CN203535741U - 智能地垫 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能地垫，其包括地垫本体，且进一步包括：至少一个无源传感器、信号处理器以及报警器，其中，所述至少一个无源传感器设置于所述地垫本体的内部或表面，且所述至少一个无源传感器的感应信号输出端与所述信号处理器的输入端相连，所述信号处理器的输出端与所述报警器相连。本实用新型中，在地垫本体上设置有无源传感器，该传感器无需供电，在受到外力作用时即可产生感应信号，该感应信号通过信号处理器触发报警器报警，由此实现了通过地垫进行报警的功能。由于地垫的使用范围广泛、且不容易引起人们的注意，因此，通过地垫来报警能够显著提高安全系数。

Description

智能地垫

技术领域

本实用新型涉及电路领域，特别涉及一种智能地垫。

背景技术

地垫在人们的日常生活中被广泛应用，其具有柔软舒适、吸附灰尘以及装饰美观等多重功效。通常情况下，地垫被应用于家庭、宾馆、大厦等的出入口处，因此，每当人们出入时都要不可避免的经过地垫。

地垫的使用频率如此之高，又是人们出入时的必经之处，因此，如果地垫能够兼具报警功能必将为安防工作带来诸多便利。但是，目前还没有设计出能够报警的地垫。

实用新型内容

本实用新型提供了一种智能地垫，用以解决现有技术中的地垫不具备报警功能的问题。

一种智能地垫，包括地垫本体，进一步包括：至少一个无源传感器、信号处理器以及报警器，其中，所述至少一个无源传感器设置于所述地垫本体的内部或表面，且所述至少一个无源传感器的感应信号输出端与所述信号处理器的输入端相连，所述信号处理器的输出端与所述报警器相连。

本实用新型实施例中，在地垫本体上设置有无源传感器，该传感器无需供电，在受到外力作用时将产生感应信号，该感应信号通过信号处理器触发报警器报警，由此实现了通过地垫进行报警的功能。由于地垫的使用范围广泛、且不容易引起人们的注意，因此，通过地垫来报警能够显著提高安全系数。

附图说明

图1示出了本实用新型实施例提供的智能地垫的结构示意图；

图2示出了摩擦电传感器的一种常用结构的示意图；

图3示出了摩擦电传感器中的绝缘支撑层的俯视图；

图4示出了具有半圆球状的绝缘支撑层的摩擦电传感器的剖面结构图；

图5示出了包含居间电极层的摩擦电传感器的结构示意图；

图6示出了氧化锌发电传感器的结构示意图；

图7示出了无源传感器与地垫本体之间的位置关系图；

图8示出了多个无源传感器之间阵列化排布的示意图；

图9示出了触发电路的一种结构示意图。

具体实施方式

为充分了解本实用新型之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本实用新型做详细说明,但本实用新型并不仅仅限于此。

本实用新型提供了一种智能地垫，用以解决现有技术中的地垫不具备报警功能的问题。

图1示出了本实用新型实施例提供的智能地垫的结构示意图。如图1所示，该智能地垫包括：地垫本体1、至少一个无源传感器2、信号处理器3以及报警器4，其中，至少一个无源传感器2设置于地垫本体1的内部或表面，且至少一个无源传感器2的感应信号输出端与信号处理器3的输入端相连，信号处理器3的输出端与报警器4相连。

本实用新型实施例中，在地垫本体上设置有无源传感器，该传感器无需供电，在受到外力作用时将产生感应信号，该感应信号通过信号处理器触发报警器报警，由此实现了通过地垫进行报警的功能。由于地垫的使用范围广泛、且不容易引起人们的注意，因此，通过地垫来报警能够显著提高安全系数。

下面首先介绍一下其中的无源传感器2的几种结构和工作原理。无源传感器2既可以是氧化锌发电传感器，也可以是摩擦电传感器。首先以无源传感器为摩擦电传感器为例进行介绍。

图2示出了摩擦电传感器的一种常用结构的示意图。如图2所示，该摩擦电传感器包括：相对设置的第一电极层和第二电极层，其中，相对设置的含义主要是指：第一电极层和第二电极层以上下相对的方式进行设置，也可以说，第一电极层层叠在第二电极层的上方。其中，第一电极层包括第一电极21，第二电极层包括第二电极24，并且，第一电极层进一步包括第一高分子聚合物绝缘层22，该第一高分子聚合物绝缘层22固设在第一电极21朝向第二电极层的侧表面上；第二电极层进一步包括第二高分子聚合物绝缘层23，该第二高分子聚合物绝缘层23固设在第二电极24朝向第一电极层的侧表面上。换句话说，摩擦电传感器中的第一电极21、第一高分子聚合物绝缘层22、第二高分子聚合物绝缘层23和第二电极24按照从上到下的顺序依次层叠设置。

其中，上述的第一电极层和第二电极层中相对的两个侧表面（即：第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层中的相对的两个侧表面）作为该摩擦电传感器的摩擦界面，这两个摩擦界面在受到压力作用时接触摩擦并在第一电极和第二电极处感应出作为感应信号的电荷。因此，上述的第一电极和第二电极作为该摩擦电传感器的感应信号输出端。

下面具体介绍一下上述的摩擦电传感器的工作原理。当该摩擦电传感器受到压力作用时，该摩擦电传感器的各部分受到挤压，导致摩擦电传感器中的两个摩擦界面相互摩擦并产生静电荷，静电荷的产生会使第一电极和第二电极之间的电容发生改变，从而导致第一电极和第二电极之间出现电势差。由于第一电极和第二电极作为摩擦电传感器的感应信号输出端与信号处理器连接，因此信号处理器构成了摩擦电传感器的外电路，摩擦电传感器的两个输出端之间相当于被外电路连通，因此将产生感应电荷。当该摩擦电传感器的各层恢复到原来状态时，这时形成在第一电极和第二电极之间的内电势消失，此时已平衡的第一电极和第二电极之间将再次产生反向的电势差。通过反复摩擦和恢复，就可以在外电路中形成周期性的交流脉冲感应信号。

除了图2所示的摩擦电传感器的结构之外，还可以省去上述的第一高分子聚合物绝缘层或者省去上述的第二高分子聚合物绝缘层，使保留的高分子聚合物绝缘层直接与相对的电极进行摩擦，同样可以实现产生感应电荷的目的。例如，以省去第一高分子聚合物绝缘层为例来说，第一电极层仅包含第一电极，而第二电极层包含第二电极和第二高分子聚合物绝缘层，其中，第二高分子聚合物绝缘层固设在第二电极上，且位于第二电极和第一电极之间。此时，第一电极和第二高分子聚合物绝缘层作为该摩擦电传感器的两个摩擦界面，其产生感应电荷的原理与图2中的摩擦电传感器类似，此处不再赘述。

另外，为了使摩擦电传感器的两个摩擦界面在不受按压时能够更好地相互分离，从而在受到按压时能够更好地接触摩擦由此提高感应灵敏度，还可以进一步在摩擦电传感器的两个摩擦界面之间设置绝缘支撑层。其中，绝缘支撑层的具体形状和大小可根据需要进行灵活设置。绝缘支撑层的材料可以选择绝缘的、具有一定厚度、具有一定力学支撑性能、且具有一定柔性（即可一定程度弯曲变形的）单层膜或多层膜构成的复合膜材料。例如，绝缘支撑层的材料可以选自以下材料中的一种：海绵、泡沫、硅酮耐候胶、PET、PVC、PP、PE、PTFE、氟化乙烯丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜、聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜等。

例如，可以将绝缘支撑层20设置为一块连续的片状结构（摩擦电传感器通常略小于摩擦电传感器的剖面大小）。该片状结构的支撑层可以采用具有一定弹性并具有一定力学支撑性能的绝缘材料（例如海绵）来制作，其垫在第一电极层和第二电极层之间，起到支撑和分离的作用。另外，为了使摩擦电传感器的两个摩擦界面之间能够直接接触，还可以在该连续的片状结构的支撑层上进一步设置一个或多个孔洞，孔洞的形状包括以下形状中的一种或多种：圆形、方形、菱形和星形。优选地，当摩擦电传感器的形状为长方体，且该绝缘支撑层为矩形时，可以在支撑层的中央设置一个矩形的大孔洞，使该绝缘支撑层仅在四边的边框处起到支撑作用，图3示出了该绝缘支撑层20的俯视图。

或者，也可以将绝缘支撑层设置为离散的点状结构，这些离散的点状结构可以以阵列方式均匀排布在第一电极层和第二电极层之间。其中，点状结构的形状可以包括以下形状中的一种或多种：圆球状、半圆球状和棱锥状。图4示出了具有半圆球状的绝缘支撑层20的摩擦电传感器的剖面结构图。优选地，该半圆球状的绝缘支撑层具有一定的弹性，且高度较小，以利于摩擦电传感器的接触和分离。

上述的摩擦电传感器中的第一电极层和第二电极层既可以为独立的小面积结构单元（如5cmx5cm），每个结构单元相当于一个小型传感器，每个小型传感器具有一组输出端，多个小型传感器之间相互并联，这样的方式能够提高小面积的感应灵敏度。另外，上述的摩擦电传感器中的第一电极层和第二电极层也可以为整体分布的连续发电膜，由离散的绝缘支撑层支撑为多个凸起的结构单元，但各个结构单元之间仍然是连续的，因此只具有一组输出端，相当于一个大传感器。

另外，为了提高感应灵敏度，也可以在形成摩擦电传感器的摩擦界面的两个侧表面中的至少一个侧表面上进一步设置微纳凹凸结构。因此，当摩擦电传感器受到挤压时，两个摩擦界面的相对表面能够更好地接触摩擦，并在第一电极和第二电极处感应出较多的电荷。上述的微纳凹凸结构具体可以采取如下两种可能的实现方式：第一种方式为，该微纳凹凸结构是微米级或纳米级的非常小的凹凸结构。该凹凸结构能够增加摩擦阻力，提高发电效率。所述凹凸结构能够在薄膜制备时直接形成，也能够用打磨的方法使第一高分子聚合物绝缘层的表面形成不规则的凹凸结构。具体地，该凹凸结构可以是半圆形、条纹状、立方体型、四棱锥型、或圆柱形等形状的凹凸结构。第二种方式为，该微纳凹凸结构是纳米级孔状结构，此时第一高分子聚合物绝缘层所用材料优选为聚偏氟乙烯（PVDF），其厚度为0.5-1.2mm（优选1.0mm），且其相对第二电极的面上设有多个纳米孔。其中，每个纳米孔的尺寸，即宽度和深度，可以根据应用的需要进行选择，优选的纳米孔的尺寸为：宽度为10-100nm以及深度为4-50μm。纳米孔的数量可以根据需要的输出电流值和电压值进行调整，优选的这些纳米孔是孔间距为2-30μm的均匀分布，更优选的平均孔间距为9μm的均匀分布。通过微纳凹凸结构，不仅可以增大摩擦阻力，提高感应电荷量，从而提高感应灵敏度；另外，如果将该凹凸结构的尺寸制作得稍大一些，则还能够起到支撑的效果。

上述的设置绝缘支撑层和设置微纳凹凸结构的方式既可以单独使用也可以结合使用。

另外，为了进一步提高摩擦效果，还可以将位于上方的第一电极层设置为向上凸起的拱形结构，从而在不受按压的状态下与位于下方的第二电极层之间形成拱形的间隙。这时，如果摩擦电传感器进一步包括绝缘支撑层，则该绝缘支撑层也可以相应地制作为拱形结构，当绝缘支撑层为拱形结构时，最好选择有一定韧性的材质，即：最好选择除海绵、泡沫、硅酮耐候胶（这三种材质不易制作拱形结构）之外的其他材质来制作（即上述的PET、PVC、PP、PE、PTFE、氟化乙烯丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜、聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜）。

进一步地，当该摩擦电传感器的第一电极层进一步包括第一高分子聚合物绝缘层，且第二电极层进一步包括第二高分子聚合物绝缘层时，该摩擦电传感器还可以进一步包括：设置于第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层之间的居间电极层，该居间电极层为向上凸起的拱形结构。其中，该居间电极层向上凸起的弧度角与第一电极层向上凸起的弧度角可以一致也可以不一致。优选地，为了使居间电极层和第一电极层之间存在一定的间隙，以便于提高摩擦效果，该居间电极层向上凸起的弧度角小于第一电极层向上凸起的弧度角，即：凸起的居间电极层的凸起高度小于凸起的第一电极层的凸起高度。图5示出了包含居间电极层50的摩擦电传感器的结构示意图，从图5中可以看出，第一电极层51和居间电极层50均为拱形结构，第二电极层52为平板结构。在具有居间电极层的结构中，将第一电极层中的第一电极和第二电极层中的第二电极串联起来作为一个感应信号输出端，将居间电极层作为另一个感应信号输出端。

另外，在图2所示的摩擦电传感器的结构基础上，除了可以进一步在第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层之间设置居间电极层之外，还可以进一步在第一高分子聚合物绝缘层上或者在第二高分子聚合物绝缘层上设置居间薄膜层，该居间薄膜层为聚合物薄膜层。

在上述的摩擦电传感器中，第一电极和第二电极所用材料可以是铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金，其中金属可以是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；合金可以是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。由此可以看出，第一电极和第二电极能够选择的材料主要包括：金属、合金以及非金属材料（铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜）。值得注意的是，当本实用新型中的摩擦电传感器省去上述的第一高分子聚合物绝缘层或者省去上述的第二高分子聚合物绝缘层，使保留的高分子聚合物绝缘层直接与相对的电极进行摩擦时，由于此时与聚合物相对的电极需要作为摩擦电极实现摩擦的作用，因此，与聚合物相对的这一电极的材料一般为金属或合金，而不选择上述的非金属材料来制作这一与聚合物相对的电极，这样的材料选择方式能够提高摩擦效果。

上述的第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层可以分别选自耐磨抗压的PTFE、聚酯纤维、纤维素、半纤维素材料，或者选自聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维（再生）海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜中的一种。其中，在没有居间薄膜层的结构中，原则上第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层的材质可以相同，也可以不同。但是，如果两层高分子聚合物绝缘层的材质都相同，会导致摩擦起电的电荷量很小。因此优选地，第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层的材质不同。在有居间薄膜层的结构中，为了提高摩擦效果，优选地，居间薄膜层的材质不同于第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层，而第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层的材质则优选相同，这样，能减少材料种类，使本实用新型的制作更加方便。在有居间电极层的结构中，居间电极层的材质可参照上述的第一电极和第二电极进行选择，优选地，居间电极层的材质为上述的金属或合金材质，而且，其中的第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层的材质不同。

介绍完摩擦电传感器的几种结构之后，接下来，介绍一下氧化锌发电传感器的结构。

图6示出了氧化锌发电传感器的结构示意图。如图6所示，该氧化锌发电传感器包括：相对设置的第一电极层和第二电极层，其中，相对设置的含义主要是指：第一电极层和第二电极层以上下相对的方式进行设置，也可以说，第一电极层层叠在第二电极层的上方。其中，第一电极层包括第一电极31，第二电极层包括第二电极34，并且，第一电极层进一步包括第一高分子聚合物绝缘层32，该第一高分子聚合物绝缘层32固设在第一电极31朝向第二电极层的侧表面上；第二电极层进一步包括第二高分子聚合物绝缘层33，该第二高分子聚合物绝缘层33固设在第二电极34朝向第一电极层的侧表面上。换句话说，氧化锌发电传感器中的第一电极31、第一高分子聚合物绝缘层32、第二高分子聚合物绝缘层33和第二电极34按照从上到下的顺序依次层叠设置。进一步地，在第一电极层或第二电极层上生长有压电纳米线阵列30，且所述压电纳米线阵列位于第一电极层和第二电极层之间。该压电纳米线阵列30在发生弯曲和恢复的过程中能够产生压电效应，从而在第一电极和第二电极上产生电势差进而产生感应电流。其中，压电纳米线阵列可以采用氧化锌纳米线阵列来实现。

除了图6所示的氧化锌发电传感器的结构之外，还可以省去上述的第一高分子聚合物绝缘层或者省去上述的第二高分子聚合物绝缘层，使压电纳米线阵列生长在第一电极或第二电极上，同样可以实现产生感应电荷的目的。例如，以省去第一高分子聚合物绝缘层为例来说，第一电极层仅包含第一电极，而第二电极层包含第二电极和第二高分子聚合物绝缘层，其中，第二高分子聚合物绝缘层固设在第二电极上，且在第一电极朝向第二高分子聚合物绝缘层的侧表面上生长有压电纳米线阵列，由此可见，压电纳米线阵列仍然位于第一电极层和第二电极层之间，其产生感应电荷的原理与图6中的氧化锌发电传感器类似，此处不再赘述。

介绍完无源传感器的各种可能结构之后，接下来介绍一下上述的无源传感器与地垫本体之间的位置关系。

在第一种情况中，无源传感器可以设置在地垫本体的内部，由此可以避免无源传感器受到机械损伤。相应地，地垫本体进一步包括层叠设置的地垫上层11和地垫下层12，所述地垫上层11和所述地垫下层12之间形成空腔，则无源传感器设置于该空腔内。该空腔的形成方式至少有两种，第一种方式为：直接在地垫内部掏空一部分形成空腔，这一方式适用于厚度较厚的地垫；第二种方式为：将两层地垫层叠起来，并在两层地垫的边缘部分用支撑物支撑并固定，使其内部形成空腔，这一方式适用于厚度较薄的地垫。具体放置传感器时，可以将该无源传感器直接放置于空腔内，即无源传感器与空腔之间并不存在固定关系；或者，也可以将无源传感器固定在空腔表面，例如，可以将上述的无源传感器的第一电极层61固设在空腔的上表面上，将无源传感器的第二电极层62固设在空腔的下表面上，如图7所示。具体固定时，以摩擦电传感器为例来说，可以将摩擦电传感器的厚度设计成与空腔内部高度相一致的厚度，这样摩擦电传感器刚好嵌入空腔内，且摩擦电传感器的两个摩擦界面之间刚好能够发生接触；或者，也可以将摩擦电传感器的厚度设计成小于空腔内部高度的厚度，这样摩擦电传感器的第一电极层贴合固定在空腔上表面，第二电极层贴合固定在空腔下表面后，第一电极层和第二电极层之间还留有一定的空间，这部分空间保证了摩擦电传感器的摩擦界面在不受按压时能够有效分离开，另外，这部分空间也可以用来容纳上面提到的绝缘支撑层。

在第二种情况中，无源传感器可以设置在地垫本体的表面，从而方便拆卸和更换。相应地，可以在地垫本体的表面上进一步设置与传感器大小相吻合的凹槽，从而可以将无源传感器中的第一电极层和第二电极层等部分层叠设置在该凹槽内。

上述的无源传感器的数量可以多个，且多个无源传感器2之间可以以阵列化排布的方式并联连接，如图8所示。

本实用新型中的无源传感器可以直接将压电、摩擦电等转换为感应电流，无需由电源模块供电，因此具有绿色环保节能的优点。而且，该无源传感器的精度高、制作成本低、工艺简单。

下面介绍一下信号处理器的主要结构。信号处理器的主要作用在于对摩擦电传感器产生的感应信号进行收集处理，并将处理后的感应信号提供给报警器报警。在一种可能的电路结构中，信号处理器由触发电路和延时电路两部分组成。其中，延时电路是最终用来触发报警器报警的电路，而触发电路则用来触发延时电路向报警器发出信号。额外设置触发电路的原因在于：由于摩擦电传感器受到按压而产生感应信号的时间非常短，通常只有6ms左右（该数值根据受到按压的程度和时间而变化），因此，摩擦电传感器产生的感应信号不能直接用来驱动延时电路，需要由触发电路预先处理成可触发延时电路的信号。

其中，图9示出了触发电路的一种结构示意图。图9左侧的两个端口为该触发电路的两个输入端，分别与摩擦电传感器的两个感应信号输出端相连，用于接收传感器产生的原始感应信号。接收到的原始感应信号先是经过一个二极管进行整流，然后通过一个下拉电阻R1和一个小电容进行滤波，其中，下拉电阻R1和小电容的作用在于滤除杂波，防止干扰；然后，经过整流和滤波后的感应信号输入比较器的负极，与比较器正极的电压进行比较。其中，比较器正极的电压作为比较电压，该比较电压的具体数值可以根据所需的灵敏度来通过两个分压电阻R2和R3进行调节，最大能够调节到电源电压。当摩擦电传感器没有感应信号输出时，比较器负极的电压低于正极的电压，比较器输出高电平，使后续的PMOS截止；当摩擦电传感器有感应信号输出时，比较器负极的电压高于正极的电压，此时比较器输出低电平，使PMOS导通，从而输出一个近似电源电压的信号，以便完成触发功能。

触发电路在PMOS导通的状态下触发延时电路发出信号。其中，延时电路可以有多种选择方式，例如，可以采用555定时器这种集成电路来实现，也可以通过外接分立的模拟电路来实现。在本实施例中可以采用集成电路来实现该延时电路，并且，通过调节延时电路中的电容和电阻，可以将延时时间设置到2秒至60秒之间。当延时电路在触发电路的触发下发出信号后，该信号传达给报警器使报警器报警。

报警器可以通过有线方式与信号处理器连接，从而直接在本地报警；也可以通过无线方式与信号处理器连接，从而能够在远处报警。采用无线方式时，可以把报警器放置在人们经常活动的地方，当有人经过智能地垫时，人们不用守在旁边只需在平时的活动范围内就可以知道有人经过。其中，无线发射接收部分可以采用可编程超再生无线发射接收模块，发射频率为315MHz，如将天线设置好且无干扰，发射接收距离可达20-200米。具体报警时，可以通过多种形式进行报警，例如可以通过听觉和/或视觉进行报警提示。听觉方面可以采用蜂鸣器给人声音上的提醒，视觉方面可以采用三色LED灯引起人们的视觉警示。

上述的信号处理器和报警器可以通过电池或外接电源进行供电。另外，还可以设置与信号处理器和/或报警器相连的控制开关，用来控制信号处理器和/或报警器的接通或关断。当智能地垫的应用场所开放，无需启动报警时，可以关断控制开关，使智能地垫作为普通地垫使用。

本实用新型实施例提供的智能地垫中的地垫本体直接采用由合成橡胶和高分子纤维构成的普通地垫即可，能够广泛应用于相关场所的入口、出口处、台阶、楼梯的安防报警以及迎宾地垫处。

综上所述，本实用新型实施例提供的智能地垫除了具有上文所描述的优点之外，还至少具有如下优势：

1、本实用新型实施例提供的智能地垫具有成本低廉的优势。具体地，在本实用新型中，由于地垫内部采用无源传感器进行报警，且从无源传感器中的摩擦电传感器和氧化锌发电传感器的材质可以看出，该无源传感器具有成本低廉的优势，能够大大降低生产成本。

2、本实用新型实施例提供的智能地垫具有灵敏性高的优势。具体地，在本实用新型中，微小的压力或摩擦力就能触发氧化锌发电传感器或摩擦电传感器发生形变，从而产生感应电流。因而，即使有人轻轻地走过地垫也会触发报警器报警，由此可见，本实用新型实施例中的传感器灵敏性高，提高报警的准确性和可靠性。

3、本实用新型实施例提供的智能地垫中的传感器具有大面积铺设的优势。具体地，本实用新型中的无源传感器可以制作为平板结构，特别地，本实用新型中的摩擦电传感器所制作成的平板结构占据的面积大小可以近似等于地垫的面积大小（可以制作一个大的传感器或阵列化铺设多个小的传感器），由此可以实现全方位感应的效果，即使有人踮起脚尖只接触了地垫的某一个小面积的特定区域，也会触发传感器进行报警，由此能够对地垫的整个区域进行监控，监控范围较大。

本领域技术人员可以理解，虽然上述说明中，为便于理解，对方法的步骤采用了顺序性描述，但是应当指出，对于上述步骤的顺序并不作严格限制。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

还可以理解的是，附图或实施例中所示的装置结构仅仅是示意性的，表示逻辑结构。其中作为分离部件显示的模块可能是或者可能不是物理上分开的，作为模块显示的部件可能是或者可能不是物理模块。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种智能地垫，包括地垫本体，其特征在于，进一步包括：至少一个无源传感器、信号处理器以及报警器，其中，所述至少一个无源传感器设置于所述地垫本体的内部或表面，且所述至少一个无源传感器的感应信号输出端与所述信号处理器的输入端相连，所述信号处理器的输出端与所述报警器相连。

2.如权利要求1所述的智能地垫，其特征在于，所述无源传感器为氧化锌发电传感器或摩擦电传感器。

3.如权利要求2所述的智能地垫，其特征在于，所述摩擦电传感器进一步包括：相对设置的第一电极层和第二电极层，其中，所述第一电极层包括第一电极，所述第二电极层包括第二电极，

并且，所述第一电极层进一步包括第一高分子聚合物绝缘层，所述第一高分子聚合物绝缘层固设在所述第一电极朝向所述第二电极层的侧表面上；和/或，所述第二电极层进一步包括第二高分子聚合物绝缘层，所述第二高分子聚合物绝缘层固设在所述第二电极朝向所述第一电极层的侧表面上，

其中，所述第一电极层和所述第二电极层中相对的两个侧表面作为所述摩擦电传感器的摩擦界面，且所述第一电极和所述第二电极作为所述摩擦电传感器的感应信号输出端。

4.如权利要求3所述的智能地垫，其特征在于，所述摩擦电传感器进一步包括：设置于所述第一电极层和所述第二电极层之间的绝缘支撑层，其中，所述绝缘支撑层为连续的片状结构，或者，所述绝缘支撑层为离散的点状结构。

5.如权利要求4所述的智能地垫，其特征在于，当所述绝缘支撑层为连续的片状结构时，所述片状结构上进一步设置有孔洞，所述孔洞的形状包括以下形状中的一种或多种：圆形、方形、菱形和星形；

当所述绝缘支撑层为离散的点状结构时，所述点状结构的形状包括以下形状中的一种或多种：圆球状、半圆球状、棱柱状、圆柱状、圆锥状和棱锥状。

6.如权利要求3或4所述的智能地垫，其特征在于，形成摩擦电传感器的摩擦界面的两个侧表面中的至少一个侧表面上设置有微纳凹凸结构。

7.如权利要求3或4所述的智能地垫，其特征在于，所述第一电极层位于所述第二电极层的上方，且所述第一电极层为向上凸起的拱形结构。

8.如权利要求7所述的智能地垫，其特征在于，当所述第一电极层进一步包括第一高分子聚合物绝缘层，且所述第二电极层进一步包括第二高分子聚合物绝缘层时，所述摩擦电传感器进一步包括：设置于所述第一高分子聚合物绝缘层和所述第二高分子聚合物绝缘层之间的居间电极层，所述居间电极层为向上凸起的拱形结构，且所述居间电极层向上凸起的弧度角小于所述第一电极层向上凸起的弧度角。

9.如权利要求2所述的智能地垫，其特征在于，所述氧化锌发电传感器进一步包括：相对设置的第一电极层和第二电极层，其中，所述第一电极层包括第一电极，所述第二电极层包括第二电极，

并且，所述第一电极层进一步包括第一高分子聚合物绝缘层，所述第一高分子聚合物绝缘层固设在所述第一电极朝向所述第二电极层的侧表面上；和/或，所述第二电极层进一步包括第二高分子聚合物绝缘层，所述第二高分子聚合物绝缘层固设在所述第二电极朝向所述第一电极层的侧表面上，

其中，在所述第一电极层或所述第二电极层上进一步生长有压电纳米线阵列，且所述压电纳米线阵列位于第一电极层和第二电极层之间，所述第一电极和所述第二电极作为所述氧化锌发电传感器的感应信号输出端。

10.如权利要求3或9所述的智能地垫，其特征在于，当无源传感器设置于所述地垫本体的内部时，所述地垫本体进一步包括层叠设置的地垫上层和地垫下层，所述地垫上层和所述地垫下层之间形成空腔，则所述无源传感器设置于所述空腔内，且所述无源传感器的第一电极层固设在所述空腔的上表面上，所述无源传感器的第二电极层固设在所述空腔的下表面上；

当所述无源传感器设置于所述地垫本体的表面时，所述地垫本体的表面进一步设置有凹槽，则所述无源传感器中的第一电极层和第二电极层层叠设置于所述凹槽内。

11.如权利要求1所述的智能地垫，其特征在于，进一步包括：与所述信号处理器和/或报警器相连的控制开关。

12.如权利要求1所述的智能地垫，其特征在于，所述无源传感器的数量为多个，且多个无源传感器之间相互并联。

13.如权利要求1所述的智能地垫，其特征在于，所述信号处理器的输出端与所述报警器之间通过无线方式连接。

Images