述电极之间的预定距离或间隙分离的9个突起的导电元件。
所述的导电电极对优选构造和布置有形成在每一个所述电极内的、9个突起的导电元件，所述导电元件穿过重叠模塑的非导电性热塑性塑料材料被暴露，并且，其中，所述9个相对的导电元件沿着所述检测器装置的长度排列，在每一个相对的导电元件对之间有预定的距离或间隙。
所述电线优选适于可被可释放地连接至所述信号处理装置。
依照本发明的第二个方面，提供了一种水分检测设备，所述水分检测设备包括权利要求1所述的装置，并包括被构造和布置以检测跨越电极的状态变化、并驱动警报装置的信号处理装置，用于给所述信号处理装置供电的电源装置和上述警报装置。
所述信号处理装置和所述警报装置优选被构造和布置在罩体内，并且，其中，所述检测器装置远离所述罩体设置，并通过到可拆卸地可连接的连接器装置的电线连接至所述信号处理装置的输入端(input)。
所述信号处理装置理想包括电路元件装置，所述电路元件装置被构造和布置成在使用中用来产生适当的输入信号给声响警报装置，以便对所述检测器装置检测到体液作出响应，驱动声响警报器。
所述信号处理装置优选包括电路元件装置，所述电路元件装置被构造和布置成在使用中用来在一旦所述警报装置被启动的时候，防止电流流过所述检测装置。所述警报器理想为压电陶瓷扬声器。
可选地，所述信号处理装置包括发送器装置，所述发送器装置接收适当的输入信号并向接收器装置发送输出信号，并且，其中，所述接收器装置对所述检测器装置检测到体液作出响应，从所述发送器装置接收信号以驱动声响警报装置。
所述电源装置优选为提供额定6伏直流电源的电池。
任选地，被检测的体液为尿液和/或血液和/或过量汗液。
附图说明
现在将仅为了作为示例而参照附图说明本发明的优选实施例，在附图中：
图1：示出了在重叠模塑工艺之前的电极和连接到其上的电缆的侧视图；
图2：示出了图1的透视图；
图3：示出了依照本发明的一个优选实施例的装置1重叠模塑后的电极和电缆的侧视图；
图4：示出了图3的端视图；
图5：示出了图3的透视图；
图6：示出了依照本发明的一个优选实施例的水分检测设备10的主要部件的示意性框图；
图7：示出了水分检测设备10的电路图；以及
图8：示出了依照本发明的第二优选实施例的水分检测设备20的主要部件的示意性框图。
具体实施方式
参照图1至5说明依照本发明的一个优选实施例的水分检测装置，该水分检测装置一般称作1。
本发明的水分检测装置1被设计成用来给用户提供增加的舒适感，这是通过它基本上是柔性的、并通过具有使其相对耐用和有弹性的性质来实现的。
在本说明书中，对于体液和/或水分的检测作了引用，并且，在体液的情况下，依赖于本发明的应用，体液可包括尿液、血液和/或汗液(perspiration)/汗(sweat)。为了便于引用这些术语，以下描述将主要涉及水分，但会了解到，本发明的装置1可检测多种体液。
用于检测水分存在的装置1包括检测装置，所述检测装置包括呈隔开布置的至少两个可导电的模塑电极2、3。该隔开布置是为了定义开路电桥。电极2、3由任何适当的耐用、有弹性并导电的材料制成，并优选由导电聚合物制成。电极2、3更优选由未塑化的导电聚氯乙烯(“PVC”)形成，其包括提供电极2、3导电性的碳黑微粒的填充剂。
电极优选包括高起的或突起的导电元件4，导电元件4沿着每一个电极2、3排列。如在图1至5中所见，存在沿着每一个电极2、3的长度模塑的9个隔开的突起导电元件4。电极2、3有利地对齐，使得看来有9对相对的导电元件4，在每一个电极2、3内的各个元件4之间有预定的距离或间隙X。间隙X可以是任意适当的距离，并且，在这个实施例中，间隙X基本在大约2至5毫米之间。这种布置的优点在于，在使用时，可在任意相对的元件4对之间检测到水分，并且因此，可认为该检测器装置提供了在检测水分存在时相对灵敏的检测装置1。
令电极2、3适于允许电缆5的电线6、7被紧固或连接到各个电极2、3上。如在图3和4中所见，电极2、3被有利地嵌入适当的耐用、有弹性、柔性的非导电性材料8内，并且，在本发明的这个实施例中，电极2、3优选被嵌入柔性的非导电性热塑性塑料材料8内。更理想地，电极2、3在基于热塑性基体内硫化硅橡胶微粒的非导电性合金类型的热塑性弹性体中被重叠模塑。可应用于装置1的一个这样的例子是硬度基本为大约50(肖)shore A的热塑性硅硫化橡胶(thermoplastic silicone vulcanizate)，其提供好的拉伸性能保持率、耐用性和耐水性，这使得这样的材料在装置1中特别适用。
如在图3至5中所见，非导电性重叠模塑材料8有利地成形为覆在拉长的电极2、3上的拉长的桨形件，并在桨形件的基部处形成了柔性、耐用的颈部9。颈部9还模塑至电缆5的外护皮。
该非限制性的实施例中的电缆5为0.75mm2的双电线6、7绞合的电缆，其带有PVC外壳。在一个非限制性的应用场合中，电缆5的长度为检测器与警报装置之间所需的任何适当、理想的长度，并且，对于许多的应用，电缆5的长度可以为大约80cm至1米。电缆的另一端终止或连接到插头，该插头适于插入信号处理装置的输入端内适当的插座中，其中，所述信号处理装置将在下面详细描述。
参照示出了装置1的端视图的图4更清楚地看到，被视作导电片(conductive strip)的导电元件4的端部突起穿过重叠模塑材料8的顶面。这些突起的元件4有效地成为电极2、3之间的电桥的接触端子。装置1被设计成提供基本上的柔性，因为装置1能够被扭曲并被操纵进入位置，并可在操作期间被弯曲而不使装置1分裂或破裂。此外，由于重叠模塑基本包住了电极2、3和暴露的电线6、7，使其基本上是不透水的，故装置1可以甚至在热水中被重复清洗，并再使用，如果其在血液或尿液湿透的应用场合中使用的话，这对于卫生而言是理想的。
桨形装置1看起来相对薄并且柔性，并且，桨形装置1约为40毫米长和20毫米宽，且厚度约为3.5毫米。装置1的总尺寸将允许其足够好地发挥功用以检测水分，并允许其足够小以便对于人的使用而言是舒适的。然而，柔软、柔性的桨形检测装置1的主要好处的其中之一在于它可以容易地插入就位并能为用户提供舒适度。
现在参照图6和7，图示了依照本发明一个优选实施例的水分检测设备的示意图和电路图，其中，所述水分检测设备一般被称作10。
在一个非限制性的应用场合中，本发明的水分检测设备10被设计成用来帮助遗尿症患者对于无意识膀胱收缩形成的增强的敏感性，并最终可允许使用者学着抑制对排尿的反射，尤其是在睡眠时。
设备10优选包括参照图1至5所描述的水分检测装置1。在装置1的一端处延伸的电缆5为任何适当、所需的长度，并可理想地包括终止于电缆5的另一端处的插头连接器11。插头11可以是单插头(mono plug)，且信号处理装置13与适当的连接器或插座12适配，以便为了操作需要和为了重置设备10而可释放地容纳插头11。
设备10宽泛地分为如图6中所示的主要部件。传感装置1通过插头11电连接到信号处理装置13的印制电路板内的插座12。电源装置14给设备10提供大约6伏的直流电，电源装置14优选呈电池形式，其包括四个钮扣尺寸的1.5伏电池。信号处理装置13构造并布置有多个适当的电路元件，以便监控水分检测装置1的输出和状态，并产生和处理适于送至警报指示器装置15的信号。警报指示器装置15可包括任何形式的警报装置，这包括但不仅限于声响警报和/或视觉显示装置，比如，举例来说，闪光发射二极管或二极管阵列(未示出)或其他这样的指示器装置，以便警告设备10的使用者，或者监护此人或病人的护士或医生或其他人。
宽泛地表示成信号处理装置13的电路、电源装置14和警报指示器装置15理想地布置在紧凑、耐用、有弹性的罩体或壳体16内。设想壳体16将尽可能地薄、轻和紧凑，以便允许电路得到保护，并有效地发挥功用，而且还为使用者提供舒适度。壳体16的尺寸可有利地近似为大约50毫米长、大约40毫米宽和大约15毫米厚。
在这个实施例中，声响警报装置被用作警报指示器装置15，并且，设备10操作的进一步的细节参照图7中图示的电路图来说明。将了解，该电路是作为本发明的操作的一个非限制性的例子而被提供的。
现在同时还参照图7对设备10的操作作如下概括地解释。为了给设备10加电，电缆5的插头11被插入安装到PCB的插座12内，并电连接至信号处理装置13。该动作从呈电池电路14形式的电源装置连接6V的DC(直流)电力到信号处理装置13。电池电路14理想包括带有电容C3和电阻R6的滤波电路，该滤波电路确保给主电路供应更平稳的电力。
装置1一般以开路状态连接，从而使其跨越桨形件的外表面8是干燥的，并在导电元件4之间具有高阻抗。电容C2确保在提供电力时，主电路以正确的状态加电。电容C2将最初放电以确保与非门U1C的输入引脚12处于逻辑0，这导致门U1C的输出引脚11为逻辑1，并进而输入到将为逻辑0的与非门U1D。通过电阻R3的正反馈进一步将电路保持在该状态。电容C2将通过电阻R5被充电，从而，门U1C的引脚12将处于逻辑1。
装置1通过电缆5连接至电阻R3以形成分压器和依赖于门U1C的引脚13处的相对阻抗的可变电压。当导电元件4由于水分而被桥接的时候，跨越元件4和电极2、3的阻抗下降，从而，电压将跨越门U1C的引脚13升高，并越过门U1C的阈值。此时，由引脚12和引脚13到门U1C的输入两者都会处于逻辑1，并且，门U1C的输出将变为逻辑0，这导致门U1D的两个输入都处于逻辑0，这使得门U1D的输出变为逻辑1，而且，通过电阻R3的正反馈将确保该状态保持不变直至重置。
本发明提供附加的特征，一旦检测到水分且主电路被触发的话，所述附加特征有效地绝缘装置1的电极2、3。这一点在该电路中通过以下事实来实现，即，一旦门U1D的输出变为逻辑1、且通过电阻R3的正反馈确保该状态保持不变的话，跨越电极2、3的压降减小至0伏。因为跨越电极2、3的电压和电阻R3处于相同的电压，故电极2、3之间不会有任何电流，并且因此，有效地绝缘装置1。该效果在装置1被用来检测尿液的应用场合中是理想的，因为电流可通过电解作用导致尿液变成酸性的，这样会带来刺激皮肤的风险。
由于门U1D的输出已经变为逻辑1，呈压电陶瓷扬声器BZ1形式的警报装置被驱动并开始发出哔哔声以警告使用者水分的存在。可以看到，集成电路U1B产生大约3.7kHz的高频音调(frequency tone)，这样的高频音调由调制器U1A和二极管D3以大约4Hz的速率的操作来进行调制开/关。调制频率由电容C1和电阻R2的操作来设定。扬声器BZ1的频率由电容C4和电阻R8、R9的操作来设定，并且，由此可通过调节R8调整扬声器BZ1的频率并从而调整扬声器BZ1的音量以得到想要的输出。
任选地，如果要求连续的单音而非间歇的或哔哔响的音调的话，可通过在引脚TP5和TP6之间进行桥接或连接以短路电容C1来禁用开/关调制效果。
可以看到，信号处理装置13的输出在驱动扬声器BZ1之前被警报指示器装置15通过晶体管Q1和Q2的操作而进行缓冲。通过电路元件Q1、Q2、R11和R13的操作形成桥路，导致了几乎是6V的供电电压的两倍的、送至扬声器BZ1的驱动信号。
可以看到，扬声器BZ1将继续发出音调，直至导致电路关断的电缆5从插座12拔出。
认为设备10特别适合于被遗尿症患者使用。由于壳体16非常紧凑，其可适于通过任何适当的紧固装置连接到使用者的衣物上。在伴随睡眠的遗尿症患者的问题的情况下，可提供用于连接收容主电路的壳体16的适当连接装置，从而使壳体单元16靠近佩戴者的头部而进行连接。
在设备10用于遗尿症患者的一个应用场合中，设备10的壳体16一部分可连接至佩戴者肩部或关联的衣物，从而使警报指示器装置15靠近佩戴者的头部安装。电缆5可插入插座12，并且，装置1可随后设置在使用者裤内适当的位置，以在使用者排尿时检测尿液的存在。于是，可见，当尿液闭合了电极2、3之间至少任意一个相应的元件4对之间的电桥的时候，将启动警报指示器装置15，且睡眠者会醒来并意识到自己在排尿的事实。于是，可见，警报器有利地充当了刺激物，以对本发明的设备10的佩戴者的膀胱训练起到帮助作用。一旦启动的话，使用者可将插头11从插座12取出，并稍后将插头11重新插入以重置设备10。
进一步认为本发明的设备10对于像透析期间、特别是夜间透析期间针的插入位置周围的漏血检测这样的应用场合可能也是有用的。此外，对于在胰岛素相关的糖尿病中患低血糖的人而言，可检测高度出汗。
现在参照图8，图示了依照本发明的第二优选实施例的水分检测设备20的主要部件的示意性框图。在这个实施例中，装置1靠近信号处理装置，且警报装置可被使用者或监护传感装置1的佩戴者的、合理接近的其他人远离装置1放置。
在设备20中，来自水分传感装置1的电缆5连接到信号处理装置21的端子。信号处理装置21还包括发送器22。在信号处理装置检测到并处理来自装置1的正信号时，一旦发送器22启动，则发送器22发送适当的信号到接收器装置23，该信号被送至适于触发警报指示器装置25的控制装置24。该电路及关联元件的许多方面和原理与已描述过的设备10可以是相似的，并且将不再重复。
如下，概括地描述了一种操作方法。信号处理装置21被构造并布置以监控装置1的电极2、3之间的阻抗。呈电池形式的适当电源装置与适当的接通/断开开关一起设置。当因为尿液在电极2、3之间形成导电路径跨越元件4而使阻抗降至预定的阈值以下时，形成为施密特触发器的集成电路的输出改变状态，从而，其输出变为逻辑0，并且，这种状态的变化通过到第二集成电路(IC)、例如Atmel AT86RF401 IC的输入而被感测到，其中，第二集成电路充当信号处理器和射频微型发送器，其在大约300至450MHz之间的频带内操作。当第二IC接收到指示装置1上存在水分的信号时，其开始在约315.788MHz的频率下以大约1毫瓦的低功率等级发送大约750bps的信号。所使用的天线可以是设置在印制电路板外部周围适当位置的环形天线，信号处理装置21的部件和相关元件安装至上述印制电路板。
如果需要的话，可对发送信号编码，并且，被发送的数据可为发送器独有的32位数字。发送器重复发送被相关接收器装置23接收的数据，接收器装置23进行监控以便传输该独特的32位数字。
接收器装置23理想地也是电池供电的，并包括适当的射频接收器(例如，Micrel MICRF009BM IC)和相关的电路元件以及RF天线，信号处理装置包括带有相关电路元件、被称作控制单元24的微处理器控制器单元(例如，ATMEL ATTINY12 IC)和适当的警报指示器装置25。
接收器电路可被构造成用来对可自发送器装置22发送的特别的32位数据进行持续监控。如果一旦由装置1启动发送器装置22就发送32位数据的话，接收器装置23就会接收信号并将信号送入微处理器控制单元24。控制单元24然后令振荡电路脉动，上述振荡电路驱动呈蜂鸣器或压电扬声器形式的警报指示器装置25。
在发送侧的电路容纳在适当的紧凑的壳体26内。在接收侧的电路也容纳在适当的紧凑的壳体27内。
认为警报装置25能够方便地设置在发送的信号接收范围以内的任何地方，并且，同样地，可以靠近使用者或被护理者或护士或监护使用者的其他人员进行远程监控。
其中已经对具有已知等同物的整体或部件作出了前述的引用，则如同被单独阐述一样，本文结合了这样的等同物。因此，将了解，可在不脱离本文所教导的原理的情况下对上述本发明的实施例进行改动。
应了解，以上的描述旨在说明，而不是进行限制。对于本领域技术人员而言，在考虑了呈所讨论和说明的具体形式的原理之后，本发明的附加的优点将显而易见。因此，将了解，本发明不仅限于所描述或说明的具体实施例，而是旨在覆盖在附加权利要求范围以内的所有变化或修改。
Claims (16)
1.一种用于检测体液存在的装置，所述装置包括检测器装置，所述检测器装置包括至少两个隔开的电极，所述至少两个隔开的电极限定开路电桥，并且每一个电极可通过电线电连接到信号发生装置，所述电极被构造并被布置成在使用中用来在足量体液桥接所述电极之间的距离或间隙的时候，为电跨越所述电极之间的预定的距离或间隙进行传导而提供路径，并且，其中，所述导电电极基本上嵌入柔性、非导电性的材料内，其中，每一个导电电极包括被所述电极之间预定的距离或间隙所分离的至少一个突起的导电元件。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述导电电极利用适当柔性且非导电性的热塑性塑料材料进行重叠模塑。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述热塑性塑料材料为柔性、热塑性硅硫化橡胶材料。
4.如权利要求3所述的装置，其中，每一个所述的导电电极包括被所述电极之间的预定距离或间隙分离的9个突起的导电元件。
5.如权利要求3所述的装置，其中，导电电极对被构造和布置成具有形成在每一个所述电极内的、9个突起的导电元件，所述导电元件穿过重叠模塑的非导电性热塑性塑料材料而暴露，并且，其中，所述9个相对的导电元件沿着所述检测器装置的长度排列，在每一个相对的导电元件对之间具有预定的距离或间隙。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述电线适于被可释放地连接至所述信号处理装置。
7.一种水分检测设备，所述水分检测设备包括权利要求1所述的装置，并包括被构造和布置成检测跨越电极的状态变化、并驱动警报装置的信号处理装置，以及用于给所述信号处理装置和所述警报装置供电的电源装置。
8.如权利要求7所述的设备，其中，所述信号处理装置和所述警报装置被构造和布置在罩体内，并且，其中，所述检测器装置远离所述罩体设置，并通过连到可拆卸地可连接的连接器装置的电线连接至所述信号处理装置的输入端。
9.如权利要求7所述的设备，其中，所述信号处理装置包括电路元件装置，所述电路元件装置被构造和布置成在使用中用来产生适当的输入信号给声响警报装置，以便响应于所述检测器装置检测到体液而驱动声响警报器。
10.如权利要求7所述的设备，其中，所述信号处理装置包括电路元件装置，所述电路元件装置被构造和布置成在使用中用来在一旦所述警报装置被启动的时候，防止电流流过所述检测装置。
11.如权利要求9所述的装置，其中，所述警报器为压电陶瓷扬声器。
12.如权利要求7所述的设备，其中，所述信号处理装置包括发送器装置，所述发送器装置接收适当的输入信号并向接收器装置发送输出信号，并且，其中，所述接收器装置响应于所述检测器装置检测到体液而从所述发送器装置接收信号以驱动声响警报装置。
13.如权利要求7所述的设备，其中，所述电源装置为提供额定6伏直流供电的电池。
14.如权利要求1所述的装置，其中，被检测的体液为尿液和/或血液和/或过量汗液。
15.一种基本如本文参照附图中的任意一幅所描述的装置。
16.一种基本如本文参照附图中的任意一幅所描述的设备。
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