CN220275282U - 一种织物传感阵列结构的床垫 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种织物传感阵列结构的床垫，包括由上而下依次设置的第一传感织物层、海绵层和第二传感织物层，以及包覆于其外的外罩；第一传感织物层包括第一方向导电纱线组、上层第一方向非导电纱线组和上层第二方向非导电纱线，第一方向导电纱线组、上层第一方向非导电纱线组交替设置；第二传感织物层包括第二方向导电纱线组、下层第二方向非导电纱线组和下层第一方向非导电纱线组，第二方向导电纱线组、下层第二方向非导电纱线组交替设置；海绵层在第一方向导电纱线和第二方向导电纱线组垂直交叉点设为通孔，所有导电纱线组均与排线连接，能显著减小织物压力传感阵列存在的信号串扰现象，对外部压力具有良好的灵敏度和定位能力。

Description

一种织物传感阵列结构的床垫

技术领域

本实用新型属于柔性传感织物领域，特别是涉及一种织物传感阵列结构的床垫。

背景技术

人们对于自身的健康关注度越来越高，长期卧床的老年人智能护理需求也越来越多，各类型的柔性压力传感床垫受到广泛关注，研究人员期望于通过织物传感器阵列实时监测到使用者的躺姿，身体各部位的受压状况，以便于对使用者进行及时的干预，可以让其处于一种轻松健康的状态。而随着社会发展和科技的进步，人们对传感器阵列提出了更高的要求，不仅要求传感器具有高的灵敏度、稳定性等功能，而且希望传感器具有更高的柔性，可以更便捷地获取压力传感信号。部分压力检测织物传感阵列依然使用金属刚性材料，未实现全织物制备，降低了传感器阵列的柔韧度，而织物纺织品具有多维度多尺寸结构、轻质量低模量、高柔性及弹性、低成本、高亲肤性等特点，在柔性智能可穿戴领域具有独特优势。相比于市场上的智能手表、智能心率带等可穿戴电子产品，基于纺织品的智能可穿戴设备能与服装无缝连接生产，一体成型，且产品的舒适性更好，因其可以方便地“穿戴”，使得人体与检测设备可以更紧密、更和谐的相处，从而适应于长时间的生理检测使用。但一些织物传感阵列原材料价格昂贵，制造工艺流程复杂、难度较大，并不适合产业化生产应用。现有的压力监测传感阵列数据采集电路通常比较复杂，例如，压阻式传感器阵列通常需要使用多路复用器等电子元件，电容式传感器阵列则需要信号放大电路；此外，通过压阻作用的织物为大面积连续体，织造的压力传感阵列存在显著的串扰现象。

针对现有技术的不足，本实用新型提出一种织物传感阵列结构的床垫。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种织物传感阵列结构的床垫，能显著减小织物压力传感阵列存在的信号串扰现象，对外部压力具有良好的灵敏度和定位能力，可实时监测使用者身体部位的受压情况并进行定位及预警。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种织物传感阵列结构的床垫，包括由上而下依次设置的第一传感织物层、海绵层和第二传感织物层，以及包覆于第一传感织物层、海绵层和第二传感织物层外部的外罩；

所述第一传感织物层包括第一方向导电纱线组、上层第一方向非导电纱线组和上层第二方向非导电纱线组，其中，第一方向导电纱线组与上层第一方向非导电纱线组交替设置，且所有的第一方向导电纱线组均与排线一连接；所述第一方向导电纱线组由若干根导电纱线并列排放组成，所述上层第一方向非导电纱线组由若干根非导电纱线并列排放组成，所述上层第二方向非导电纱线组由若干根非导电纱线并列排放组成，所述第一方向导电纱线组的导电纱线、上层第一方向非导电纱线组的非导电纱线，均与上层第二方向非导电纱线组的非导电纱线平纹编织，形成第一传感织物层；

所述第二传感织物层包括第二方向导电纱线组、下层第二方向非导电纱线组和下层第一方向非导电纱线组，其中，第二方向导电纱线组与下层第二方向非导电纱线组交替设置，且所有的第二方向导电纱线组均与排线二连接；所述第二方向导电纱线组由若干根导电纱线并列排放组成，所述下层第二方向非导电纱线组由若干根非导电纱线并列排放组成，所述下层第一方向非导电纱线组由若干根非导电纱线并列排放组成，所述第二方向导电纱线组的导电纱线、下层第二方向非导电纱线组的非导电纱线，均与下层第一方向非导电纱线组的非导电纱线平纹编织，形成第二传感织物层；

所述第一传感织物层中第一方向导电纱线组与第二传感织物层中第二方向导电纱线组呈垂直交叉，且交叉点对应的海绵层的位置设为通孔。

进一步地，所述第一方向导电纱线组与上层第一方向非导电纱线组的宽度和长度均相同；所述第二方向导电纱线组与下层第二方向非导电纱线组的宽度和长度均相同。

进一步地，所述排线一通过扣钉一集中定位于所述第一传感织物层的一侧；所述排线二通过扣钉二集中定位于所述第二传感织物层的一侧。

进一步地，所述通孔的形状为圆形、矩形、椭圆形或三角形中的一种。

进一步地，所述导电纱线为金属导电纱线，所述金属导电纱线是由包括导电金属纤维在内的两种或多种纤维混纺制成的导电性纱线。

进一步地，所述导电金属纤维包括不锈钢纤维，还包括银纤维、铜纤维、镍纤维、铝纤维、锌纤维、金纤维、铁纤维中的至少一种。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果为：

导电纱线组两侧均为同等宽度面积的非导电纱线组，消除相邻导电纱线组的信号干扰影响，能显著减小织物压力传感阵列存在的信号串扰现象，对外部压力具有良好的灵敏度和定位能力，可实时监测使用者身体部位的受压情况并进行定位及预警；

利用上下两层传感织物层的导电纱线组接触产生电阻变化进行信号传导，无需使用单独的传感器，结构简单，成本低；

海绵层对上下两层传感织物层进行隔绝，防止产生串扰信号；

导电纱线以并联的形式连接，通过并联的方式来增加信号通道的面积，使得输出的电阻信号强度增强，降低信号采集难度。

附图说明

图1是第一传感织物层结构示意图；

图2是第二传感织物层结构示意图；

图3是海绵层结构示意图；

图4是第一传感织物层与海绵层组合的结构示意图；

图5是本实用新型床垫(不含外罩)的结构示意图。

其中：1-第一方向导电纱线组，2-上层第一方向非导电纱线组，3-上层第二方向非导电纱线组，4-第二方向导电纱线组，5-下层第二方向非导电纱线组，6-海绵层，7-通孔，8-扣钉一，9-排线一，10-下层第一方向非导电纱线组，11-扣钉二，12-排线二，1′-第一传感织物层，2′-第二传感织物层。

具体实施方式

以下实施例中，所用的导电纱线为金属纤维导电纱线，金属纤维导电纱线是由一定比例的不锈钢纤维、银纤维、铜纤维、镍纤维、铝纤维、锌纤维、金纤维和铁纤维中的至少一项与普通纤维混纺制成；

第一方向导电纱线组1与上层第一方向非导电纱线组2的宽度和长度均相同，第二方向导电纱线组4与下层第二方向非导电纱线组5的宽度和长度均相同。

实施例1第一传感织物层1′的编织

第一传感织物层1′包括第一方向导电纱线组1、上层第一方向非导电纱线组2和上层第二方向非导电纱线组3，其中，第一方向导电纱线组1与上层第一方向非导电纱线组2交替设置，防止相邻导电纱线组间的电信号干扰，且所有的第一方向导电纱线组1均与排线一9连接；第一方向导电纱线组1由若干根导电纱线并列排放组成，上层第一方向非导电纱线组2由若干根非导电纱线并列排放组成，上层第二方向非导电纱线组3由若干根非导电纱线并列排放组成，第一方向导电纱线组1的导电纱线、上层第一方向非导电纱线组2的非导电纱线，均与上层第二方向非导电纱线组3的非导电纱线平纹编织，形成第一传感织物层1′，具体如图1所示，为了能更清楚地显示导电纱线组与非导电纱线组的编织排列关系，图1中将纱线组以空白间隔。

实施例2第二传感织物层2′的编织

第二传感织物层2′包括第二方向导电纱线组4、下层第二方向非导电纱线组5和下层第一方向非导电纱线组10，其中，第二方向导电纱线组4与下层第二方向非导电纱线组5交替设置，防止相邻导电纱线组间的电信号干扰，且所有的第二方向导电纱线组4均与排线二12连接；第二方向导电纱线组4由若干根导电纱线并列排放组成，下层第二方向非导电纱线组5由若干根非导电纱线并列排放组成，所述下层第一方向非导电纱线组10由若干根非导电纱线并列排放组成，第二方向导电纱线组4的导电纱线、下层第二方向非导电纱线组5的非导电纱线，均与下层第一方向非导电纱线组10的非导电纱线平纹编织，形成第二传感织物层2′，具体如图2所示，为了能更清楚地显示导电纱线组与非导电纱线组的编织排列关系，图2中将纱线组以空白间隔。

第一传感织物层1′中第一方向导电纱线组1与第二传感织物层2′中第二方向导电纱线组4呈垂直交叉。

本实用新型床垫的第一传感织物层1′与第二传感织物层2′的大小相同。第一方向导电纱线组1和第二方向导电纱线组4均由20根导电纱线组成，导电纱线选用21S/2的金属纤维导电纱线；上层第一方向非导电纱线组2和下层第二方向非导电纱线组5均由20根非导电纱线组成，上层第二方向非导电纱线组3和下层第一方向非导电纱线组10均由非导电纱线组成，非导电纱线选用30S普通棉纱。编织时每筘4入，平纹编织。

实施例3海绵层6的设置

第一传感织物层1′中第一方向导电纱线组1与第二传感织物层2′中第二方向导电纱线组4呈垂直交叉的点对应海绵层6的位置设为通孔7，通孔7的形状为圆形，所有通孔7在海绵层6上呈现阵列排布，统称为阵列孔，如图3所示。在没有压力作用时，海绵层6能够隔绝上下两层导电纱线组的接触影响，当有压力作用时，上下两层导电纱线组在通孔7处接触，电阻发生变化，具有压力阵列传感功能。

本实用新型床垫的织物传感阵列形似“三明治”结构，从上至下依次包括第一传感织物层1′的第一方向导电纱线组1、设置通孔7的海绵层6和第二传感织物层2′的第二方向导电纱线组4，无需单独配置传感器元件，结构简单，成本低。

本实用新型床垫包括由上而下依次设置的第一传感织物层1′、海绵层6和第二传感织物层2′，以及包覆于第一传感织物层1′、海绵层6和第二传感织物层2′外部的外罩。

实施例4床垫的织物传感阵列结构的工作原理

如图4和图5所示，海绵层6上每一个通孔7对应两个方向两组导电纱线组，即对应两根排线，每一个导电纱线组为一个信号通道。第一方向导电纱线组1与第二方向导电纱线组4中的导电纱线均为并联连接，通过并联的方式来增加信号通道的面积，使得输出的电阻信号强度增强，降低信号采集难度。排线一9通过扣钉一8集中定位于第一传感织物层1′的一侧，排线二12通过扣钉二11集中定位于第二传感织物层2′的一侧。

床垫使用时，连接终端信号处理器，使用者躺在床垫上时，第一方向导电纱线组1和第二方向导电纱线组4点位接触，电阻信号变化，在通孔7处形成信号通路，电阻信号变化通过排线传输出来，通过电阻信号的位置定位施加压力的位置，分析使用者的动作情况，如是否有翻身动作，某个身体部位是否受压时间过长或者受压过大，达到压力监测的阈值，则会发出警报，提醒使用者改变姿态。本实用新型通过织物压力传感阵列结构，可以精确地分析压力的位置和大小，在医疗监测和压疮护理中发挥着有效地作用，提醒病人及时翻身，极大程度上减轻了护理人员的工作量，对使用者身体大有益处。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种织物传感阵列结构的床垫，其特征在于，包括由上而下依次设置的第一传感织物层(1′)、海绵层(6)和第二传感织物层(2′)，以及包覆于第一传感织物层(1′)、海绵层(6)和第二传感织物层(2′)外部的外罩；

所述第一传感织物层(1′)包括第一方向导电纱线组(1)、上层第一方向非导电纱线组(2)和上层第二方向非导电纱线组(3)，其中，第一方向导电纱线组(1)与上层第一方向非导电纱线组(2)交替设置，且所有的第一方向导电纱线组(1)均与排线一(9)连接；所述第一方向导电纱线组(1)由若干根导电纱线并列排放组成，所述上层第一方向非导电纱线组(2)由若干根非导电纱线并列排放组成，所述上层第二方向非导电纱线组(3)由若干根非导电纱线并列排放组成，所述第一方向导电纱线组(1)的导电纱线、上层第一方向非导电纱线组(2)的非导电纱线，均与上层第二方向非导电纱线组(3)的非导电纱线平纹编织，形成第一传感织物层(1′)；

所述第二传感织物层(2′)包括第二方向导电纱线组(4)、下层第二方向非导电纱线组(5)和下层第一方向非导电纱线组(10)，其中，第二方向导电纱线组(4)与下层第二方向非导电纱线组(5)交替设置，且所有的第二方向导电纱线组(4)均与排线二(12)连接；所述第二方向导电纱线组(4)由若干根导电纱线并列排放组成，所述下层第二方向非导电纱线组(5)由若干根非导电纱线并列排放组成，所述下层第一方向非导电纱线组(10)由若干根非导电纱线并列排放组成，所述第二方向导电纱线组(4)的导电纱线、下层第二方向非导电纱线组(5)的非导电纱线，均与下层第一方向非导电纱线组(10)的非导电纱线平纹编织，形成第二传感织物层(2′)；

所述第一传感织物层(1′)中第一方向导电纱线组(1)与第二传感织物层(2′)中第二方向导电纱线组(4)呈垂直交叉，且交叉点对应的海绵层(6)的位置设为通孔(7)。

2.根据权利要求1所述的织物传感阵列结构的床垫，其特征在于，所述第一方向导电纱线组(1)与上层第一方向非导电纱线组(2)的宽度和长度均相同；所述第二方向导电纱线组(4)与下层第二方向非导电纱线组(5)的宽度和长度均相同。

3.根据权利要求1所述的织物传感阵列结构的床垫，其特征在于，所述排线一(9)通过扣钉一(8)集中定位于所述第一传感织物层(1′)的一侧；所述排线二(12)通过扣钉二(11)集中定位于所述第二传感织物层(2′)的一侧。

4.根据权利要求1所述的织物传感阵列结构的床垫，其特征在于，所述通孔(7)的形状为圆形、矩形、椭圆形或三角形中的一种。

5.根据权利要求1所述的织物传感阵列结构的床垫，其特征在于，所述导电纱线为金属导电纱线。