CN217819123U - 一种柔性织物传感器和睡姿识别系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种柔性织物传感器和睡姿识别系统，第一电极层，包括若干第一电极，所述第一电极沿所述横向方向排列成行；第二电极层，包括若干第二电极，所述第二电极沿所述横向方向排列成行，同一行的所述第二电极电性连接；所述第一电极和所述第二电极一一对应设置并且在结构上相互匹配，且所述第一电极和所述第二电极的投影不相交；每一个所述第一电极和对应的所述第二电极形成一压力检测点。该柔性织物传感器，有效避免敏感材料在长期使用中出现拉扯现象导致的压力点检测不准确，提高柔性织物传感器的检测准确性。可广泛应用于智能床垫、汽车座椅压力采集系统、儿童座椅采集系统等等，并且使用寿命长。

Description

一种柔性织物传感器和睡姿识别系统

技术领域

本实用新型涉及人体健康检测技术领域，尤其涉及一种柔性织物传感器和睡姿识别系统。

背景技术

对于电阻式传感纺织品而言，当施加外力时，纱线内部电阻改变或纱线间接触电阻改变，均可引起测量电阻变化。接触电阻是指两个物理接触的导电体之间的电阻。根据Holm理论，对于两个接触体，接触电阻可表示为公式1。

式中：R_k表示两个接触物体的接触电阻；ρ和H分别表示物体的电阻率和硬度(假设两个物体的材料相同)；n表示接触区域中的接触点的数量(在宏观尺度中，接触表面实际上由许多单独的接触点组成)；F表示施加的接触力；ε表示常量参数。

接触电阻与接触力F和接触数n呈反比。随着接触数n和接触力F的增加，接触电阻将相应地减小。

人的一天有大约三分之一的时间是处于睡眠状态的，目前市面上有大量的睡眠监测装置，用于检测人体的睡眠状态，需要用户去在清醒状态下去查看当前的睡眠状态，并且无法在用户睡眠状态下提供干预。

接触电阻是纺织应变传感器的关键机制，因此，如何通过纺织材料和结构来构造接触点是纺织传感器设计的关键。导电纺织品接触电阻的变化可在纤维、纱线及织物层面发生。

在纤维尺度上，导电纤维表面可由物理或化学处理，如等离子体和液氮处理，得到随机或规则分布的裂缝，在纤维延伸和恢复周期中通过打开和关闭裂缝构建接触点的变化，从而改变纤维电阻。此外，也可通过化学方法将导电粒子附着在纤维表面或将导电粒子加入纤维内部成为纤维复合物，在纤维拉伸恢复过程中，导电粒子之间的接触变化同样引起测量电阻的变化。接触点数量和纤维应变之间的关系将决定传感器的灵敏度，而该应变传感器的可重复性将由纤维的恢复能力决定。

目前织物传感器采用上中下三层的三明治结构形式，如图1-2所示，1a 为第一导电层，2a为第二导电层，第一导电层和第二导电层之间的中间层为敏感材料层3a，形成等效电阻4a；敏感材料层3a大多采样平纹组织，斜纹组织，缎纹组织等结构组成。目前“三明治”结构使用在纺织物的传感器上对工艺要求比较高，需要上层电极和下层电极没有多余的纤维“毛羽”，敏感材料在长期使用中出现拉扯现象会出现缝隙，从而上下层纤维“毛羽”会穿透缝隙造成漏电影响测量结果的准确性。并且，第一导电层在第一方向排列感应纱线形成，第二导电层在与第一方向垂直的第二方向排列导电纱线形成，经纬交错的感应结构，当有人或者物体压到传感器表面，由于导电纱线以及敏感材料层的线具有延展性，长期拉伸导致疲劳，无法完全回弹，感应结构发生变化，如图3-4所示的变化，此时就会造成接触面积变小，导致测量数据变小。第一导电电极1a中的导电“毛羽”会通过图4中受到拉扯后接触面积发生变化，产生的缝隙5a，纤维“毛羽”接触到第二导电电极2a产生漏电，造成该点压力数据异常。

实用新型内容

基于现有技术中的问题，本实用新型提供一种柔性织物传感器和睡姿识别系统，旨在解决现有技术中柔性织物传感器容易出现蠕变等技术问题。

一种柔性织物传感器，包括：

第一电极层，包括若干第一电极，所述第一电极沿所述横向方向排列成行；

第二电极层，包括若干第二电极，所述第二电极沿所述横向方向排列成行，同一行的所述第二电极电性连接；

所述第一电极和所述第二电极一一对应设置并且在结构上相互匹配，且所述第一电极和所述第二电极的投影不相交；

每一个所述第一电极和对应的所述第二电极形成一压力检测点；

所述第一电极和所述第二电极均由导电线构成。

进一步的，所述第一电极布设于第一基布上，所述第二电极布设于第二基布上；

一压敏材料层粘贴于所述第一基布和所述第二基布之间。

进一步的，所述第一电极和所述第二电极均布设在同一基布上；

一压敏材料层粘贴于所述基布上。

进一步的，所述第一电极布设于一基布上；

一压敏材料层粘贴于所述第一电极上；

所述第二电极布设在所述压敏材料层上。

进一步的，所述第一电极和所述第二电极均为回字形，通过将所述导电线连续向内弯折地缝制在对应的所述基布上以形成相应的所述第一电极和所述第二电极。

进一步的，所述第一电极和所述第二电极均为波浪形。

进一步的，所述第一压力传感器带包括由至少两行所述第一电极和所述第二电极形成的矩阵式的所述压力检测点；

所述第二压力传感器带包括由至少两行所述第一电极和所述第二电极形成的矩阵式的所述压力检测点。

进一步的，所述导电线为导电纱线或者裸露的金属线。

一种睡姿识别系统，其特征在于，使用前述的柔性织物传感器分别制作形成第一压力传感器带和所述第二压力传感器带；

所述第一压力传感器带沿横向方向设置于床上并位于人体的大腿区域；

所述第二压力传感器带沿所述横向方向设置于床上并位于人体的臀部区域；

压力数据采集装置，分别连接所述第一压力传感器带和所述第二压力传感器带；

睡姿识别装置，连接所述压力数据采集装置；

其中，所述横向方向是指与床头与床尾延伸形成的纵向方向垂直的方向。

进一步的，所述第二压力传感器带的所述压力检测点的投影面积大于所述第一压力传感器带的所述压力检测点的投影面积。

本实用新型的有益技术效果在于：提供一种柔性织物传感器，有效避免敏感材料在长期使用中出现拉扯现象导致的压力点检测不准确，提高柔性织物传感器的检测准确性，制作简单，成本低，使用时间长。

附图说明

图1为现有技术织物传感器三明治结构的平面示意图；

图2为现有技术织物传感器三明治结构的侧面示意图；

图3为现有技术织物传感器使用时正常的三明治结构侧示意图；

图4为现有技术织物传感器使用后变形的三明治结构侧示意图；

图5为本发明一种人体睡姿识别的压力传感系统的模块示意图；

图6为本发明一种人体睡姿识别的压力传感系统的结构示意图；

图7为本发明一种人体睡姿识别的压力传感系统的一种优选实时方式的电极结构示意图；

图8为本发明一种人体睡姿识别的压力传感系统的另一种优选实时方式的电极结构示意图；

图9为本发明一种人体睡姿识别的压力传感系统的人体放置位置的平面示意图；

图10为本发明一种人体睡姿识别的压力传感系统适用电动床示意图；

图11为本发明一种人体睡姿识别的压力传感系统与下床沿距离示意图。

其中，

1-第一压力传感器带；

2-第二压力传感器带；

3-压力数据采集装置；

4-睡姿识别装置；

5-面套；

6-压力检测点；

11-第一电极；

22-第二电极；

41-腰托；42-背托；

43-腿部区域；

44-电动床；

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。

参见图7-8，本实用新型提供一种柔性织物传感器，包括：

第一电极层，包括若干第一电极(11)，所述第一电极(11)沿所述横向方向排列成行；

第二电极层，包括若干第二电极(22)，所述第二电极(22)沿所述横向方向排列成行，同一行的所述第二电极(22)电性连接；

所述第一电极(11)和所述第二电极(22)一一对应设置并且在结构上相互匹配，且所述第一电极(11)和所述第二电极(22)的投影不相交；

每一个所述第一电极(11)和对应的所述第二电极(22)形成一压力检测点(6)。

所述第一电极(11)和所述第二电极(22)均由导电线构成。

具体的，导电线为导电纤维或者裸露的金属线。

具体的，金属线为铜线。

进一步的，所述第一电极(11)布设于第一基布上，所述第二电极(22) 布设于第二基布上；

一压敏材料层粘贴于所述第一基布和所述第二基布之间。

作为一种具体实施方式，第一电极层和第二电极层在不同层，压敏材料层粘贴在中间形成三明治结构。

进一步的，所述第一电极(11)和所述第二电极(22)均布设在同一基布上；

一压敏材料层粘贴于所述基布上。

作为另一种优选实施方式，第一电极层和第二电极层在相同层，压敏材料层粘贴在第一电极层和第二电极层上。

进一步的，所述第一电极(11)布设于一基布上；

一压敏材料层粘贴于所述第一电极上；

所述第二电极(22)布设在所述压敏材料层上。

作为另一种优选实施方式，第一电极层和第二电极层在不同层，第一电极层布设在基布上，第二电极层布设在压敏材料层上，一压敏材料层粘贴在基布上，形成压力传感器带。

具体的，这种双层的结构：即导电线布设于一基布上形成第一导电层，压敏材料层平整粘贴在第一导电层上，通过布线将导电线布设在敏感材料层上，形成第二导电层。第一导电层和第二导电层投影不相交。不会产生现有技术中三明治结构形式由于按压造成缝隙导致压力数据异常的情况。

参见图7，进一步的，所述第一电极(11)和所述第二电极(22)均为回字形，通过将所述导电线连续向内弯折地缝制在对应的所述基布上以形成相应的所述第一电极(11)和所述第二电极(22)。或者，所述第二电极(22) 布设在所述压敏材料层上时，将所述导电线连续向内弯折地缝制在所述压敏材料层上形成所述第二电极(22)。

参见图8，进一步的，所述第一电极(11)和所述第二电极(22)均为波浪形。同样的，通过将所述导电线连续弯折地缝制在对应的所述基布上以形成相应的所述第一电极(11)和所述第二电极(22)。或者，所述第二电极(22)布设在所述压敏材料层上时，将所述导电线连续弯折地缝制在所述压敏材料层上形成所述第二电极(22)。

进一步的，所述第一电极(11)和所述第二电极(22)均为方波。

进一步的，所述第一电极(11)和所述第二电极(22)由两个方波组成。

具体的，采用缝纫布线设备将导电线按照“回”字结构或者波浪形布置在基布上，或者布设在压敏材料层上，形成第一电极或第二电极，基布材料需使用形变较小的布料。“回”字结构或者波浪形结构非常适合低成本、机械化加工。

进一步的，所述导电线为导电纱线或者裸露的铜线。

本实用新型的柔性织物传感器应用范围广，可广泛的应用于智能床垫、汽车座椅压力采集系统、儿童座椅采集系统等等，并且可以长期使用，使用寿命长。

参见图5-6和图9，本实用新型提供一种睡姿识别系统，包括：使用上述的柔性织物传感器分别制作形成第一压力传感器带和所述第二压力传感器带；

第一压力传感器带(1)，沿横向方向设置于床上并位于人体的大腿区域；

第二压力传感器带(2)，沿所述横向方向设置于床上并位于人体的臀部区域；

压力数据采集装置(3)，分别连接所述第一压力传感器带(1)和所述第二压力传感器带(2)；

睡姿识别装置(4)，连接所述压力数据采集装置(3)；

其中，所述横向方向是指与床头与床尾延伸形成的纵向方向垂直的方向。

具体的，第一压力传感器带(1)获取第一检测数据，第二压力传感器带 (2)获取第二检测数据；压力数据采集装置(3)收集第一检测数据和第二检测数据；睡姿识别装置(4)基于第一检测数据和第二检测数据识别睡姿。

具体的，所述第一压力传感器带(1)和所述第二压力传感器带(2)通过有线缆线的方式与外部的压力数据采集装置(3)连接。

具体的，压力数据采集装置(3)和睡姿识别装置(4)通过有线方式连接或者通过无线方式连接。

识别的睡姿包括侧躺、平躺以及是否离床等。

其中，所述第二压力传感器带(2)的所述压力检测点(6)的投影面积大于所述第一压力传感器带(1)的所述压力检测点(6)的投影面积；

进一步的，所述第一压力传感器带(1)和所述第二压力传感器带(2) 布置在同一个面套(5)上。

第一压力传感器带(1)和第二压力传感器带(2)布置在同一个面套(5) 上，面套(5)将两个压力传感器带包袱成一个整体，每个压力传感器带包括若干独立采集的压力检测点(6)。

进一步的，所述第一压力传感器带(1)包括由至少两行所述第一电极(11) 和所述第二电极(22)形成的矩阵式的所述压力检测点(6)；

所述第二压力传感器(2)带包括由至少两行所述第一电极(11)和所述第二电极(22)形成的矩阵式的所述压力检测点(6)。

本实用新型采用两条柔性织物压阻式压力带，能够准确检测和识别人体睡觉姿态，降低整体设备成本。

参见10，作为其中之一的应用场景，本实用新型可以适用与电动床(44)，一般电动床具有腰托(41)和背托(42)，腰托可以通过电机上下调节，背托可通过电机升起和降落调节。织物压阻式压力传感器带是用是通过人体躺在床垫上通过力的变化来识别人体的姿态，安放在肩附近会受到电动床升起和降落发生力的变化影响识别的准确性，同时由于压力带体积小巧可能出现无法被人体压住导致误判的情况；安装在腰部区域也会出现同样的问题，所以考虑安装在腿部区域(43)，安装在小腿区域侧的问题主要是姿态识别准确性不高。因此我们在选择安装位置的时候考虑在臀部和大腿之间的区域，因为人体身高的差异，需要一定的容错区间，人的身高差异大部分体现在腿部上，在大腿和臀部之间有10cm的容错区间可以覆盖大部分群体。因此我们选择在臀部到膝盖之间这块区域作为监测点，容错性较好。因此，人体躺在电动床上，本发明将带有第一压力传感器带和第二压力传感器带的面套被嵌入到床笠中，被放在人体臀部和大腿之间的区域。

参见图11，作为一种优选实施方式，第一压力传感器带(1)下沿距离床下沿即床尾的距离S1在70cm±10cm左右，第二压力传感器带(2)上沿距离床下沿的距离S2在95cm±10cm。该区域为最佳人体姿态识别区域。

具体的，第一压力传感器带(1)主要用来实现压力姿态检测，主要用于识别人体侧躺，平躺姿态，能够记录人体翻身次数统计，分时段翻身次数统计，记录睡眠时间和记录两种睡眠时间的时长等功能。第二压力传感器带(2) 主要用来辅助平躺识别和离床识别，第二压力传感器带(2)主要采用长条的压力检测点大面积的方式铺设在人体臀部区域，保证在人体平躺屈膝的时候，错误判断成人离床。

此外，本发明还可以适用于普通床垫和气囊床垫。

以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种柔性织物传感器，其特征在于，包括：

第一电极层，包括若干第一电极，所述第一电极沿横向方向排列成行；

第二电极层，包括若干第二电极，所述第二电极沿所述横向方向排列成行，同一行的所述第二电极电性连接；

所述第一电极和所述第二电极一一对应设置并且在结构上相互匹配，且所述第一电极和所述第二电极的投影不相交；

每一个所述第一电极和对应的所述第二电极形成一压力检测点；

所述第一电极和所述第二电极均由导电线构成。

2.如权利要求1所述的柔性织物传感器，其特征在于，所述第一电极布设于第一基布上，所述第二电极布设于第二基布上；

一压敏材料层粘贴于所述第一基布和所述第二基布之间。

3.如权利要求1所述的柔性织物传感器，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极均布设在同一基布上；

一压敏材料层粘贴于所述基布上。

4.如权利要求1所述的柔性织物传感器，其特征在于，所述第一电极布设于一基布上；

一压敏材料层粘贴于所述第一电极上；

所述第二电极布设在所述压敏材料层上。

5.如权利要求2或3所述的柔性织物传感器，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极均为回字形，通过将所述导电线连续向内弯折地缝制在对应的所述基布上以形成相应的所述第一电极和所述第二电极。

6.如权利要求1所述的柔性织物传感器，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极均为波浪形。

7.如权利要求1所述的柔性织物传感器，其特征在于，第一压力传感器带包括由至少两行所述第一电极和所述第二电极形成的矩阵式的所述压力检测点；

第二压力传感器带包括由至少两行所述第一电极和所述第二电极形成的矩阵式的所述压力检测点。

8.如权利要求1所述的柔性织物传感器，其特征在于，所述导电线为导电纱线或者裸露的金属线。

9.一种睡姿识别系统，其特征在于，包括：使用权利要求1-8任意一项所述的柔性织物传感器分别制作形成第一压力传感器带和第二压力传感器带；

所述第一压力传感器带沿横向方向设置于床上并位于人体的大腿区域；

所述第二压力传感器带沿所述横向方向设置于床上并位于人体的臀部区域；

压力数据采集装置，分别连接所述第一压力传感器带和所述第二压力传感器带；

睡姿识别装置，连接所述压力数据采集装置；

其中，所述横向方向是指与床头与床尾延伸形成的纵向方向垂直的方向。

10.如权利要求9所述的一种睡姿识别系统，其特征在于，所述第二压力传感器带的所述压力检测点的投影面积大于所述第一压力传感器带的所述压力检测点的投影面积。

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