RU2818901C2 - Датчик, система и способ обнаружения или контроля содержания влаги или влажности изделия - Google Patents

Abstract

Данное изобретение относится к системе и способу обнаружения или контроля содержания влаги или влажности изделия. Вместо традиционных способов обнаружения или контроля содержания влаги или влажности изделия, таких как визуальный контроль, который требует постоянного осмотра изделия, что невыполнимо для многих изделий, или применение химически активированных индикаторов, которые, как правило, предназначены для одноразового применения, в данном изобретении для обнаружения или контроля содержания влаги или влажности изделия применяется электрический заряд. Вследствие этого целью данного изобретения является создание способа многократного применения для обнаружения или контроля содержания влаги или влажности в различных изделиях. Данное изобретение может применяться в условиях частого изменения содержания влаги или влажности. Техническим результатом при реализации заявленной группы решений является повышение точности измерения влажности посредством точного измерения ионизации внешней среды вокруг датчика с применением описанной конфигурации датчика, а также, поскольку представленная конструкция не требует полной разрядки электромеханической ячейки между измерениями, как это требуется для емкостных методов измерения. 2 н. и 30 з.п. ф-лы, 20 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение в целом относится к датчику, системе и способу обнаружения или контроля содержания влаги или влажности изделия, к которому прикреплен указанный датчик.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В традиционном домашнем хозяйстве используется много различных типов изделий. Во время использования таких изделий они могут соприкасаться с жидкостью, такой как вода и/или водные растворы или смеси. Присутствие жидкости может обнаруживаться не сразу, и в результате становится невозможным определить своевременные и необходимые ответные действия.

В таком случае изделие требует постоянной проверки для определения присутствия воды.

Примером такого изделия является впитывающее изделие, в частности изделие личной гигиены одноразового употребления, такое как подгузник, пеленка, детские трусики-подгузники, урологическое белье для взрослых и тому подобное. Как только подгузник закреплен, уже невозможно определить, присутствует ли в нем жидкость (например, моча).

Другим примером может являться фрагмент одежды, например слой в многослойном комплекте одежды. Комплект одежды может содержать наружный водонепроницаемый слой с несколькими подстилающими слоями для обеспечения тепла при ношении. При нарушении водонепроницаемого слоя внешний из подстилающих слоев подвергается воздействию атмосферных осадков, в результате чего внешний слой может увлажняться. В результате присутствия других промежуточных слоев между носящим одежду и внешним слоем нарушение водонепроницаемого слоя может не сразу становиться очевидным для носящего одежду, что приводит к дальнейшему проникновению воды.

В продаже имеются химически активируемые индикаторы, содержащие различные химические соединения, которые подвергаются химическому преобразованию при воздействии влаги. Такие индикаторы, как правило, предназначены для одноразового употребления и могут не отображать количество присутствующей влаги.

Также в продаже имеются индикаторы, содержащие датчики, которые содержат емкостные, резистивные, индуктивные, оптические и гидроакустические преобразователи.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В первом аспекте данное изобретение может в целом относиться к датчику для обнаружения или контроля содержания влаги или влажности изделия, к которому прикреплен указанный датчик, содержащему:

первую пластину и вторую пластину, причем первая пластина и вторая пластина являются электропроводящими,

при этом первая пластина и вторая пластина ориентированы вдоль и/или параллельно плоскости датчика, плоскость датчика выполнена с возможностью ориентироваться в рабочем состоянии по сути параллельно изделию, к которому прикреплен указанный датчик,

причем первая пластина расположена между первой частью второй пластины и второй частью второй пластины.

В другом аспекте данное изобретение может в целом относиться к датчику для обнаружения или контроля содержания влаги или влажности изделия, предпочтительно впитывающего изделия, к которому прикреплен указанный датчик, содержащему:

первую пластину (11) и вторую пластину (12), причем указанная первая пластина и указанная вторая пластина являются электропроводящими,

при этом указанная первая пластина отделена от указанной второй пластины промежуточным диэлектрическим слоем (20),

причем при рассматривании проекции на плоскость, содержащую указанную вторую пластину, выполняется одно из следующих условий:

проекция указанной первой пластины в указанной плоскости не перекрывается с указанной второй пластиной; или

проекция указанной первой пластины в указанной плоскости перекрывается с указанной второй пластиной на менее чем 5% площади поверхности указанной второй пластины;

при этом указанный датчик также содержит измерительное устройство, выполненное с возможностью измерения значения, отображающего величину электрического заряда, зависящего от содержания влаги вблизи первой пластины.

Согласно другому аспекту при рассматривании проекции на плоскость, содержащую указанную вторую пластину, форма проекции указанной первой пластины в указанной плоскости является в целом комплементарной форме указанной второй пластины.

Согласно другому аспекту при рассматривании проекции на плоскость, содержащую указанную вторую пластину, проекция указанной первой пластины в указанной плоскости находится на расстоянии (d) от указанной второй пластины.

Согласно другому аспекту первая часть указанной второй пластины расположена на или в прилегании к первой границе указанной первой пластины, притом что вторая часть указанной второй пластины расположена на или в прилегании ко второй границе указанной первой пластины.

Согласно другому аспекту указанная первая граница расположена в прилегании к указанной второй границе и/или при этом указанная первая граница расположена напротив указанной второй границы.

Согласно дополнительному аспекту часть указанной второй пластины расположена с каждой стороны указанной первой пластины.

Согласно другому аспекту указанная вторая пластина содержит одну или несколько других частей, расположенных на одной или нескольких границах указанной первой пластины или вблизи к ним.

Согласно другому аспекту указанная первая пластина содержит удлиненную полосу.

Согласно другому аспекту указанная вторая пластина содержит пару удлиненных полос, причем каждая удлиненная полоса из пары удлиненных полос является одной из первой части или второй части указанной второй пластины.

Согласно другому аспекту указанная первая пластина смещена по вертикали относительно указанной второй пластины, и при этом указанная первая пластина выполнена с возможностью располагаться в рабочем состоянии ближе относительно изделия, к которому прикреплен указанный датчик, чем указанная вторая пластина, или указанная вторая пластина выполнена с возможностью располагаться в рабочем состоянии ближе относительно изделия, к которому прикреплен указанный датчик, чем указанная первая пластина.

Согласно другому аспекту между указанной первой пластиной и указанной второй пластиной размещен промежуточный слой.

Согласно другому аспекту указанный промежуточный слой представляет собой электроизоляционный слой и/или диэлектрический слой.

Согласно другому аспекту указанный промежуточный слой представляет собой подложку, к которой прикреплены указанная первая пластина и указанная вторая пластина, предпочтительно ПП, более предпочтительно гибкую ПП.

Согласно другому аспекту указанный промежуточный слой проходит за пределы границы указанной первой пластины или указанной второй пластины с образованием поверхности, к которой могут быть прикреплены элементы электрической цепи.

Согласно другому аспекту, необязательно в сочетании с любым одним из предшествующих пунктов, при этом указанный промежуточный диэлектрический слой (20) представляет собой подложку, к которой прикреплены указанная первая пластина и указанная вторая пластина, предпочтительно ПП, более предпочтительно гибкую ПП, причем указанный промежуточный диэлектрический слой проходит за пределы границы указанной первой пластины и/или указанной второй пластины с образованием монтажной поверхности, при этом измерительное устройство размещено на монтажной поверхности.

Согласно другому аспекту, необязательно в сочетании с любым одним из предшествующих пунктов, при этом указанное измерительное устройство выполнено с возможностью заряжать конденсатор, образованный указанной первой и указанной второй пластинами и указанным промежуточным диэлектрическим слоем, активно разряжать указанный конденсатор и измерять электрический сигнал, предпочтительно напряжение, между указанной первой и указанной второй пластинами после указанной активной разрядки.

Согласно другому аспекту указанные элементы электрической цепи представляют собой одно или несколько из:

микроконтроллера

аккумулятора или другого источника электроэнергии

компаратора

аналого-цифрового преобразователя

элемента интегральной схемы

резистора

транзистора

конденсатора

проводника

переключателя

диода и/или светодиода

резонирующего кристалла

антенны

транзистора

модуля связи

модуля дисплея.

Согласно другому аспекту указанный промежуточный слой характеризуется толщиной менее чем 25 мм, или от около 0,05 мм до 25 мм, или от около 0,02 мм до 2,5 мм.

Согласно другому аспекту указанная первая пластина размещена на первой стороне указанного датчика, при этом указанная первая пластина выполнена с возможностью располагаться в рабочем состоянии вблизи изделия.

Согласно другому аспекту указанная вторая пластина размещена на второй стороне указанного датчика, при этом указанная вторая пластина выполнена с возможностью располагаться в рабочем состоянии на удалении от изделия.

Согласно другому аспекту указанный датчик содержит защитный слой.

Согласно другому аспекту указанный защитный слой размещен в качестве наружного слоя, выполненного с возможностью защиты указанного датчика.

Согласно другому аспекту указанный защитный слой выполнен с возможностью герметизации указанного датчика.

Согласно другому аспекту указанный защитный слой представляет собой или содержит одно или несколько из: полимерного слоя или лакокрасочного покрытия, или латексного лакокрасочного покрытия, или резины, или стекла.

Согласно другому аспекту указанный защитный слой выполнен в с возможностью применяться в качестве электроизоляционного материала.

Согласно другому аспекту указанный защитный слой выполнен с возможностью характеризоваться толщиной менее чем 25 мм, или от около 5 мм до около 20 мм.

Согласно другому аспекту указанный датчик содержит крепежную часть.

Согласно другому аспекту указанная крепежная часть размещена на стороне (необязательно на первой стороне) указанного датчика.

Согласно другому аспекту указанная крепежная часть выполнена с возможностью осуществлять крепление указанного датчика к изделию.

Согласно другому аспекту указанная крепежная часть позволяет прикреплять указанный датчик к изделию и отсоединять его.

Согласно другому аспекту указанная крепежная часть содержит одно или несколько из:

материала крючка и/или петли

клея

булавки ли пуговицы

электростатического крепежного механизма.

Согласно другому аспекту указанный датчик сформирован в виде встроенной части изделия.

Согласно другому аспекту указанный датчик содержит по меньшей мере один изолирующий слой.

Согласно другому аспекту указанный изолирующий слой, расположенный на стороне (необязательно на второй стороне) указанного датчика, выполнен с возможностью располагаться в рабочем состоянии на удалении от изделия.

Согласно другому аспекту указанный изолирующий слой содержит электроизоляционный слой.

Согласно другому аспекту указанный электроизоляционный слой изолирующего слоя представляет собой полимерный слой.

Согласно другому аспекту указанный изолирующий слой содержит тонкий электропроводящий слой.

Согласно другому аспекту указанный изолирующий слой выполнен с возможностью изолировать датчик от воздействия внешней среды.

Согласно другому аспекту указанное изделие представляет собой одно или несколько из:

впитывающего изделия, в частности изделия личной гигиены одноразового употребления, такого как подгузник, пеленка, детские трусики-подгузники, урологическое белье для взрослых и тому подобное

перевязочного материала (например, перевязочного материала для ран)

постельных принадлежностей

носильных вещей

крышки или контейнера

предмета или материала, выполненного с возможностью вбирать или впитывать влагу

предмета или материала, выполненного с возможностью высыхать в течение времени (например, бетона или дерева).

В другом аспекте данное изобретение может в целом относиться к системе для обнаружения или контроля содержания влаги или влажности изделия, к которому прикреплен указанный датчик, содержащей:

контроллер или процессор,

датчик, выполненный с возможностью накапливать электрический заряд, причем способность указанного датчика накапливать электрический заряд зависит от влаги или влажности изделия,

при этом указанный контроллер выполнен с возможностью:

заряжать указанный датчик в течение первого интервала времени, а после завершения указанного первого интервала времени частично разряжать указанный датчик в течение второго интервала времени и после этого измерять выходной сигнал датчика, необязательно в заранее заданное время.

причем указанный контроллер выполнен с возможностью определять выходной сигнал указанного датчика, отображающий содержание влаги или влажность изделия в зависимости от измеряемого выходного сигнала указанного датчика.

Согласно другому аспекту указанный контроллер выполнен с возможностью после завершения указанного первого интервала времени активно по меньшей мере частично разряжать указанный датчик в течение второго интервала времени.

Согласно другому аспекту указанный датчик содержит первую и вторую пластину, разделенные диэлектрическим слоем (20), и при этом указанный контроллер выполнен с возможностью после завершения указанного первого интервала времени активно по меньшей мере частично разряжать указанный датчик посредством подачи на указанную первую и указанную вторую пластины по сути аналогичного потенциала.

Согласно другому аспекту указанный датчик содержит одну или несколько пластин (необязательно, пластины являются электропроводящими).

Согласно другому аспекту указанный датчик является датчиком по любому одному из предшествующих пунктов.

Согласно другому аспекту указанный датчик заряжается посредством подачи или прикладывания напряжения или разности потенциалов к указанному датчику.

Согласно другому аспекту указанный датчик заряжается посредством подачи или прикладывания напряжения или разности потенциалов к первой, или указанной первой, пластине и второй, или указанной второй, пластине.

Согласно другому аспекту указанный датчик заряжается от источника постоянного напряжения.

Согласно другому аспекту указанный первый интервал времени составляет около 30 мкс.

Согласно другому аспекту указанный первый интервал времени составляет около 20 мкс или около 10 мкс, или около 5 мкс, или около 2 мкс.

Согласно другому аспекту указанный первый интервал времени составляет около 7 мкс.

Согласно другому аспекту указанный датчик разряжается через сопротивление известного номинала.

Согласно другому аспекту выходной сигнал указанного датчика измеряется с помощью аналого-цифрового преобразователя (необязательно с применением схемы делителя напряжения).

Согласно другому аспекту указанная система содержит по меньшей мере один элемент запоминающего устройства.

Согласно другому аспекту указанная система содержит один или несколько переключателей, выполненных с возможностью находиться под управлением указанного процессора для выполнения зарядки и/или разрядки датчика (необязательно, переключатели представляют собой один или несколько транзисторов).

Согласно другому аспекту указанный выходной сигнал, отображающий содержание влаги или влажность изделия, зависит также от значения начального нулевого уровня.

Согласно другому аспекту выходной сигнал указанного датчика является пропорциональным влажности или влаге в изделии.

Согласно другому аспекту выходной сигнал указанного датчика принимает более высокие значения в случае влажного или содержащего влагу изделия, чем в случае сухого изделия.

Согласно другому аспекту выходной сигнал указанного датчика принимает более низкие значения в случае сухого изделия, чем в случае влажного или содержащего влагу изделия.

Согласно другому аспекту указанный выходной сигнал, отображающий содержание влаги или влажность изделия, зависит от результатов сравнения первой производной выходного сигнала указанного датчика и/или, необязательно, второй производной выходного сигнала указанного датчика.

В другом аспекте данное изобретение может в целом относиться к реализуемому с помощью процессора способу обнаружения или контроля содержания влаги или влажности изделия, включающему:

зарядку указанного датчика в течение первого интервала времени, а после завершения указанного первого интервала времени

частичную разрядку указанного датчика в течение второго интервала времени, и последующее измерение выходного сигнала датчика, необязательно в заранее заданное время, и

определение выходного сигнала, отображающего содержание влаги или влажность изделия в зависимости от измеряемого выходного сигнала указанного датчика.

Согласно другому аспекту указанный датчик содержит одну или несколько пластин (необязательно, пластины являются электропроводящими).

Согласно другому аспекту указанный датчик является датчиком по любому одному из предшествующих пунктов.

Согласно другому аспекту указанный датчик заряжается посредством подачи прикладываемого напряжения или разности потенциалов на указанный датчик.

Согласно другому аспекту указанный датчик заряжается посредством подачи напряжения или разности потенциалов на первую, или указанную первую, пластину и на вторую, или указанную вторую, пластину.

Согласно другому аспекту указанный датчик заряжается от источника постоянного напряжения.

Согласно другому аспекту указанный первый интервал времени составляет около 30 мкс.

Согласно другому аспекту указанный первый интервал времени составляет около 20 мкс или около 10 мкс, или около 5 мкс, или около 2 мкс.

Согласно другому аспекту указанный первый интервал времени составляет около 7 мкс.

Согласно другому аспекту указанный датчик разряжается через сопротивление известного номинала.

Согласно другому аспекту выходной сигнал указанного датчика измеряется с помощью аналого-цифрового преобразователя (необязательно с применением схемы делителя напряжения).

Согласно другому аспекту процессор сопряжен и/или соединен с по меньшей мере одним элементом запоминающего устройства.

Согласно другому аспекту один или несколько переключателей выполнены с возможностью находиться под управлением указанного процессора для выполнения зарядки и/или разрядки датчика (необязательно, переключатели представляют собой один или несколько транзисторов).

Согласно другому аспекту указанный выходной сигнал, отображающий содержание влаги или влажность изделия, зависит также от значения начального нулевого уровня.

Согласно другому аспекту выходной сигнал указанного датчика является пропорциональным влажности или влаге в изделии.

Согласно другому аспекту выходной сигнал указанного датчика принимает более высокие значения в случае влажного или содержащего влагу изделия, чем в случае сухого изделия.

Согласно другому аспекту выходной сигнал указанного датчика принимает более низкие значения в случае сухого изделия, чем в случае влажного или содержащего влагу изделия.

Согласно другому аспекту указанный выходной сигнал, отображающий содержание влаги или влажность изделия, зависит от результатов сравнения первой производной выходного сигнала указанного датчика и/или, необязательно, второй производной выходного сигнала указанного датчика.

Согласно другому аспекту сигнал о наступлении события генерируется в ответ на то, что первая производная и/или вторая производная находятся в заданных пределах.

В другом аспекте данное изобретение может в целом относиться к реализуемому с помощью процессора способу определения влаги или влажности изделия, включающему:

получение от датчика ряда значений результатов измерений, отображающих содержание влаги или влажность изделия,

вычисление первой производной из разницы между значениями последовательных результатов измерений,

необязательно, вычисление второй производной из разницы между значениями последовательных результатов вычислений первой производной, и

сравнение результатов вычисления первой производной и результатов вычисления второй производной.

Согласно другому аспекту получение от датчика ряда значений результатов измерений, отображающих содержание влаги или влажность изделия, включает способ по любому одному из вышеуказанных пунктов способа.

Согласно другому аспекту получаемый от датчика ряд значений результатов измерений, отображающих содержание влаги или влажность изделия, представляет собой выходной сигнал, отображающий содержание влаги или влажность изделия в зависимости от измеряемого выходного сигнала указанного датчика по любому одному из вышеуказанных пунктов датчика.

Согласно другому аспекту указанный датчик представляет собой датчик по любому одному из вышеуказанных пунктов датчика.

Согласно другому аспекту указанный способ выполняется системой по любому одному из вышеуказанных пунктов системы.

Согласно другому аспекту результат вычисления первой производной также сравнивают с по меньшей мере предыдущим результатом вычисления первой производной.

Согласно другому аспекту результат вычисления второй производной также сравнивают по меньшей мере с предыдущим результатом вычисления второй производной.

Согласно другому аспекту отсутствие экстремума первой производной и отсутствие экстремума второй производной указывает на то, что содержание влаги или влажность изделия, измеряемая датчиком, является постоянной или неизменной величиной.

Согласно другому аспекту небольшой экстремум первой производной и отсутствие или по сути отсутствие экстремума второй производной указывает на то, что датчик прикреплен к изделию.

Согласно другому аспекту большой отрицательный экстремум первой производной и экстремум второй производной, переходящий от положительного значения к отрицательному значению, указывает на то, что датчик был снят с изделия, содержащего высокий уровень влаги или влажности.

Согласно другому аспекту положительный экстремум первой производной и экстремум второй производной, переходящий от отрицательного значения к положительному значению, указывает на то, что содержание влаги или влажность изделия, измеряемая датчиком, возрастает.

Согласно другому аспекту небольшой положительный экстремум первой производной и экстремум второй производной, переходящий от отрицательного значения к положительному значению, указывает на то, что изделие приближается к точке насыщения.

Согласно другому аспекту спадающий экстремум первой производной и спадающий экстремум второй производной, в дополнение к показателям увеличения содержания влаги или влажности изделия, указывает на то, что изделие достигло точки насыщения.

Согласно другому аспекту измерение выполняется автоматически, например, через заранее определенные интервалы времени и/или при этом измерение выполняется при получении запускающего сигнала, например, при получении запроса пользователя или при получении сигнала датчика.

Техническое преимущество данного изобретения достигается посредством точного измерения ионизации внешней среды вокруг датчика с применением описанной конфигурации датчика (содержащей первую и вторую пластинами).

Может быть достигнуто другое техническое преимущество, поскольку представленная конструкция не требует полной разрядки электромеханической ячейки между измерениями, как это требуется для емкостных методов измерения.

Следует понимать, что альтернативные варианты реализации изобретения могут содержать любую или все сочетания двух или нескольких частей, элементов или конструктивных особенностей, или условий применения, проиллюстрированных, описанных или упомянутых в данном описании.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На фиг. 1 изображен датчик, вид снизу.

На фиг. 2 изображен датчик, вид сверху.

На фиг. 3-5 изображен датчик в поперечном сечении.

На фиг. 6 изображен типовой выходной сигнал датчика.

На фиг. 7 изображен вид сверху и вид снизу системы, содержащей датчик.

На фиг. 8 изображена система, прикрепленная к изделию.

На фиг. 9 изображена электрическая схема датчика/системы.

На фиг. 10 изображена блок-схема цикла измерения системы.

На фиг. 11 изображена общая конфигурация системы в виде блок-схемы.

На фиг. 12 изображена кривая значений результатов измерений, полученных от датчика при различных уровнях содержания влаги или влажности, и другие связанные точки данных.

На фиг. 13 изображена блок-схема способа, использующего значения 1-й и 2-й производных.

На фиг. 14 изображен ряд кривых (200, 300, 400) выходного сигнала типового датчика, при этом кривая 200 представляет собой необработанный выходной сигнал датчика, а кривая 300 представляет собой отфильтрованный выходной сигнал, а кривая 400 представляет собой выходной сигнал, содержащий первую производную.

На фиг. 15A схематически изображен вид спереди (если смотреть на вторую сторону 22) датчика, содержащего массив вспомогательных датчиков 10.

На фиг. 15B схематически изображен вид сзади (если смотреть на первую сторону 21) датчика, содержащего массив вспомогательных датчиков 10.

На фиг. 15С схематически изображен вид в поперечном сечении датчика по фиг. 15А.

На фиг. 16А схематически изображена другая альтернативная конфигурация датчика 10.

На фиг. 16B схематически изображен вид в поперечном сечении AA датчика по фиг. 16А.

На фиг. 16C схематически изображен вид в поперечном сечении BB датчика по фиг. 16А.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Раскрывается датчик, система, содержащая датчик, и способ обнаружения или контроля содержания влаги или влажности изделия, к которому прикрепляется указанный датчик.

Указанный датчик может быть выполнен с возможностью определения присутствия любой жидкости или текучей среды. Например, в случае, когда изделие представляет собой детский подгузник, датчик может быть выполнен с возможностью определения присутствия мочи.

Датчик 10 может представлять собой датчик 10, который характеризуется выходным сигналом, отображающим содержание влаги или влажность изделия 28.

В частности, следует понимать, что указанный датчик предпочтительно способен контролировать содержание влаги или влажность изделия без непосредственного соприкосновения с влагой или влажностью. То есть датчик способен контролировать содержание влаги или влажность внутри подгузника (например), когда он прикреплен к внешней (сухой) стороне подгузника.

Такая конструктивная особенность очень востребована, поскольку она обеспечивает одно или несколько из следующих преимуществ:

простоту установки/снятия датчика с изделия

простоту доступа к датчику (особенно важна в случае, когда модуль датчика создает визуальный и/или звуковой выходной сигнал или требует другого взаимодействия и/или обслуживания, такого как зарядка, повторная зарядка, загрузка данных и т.п.)

содержание датчика в гигиенической чистоте, что делает устройство более удобным для пользователя и/или более пригодным для повторного применения.

Датчик 10 может представлять собой датчик емкостного типа, величина емкости которого зависит от содержания влаги или влажности изделия 28. Например, изделие с относительно более высоким содержанием влаги будет приводить к относительно более высокой емкости датчика 10 по сравнению с изделием с относительно более низким содержанием влаги.

В некоторых вариантах реализации изобретения датчик может представлять собой такой датчик, для которого способность датчика накапливать электрический заряд изменяется в зависимости от содержания влаги или влажности изделия 28. Например, изделие с относительно более высоким содержанием влаги будет приводить к относительно более высокой способности датчика 10 накапливать электрический заряд по сравнению с изделием с относительно более низким содержанием влаги.

В некоторых вариантах реализации изобретения датчик может представлять собой датчик индуктивного типа, а индуктивность может изменяться в зависимости от содержания влаги в изделии.

На фиг. 1-5 изображен датчик 10. Указанный датчик может содержать первую пластину 11 и вторую пластину 12. Первая пластина 11 и вторая пластина 12 могут являться электропроводящими.

Первая пластина 11 и вторая пластина 12 могут быть изготовлены из металлического материала, такого как медь или алюминий, или олово, или свинец, или любого электропроводящего металла или сплава.

Первая пластина 11 и вторая пластина 12 могут быть ориентированы вдоль и/или по сути параллельно номинальной плоскости 13 датчика. Плоскость 13 датчика в рабочем состоянии может быть ориентирована по сути параллельно изделию 28, к которому прикреплен датчик 10.

Первая пластина 11 может быть расположена между первой частью 14 второй пластины 12 и второй частью 15 второй пластины 12 (при рассматривании горизонтальной проекции).

Первая часть 14 второй пластины 12 может быть расположена на первой границе 18 первой пластины 11 или в прилегании к ней, или, в альтернативном варианте реализации изобретения, вблизи первой границы 18 первой пластины 11, так чтобы не возникало перекрывания, или так чтобы перекрывание составляло менее чем приблизительно 5% (от площади поверхности указанной второй пластины) при рассматривании горизонтальной проекции. В альтернативном варианте реализации изобретения при этом может присутствовать небольшой зазор (обозначен как «d» на фиг. 15 и 16).

Вторая часть 15 второй пластины 12 может быть расположена на второй границе 19 первой пластины 11 или в прилегании к ней, или, в альтернативном варианте реализации изобретения, вблизи второй границы 19 первой пластины 11, так чтобы не возникало перекрывания, или так чтобы перекрывание составляло менее чем приблизительно 5% (от площади поверхности указанной второй пластины) при рассматривании горизонтальной проекции. В альтернативном варианте реализации изобретения при этом может присутствовать небольшой зазор (обозначен как «d» на фиг. 15 и 16).

Первая часть 14 второй пластины 12 может быть расположена на первой границе указанного датчика или в прилегании к ней, или, в альтернативном варианте реализации изобретения, вблизи первой границы указанного датчика, так чтобы не возникало перекрывания, или так чтобы перекрывание составляло менее чем приблизительно 5% (от площади поверхности указанной второй пластины) при рассматривании горизонтальной проекции. В альтернативном варианте реализации изобретения при этом может присутствовать небольшой зазор (обозначен как «d» на фиг. 15 и 16).

Вторая часть 15 второй пластины 12 может быть расположена на второй границе датчика 10 или в прилегании к ней, или, в альтернативном варианте реализации изобретения, вблизи второй границы указанного датчика, так чтобы не возникало перекрывания, или так чтобы перекрывание составляло менее чем приблизительно 5% (от площади поверхности указанной второй пластины) при рассматривании горизонтальной проекции. В альтернативном варианте реализации изобретения при этом может присутствовать небольшой зазор (обозначен как «d» на фиг. 15 и 16).

Первая граница датчика 10 может быть расположена в прилегании к указанной второй границе, и или первая граница датчика 10 может быть расположена напротив указанной второй границы.

Первая граница 18 первой пластины 11 может быть расположена в прилегании ко второй границе 19, и/или первая граница 18 первой пластины 11 может быть расположена напротив второй границы 19.

Каждая часть (например, первая часть 14 и вторая часть 15) второй пластины 12 может быть расположена на каждой стороне первой пластины 11.

Вторая пластина 12 может содержать одну или несколько других частей. Одна или несколько других частей могут быть расположены на одной или нескольких границах первой пластины 11 или в прилегании к ним.

Первая пластина 11 может представлять собой или содержать удлиненную полосу.

Вторая пластина 12 может содержать пару удлиненных полос. Каждая удлиненная полоса из пары удлиненных полос может являться одной из первой части 14 или второй части 15 второй пластины 12.

В предпочтительных вариантах реализации изобретения, при рассматривании проекции на плоскость, содержащую указанную вторую пластину, форма проекции указанной первой пластины в указанной плоскости является в целом комплементарной форме указанной второй пластины.

Первая пластина 11 может характеризоваться, например, Х-образной или +-образной формой, при этом каждая часть второй пластины 12 расположена между прилегающими участками или проекциями первой пластины 11.

Например, указанный датчик может быть выполнен в виде массива вспомогательных датчиков (аналогичных датчику 10) с тем, чтобы создавать выходные сигналы из отдельных зон. Такая конфигурация схематично изображена на фиг. 15, и содержит аккумуляторную батарею 30 и контроллер/ИС/измерительное устройство 31.

На фиг. 15A изображена вторая сторона датчика и показан зазор «d» между первой пластиной 11 и второй пластиной 12, так что при рассматривании проекции на плоскость, содержащую вторую пластину 12, проекция первой пластины не перекрывается с указанной второй пластиной.

На фиг. 15B изображена первая сторона датчика 10 по фиг. 15А. На фиг. 15С изображен вид в поперечном сечении, показывающий предпочтительное смещение по толщине датчика 10 между первой пластиной/пластинами 11 и второй пластиной/пластинами 12.

Если для такой зоны присутствуют данные по выходному сигналу, они могут использоваться для получения дополнительной полезной информации, такой как направление распространения и/или миграция влаги или влажности между/по зонам. В альтернативном варианте реализации изобретения это может быть достигнуто с помощью применения различных датчиков.

На фиг. 16 схематически изображена еще одна альтернативная конфигурация датчика 10. В такой альтернативной конфигурации вторая пластина 12 сужается по направлению к одной стороне датчика 10. Аналогичным образом, как описывается выше применительно к фиг. 15, в таком варианте реализации изобретения показан зазор «d» таким образом, что при рассматривании горизонтальной проекции отсутствует перекрывание между первой пластиной 11 и второй пластиной 12. В альтернативном варианте реализации изобретения при рассматривании горизонтальной проекции величина зазора «d» может стремиться к нулевым значениям, или, в качестве альтернативы, может присутствовать небольшое перекрывание до приблизительно 5% от площади поверхности второй пластины 12.

На фиг. 16B схематически изображен вид в поперечном сечении AA, а на фиг. 16C схематически изображен вид в поперечном сечении BB.

Первая пластина 11 и/или вторая пластина 12 могут содержать по меньшей мере один изогнутый участок.

Вторая пластина 12 может характеризоваться длиной около 50 мм, а каждая часть указанной второй пластины или указанная вторая пластина может характеризоваться шириной около 15 мм или около 30 мм.

Первая пластина 11 может характеризоваться длиной около 50 мм и шириной около 5 мм.

Предполагается, что внешняя форма датчика 10 может принимать различные формы. Например, датчик может характеризоваться приблизительно круглой формой, формой удлиненного прямоугольника, удлиненного овала, каплевидной формой и/или любой другим пригодным на практике вариантом. В наиболее предпочтительных вариантах реализации изобретения толщина датчика мала для того, чтобы датчик в целом образовывал гибкую полосу, пригодную для крепления к изделию.

Следует понимать, что различные области модуля датчика могут различаться по размеру, особенно в тех частях, где может присутствовать дополнительная электроника, такая как источник питания, ПП, контроллер ИС, модуль связи и т.п.

Первая пластина 11 может быть расположена на той же пластине, что и вторая пластина 12.

Первая пластина 11 может быть смещена по вертикали относительно второй пластины 12. Первая пластина 11 может быть выполнена с возможностью располагаться в рабочем состоянии ближе относительно изделия 28, к которому прикреплен датчик 10, чем вторая пластина 12.

Вторая пластина 12 может быть выполнена с возможностью располагаться в рабочем состоянии ближе относительно изделия 28, к которому прикреплен датчик 10, чем первая пластина 11.

Датчик 10 может содержать промежуточный слой 20, размещенный между первой пластиной 11 и второй пластиной 12.

Промежуточный слой 20 может являться электроизоляционным слоем и/или диэлектрическим слоем.

Промежуточный слой 20 может представлять собой или содержать полимерный или стекловолоконный слой, или полимерный карман, заполненный газом, воздухом или маслом, или любой неэлектропроводящий и/или диэлектрический материал. В некоторых вариантах реализации изобретения промежуточный слой 20 может пердставлять собой печатную плату (ПП).

Промежуточный слой 20 может представлять собой подложку, на которую нанесены указанные первая пластина и вторая пластина, получены травлением или прикреплены.

Промежуточный слой 20 может проходить за пределы границы первой пластины 11 или второй пластины 12 с образованием поверхности или области, к которой могут быть прикреплены элементы электрической цепи.

В некоторых вариантах реализации изобретения указанный датчик или система могут содержать одно или несколько лепестков для создания поверхности или области, к которой могут быть прикреплены элементы электрической цепи.

Указанные элементы электрической цепи могут быть размещены в одном или нескольких корпусах. Указанный корпус может защищать элементы электрической цепи от воздействия окружающей внешней среды.

Указанные элементы электрической цепи могут представлять собой одно или несколько из:

микроконтроллера и/или процессора

аккумуляторной батареи или другого источника электроэнергии

компаратора

аналого-цифрового преобразователя

элемента интегральной схемы

резистора

конденсатора

проводника

переключателя

диода и/или светодиода

резонирующего кристалла

антенны

транзистора

модуля связи.

модуля дисплея.

Промежуточный слой 20 может характеризоваться толщиной менее чем 25 мм, или от около 0,05 мм до 25 мм, или от около 0,05 мм до 2,5 мм.

Первая пластина 11 может быть размещена на первой стороне 21 указанного датчика. Первая сторона 21 выполнена с возможностью располагаться в рабочем состоянии вблизи изделия 28.

Вторая пластина 12 может быть размещена на второй стороне 22 указанного датчика. Вторая сторона 22 может быть выполнена с возможностью располагаться в рабочем состоянии на удалении от изделия 28.

Указанная система и/или датчик 10 могут содержать защитный слой 23, например, изображенный на фиг. 7 и 8.

Защитный слой 23 может быть размещен в качестве наружного слоя, выполненного с возможностью защиты указанной системы и/или датчика.

Защитный слой 23 может быть выполнен с возможностью герметизации указанной системы и/или датчика.

Защитный слой 23 может являться полимерным слоем.

Защитный слой 23 может быть образован из одного или нескольких из: лакокрасочного покрытия или латексного лакокрасочного покрытия, или резины, или стекла.

Защитный слой 23 может быть выполнен с возможностью применяться в качестве электроизоляционного материала.

Защитный слой 23 может быть выполнен с возможностью создания водонепроницаемого покрытия для предотвращения попадания воды в датчик 10.

Защитный слой 23 может характеризоваться толщиной менее чем 25 мм, или от около 5 мм до около 20 мм.

Как показано, например, на фиг. 7, датчик 10 может содержать крепежную часть 24.

Крепежная часть 24 может быть размещена на стороне и/или на первой стороне датчика 10.

Крепежная часть 24 может быть выполнена с возможностью осуществлять крепление датчика 10 к изделию 11. На фиг. 8 изображен датчик 10, закрепленный на подгузнике или прикрепленный к нему с помощью крепежной части 24.

Крепежная часть 24 может создавать возможность прикреплять датчик 10 к изделию 28 и отсоединять его. Например, датчик 10 может быть снят и переставлен при необходимости или снят и перенесен на другое изделие.

В некоторых вариантах реализации изобретения датчик 10 можно многократно использовать на различных изделиях 28.

Крепежная часть 24 может содержать одно или несколько из:

материала крючка и/или петли

клея

булавки ли пуговицы

электростатического крепежного механизма.

В некоторых вариантах реализации изобретения изделие 28 может содержать карман или конструкционный элемент, выполненный с возможностью удерживать датчик 10.

Датчик 10 и/или система могут быть выполнены в виде встроенной части изделия 28.

Датчик 10 может содержать по меньшей мере один изолирующий слой 25.

Изолирующий слой 25 может быть расположен на стороне и/или на второй стороне 22 датчика 10, выполненной с возможностью располагаться в рабочем состоянии на удалении от изделия 28.

Изолирующий слой 25 может содержать электроизоляционный слой 26.

Электроизоляционный слой 26 изолирующего слоя 25 может являться полимерным слоем. В некоторых вариантах реализации изобретения изолирующий слой 25 может содержать стекловолокно или стекло, или печатную плату (ПП), заполненный воздухом или газом карман.

В некоторых вариантах реализации изобретения одно или несколько из первой пластины 11 и/или второй пластины 12 могут быть нанесены, получены травлением или прикреплены к изолирующему слою 25.

Изолирующий слой 25 может содержать электропроводящий тонкий слой 27.

Электропроводящий тонкий слой 27 может образовывать электропроводящую плоскость.

Изолирующий слой 25 может быть выполнен с возможностью изолировать датчик от воздействия внешней среды.

Указанное изделие может представлять собой одно или несколько из: подгузника, перевязочного материала (например, перевязочного материала для ран), постельных принадлежностей, носильных вещей или элемента носильных вещей, любого типа крышки или контейнера, предмета или материала, выполненного с возможностью вбирать или впитывать влагу, или предмета или материала, выполненного с возможностью высыхать в течение времени (например, бетона или дерева).

В некоторых вариантах реализации изобретения изделие может представлять собой перевязочный материал для ран. Когда перевязочный материал закреплен на ране, может быть сложно определить, присутствует ли под повязкой какая-либо жидкость, такая как кровь, гной или другие выделения из тела, или вода извне, или в каком количестве такая жидкость присутствует.

Также раскрывается система 9, содержащая датчик 10.

Также раскрывается способ обнаружения или контроля содержания влаги или влажности изделия, к которому прикреплена указанная система.

Система 9 может обнаруживать или контролировать влагу или влажность изделия, к которому прикреплена указанная система.

Система 9 может содержать контроллер или процессор.

Система 9 может содержать датчик 10. Датчик 10 может являться описываемым выше датчиком.

Датчик 10 может быть выполнен с возможностью накапливать электрический заряд, причем способность указанного датчика накапливать электрический заряд зависит от влаги или влажности изделия.

Указанный контроллер может быть выполнен с возможностью заряжать указанный датчик в течение первого интервала 50 времени, а после завершения первого интервала 50 времени разряжать указанный датчик в течение второго интервала 51 времени и после этого измерять выходной сигнал указанного датчика. Предпочтительно выходной сигнал датчика измеряется в заранее заданное время измерения (например, после завершения времени разрядки). Предварительно заданное время измерения может изменяться в зависимости от ожидаемых условий эксплуатации датчика и/или ожидаемой скорости зарядки или разрядки. В некоторых вариантах реализации изобретения заданное время может составлять приблизительно 10-1000 микросекунд после завершения разрядки.

Первый интервал 50 времени и/или второй интервал 51 времени могут быть заданы заранее.

На фиг. 6 изображен пример зарядки и разрядки датчика, подробно объясняемый ниже, на фиг. 9 изображена часть типовой электрической схемы указанной системы, а на фиг. 10 изображен пример измерительного цикла указанного датчика.

Измерительный цикл 64 включает фазу 60 зарядки, фазу 61 частичной разрядки и фазу 62 измерения.

Измерительный цикл 64 может выполняться последовательно, при этом вначале выполняется фаза 60 зарядки, затем фаза 61 частичной разрядки, а затем фаза 62 измерения.

После завершения одного указанного или каждого измерительного цикла 64 датчик 10 может разряжаться до равновесного состояния.

Указанный измерительный цикл может выполняться несколько раз в секунду.

В этот момент выходной сигнал датчика, в данном случае напряжение на датчике 10, составляет V1a или V2a. В течение фазы 61 частичной разрядки датчик 10 разряжается. В некоторых вариантах реализации изобретения переключатель S2 замкнут с образованием дополнительного пути разряда для создания возможности достигать более высокую скорость разряда. Переключатель S2 может быть разомкнут в конце фазы 61 разрядки.

Измерительный цикл начинается с активации S1. При этом заряжается датчик (подобно электрохимическому элементу) и паразитная емкость цепи. В течение фазы 60 зарядки измерительного цикла 64 датчик 10 заряжается в течение первого интервала 50 времени до момента T1 времени. В этот момент выходной сигнал датчика, в данном случае напряжение на датчике 10, составляет V1 или V2. Датчик 10 заряжается посредством подачи напряжения на датчик 10, например, при отключении переключателя S1, как показано на фиг. 9.

В течение разрядки или фазы 61 частичной разрядки измерительного цикла 64 датчик 10 разряжается в течение второго интервала 51 времени от момента T1 времени до момента T2 времени. Например, источник отключен, и S2 активирован для заземления в течение около 7 мкс (T2-T1). Это разряжает паразитную емкость в цепи, инвертирует электрохимическую ячейку и изменяет на обратное направление электродвижущей силы. После такого короткого времени начала разрядки оба S1 и S2 размыкаются для подключения R1 к высокому импедансу. В момент времени, когда S2 переходит к высокоомному Z-состоянию, ионизированная внешняя среда продолжает разряжаться. Этот ток разряда или ЭДС приведет к возникновению напряжения на R3, которое измеряется датчиком, предпочтительно в заранее заданное время (T3).

Во внешней среде с лучшей способностью заряжаться (например, влажный подгузник), будет накапливаться больше заряда, и ток будет течь через R2 и R3, что в результате приведет к более высокому напряжению, измеряемому АЦП, которое коррелирует с влажностью внешней среды.

Наблюдаемое поведение представляет собой поведение небольшой электрохимической ячейки. Когда энергия «впрыскивается», электролит (воздух/подгузник/влажный подгузник) ионизируется. Влажный подгузник обладает более выраженной способностью к ионизации, чем сухой. После цикла зарядки ячейка преобразуется из электролитической ячейки в гальваническую за счет закорачивания цепи на очень короткое время. По причине низкой скорости работы ячейки после такого закорачивания электрической цепи начинает вырабатываться ЭДС, которая может быть измерена в виде показаний влаги во внешней среде, окружающей датчик.

В течение фазы 62 измерительного цикла 64 измеряется выходной сигнал датчика. Выходной сигнал может зависеть от количестве заряда и/или количестве разряжаемого заряда. В некоторых вариантах реализации изобретения выходной сигнал датчика может зависеть от электрических свойствах датчика. В некоторых вариантах реализации изобретения выходной сигнал датчика может зависеть от величины напряжения на датчике, или другого напряжении в цепи, или от тока, выходящего из датчика (например, через резистор с известным номиналом). В схеме по фиг. 9, например, выходной сигнал представляет собой напряжение, измеряемое в точке А. На фиг. 9 выходной сигнал измеряется с применением схемы делителя напряжения и аналого-цифрового преобразователя. Затем выходной сигнал датчика подается на процессор или контроллер 33.

Указанный процессор или контроллер 33 в зависимости от выходного сигнала датчика может определять выходной сигнал, отображающий содержание влаги или влажность изделия в зависимости от измеряемого выходного сигнала указанного датчика 10.

Как показано на фиг. 6, линия 52 (пунктирная линия) изображает типовой измерительный цикл 64 датчика, в котором присутствует влага или влажность, а линия 53 изображает типовой измерительный цикл 64 датчика, в котором влага или влажность отсутствуют.

Для линии 52, когда влага или влажность присутствует в момент времени T1, напряжение V1 совпадает с напряжением V2 для линии 53, когда на датчике 10 влага не присутствует. Датчик имеет более высокую способность переноса заряда при наличии влаги, чем при отсутствии влаги. Вследствие этого при равном времени зарядки (первый интервал 50 времени) и времени зарядки, при котором датчик 10 полностью заряжается независимо от содержания влаги, в случае присутствия влаги датчик 10 будет удерживать больший заряд, чем датчик 10 при отсутствии влаги, однако напряжение на датчике будет одинаковым (то есть V1=V2).

Затем в конце фазы 61 частичной разрядки выходной сигнал напряжения V1a датчика 10 для линии 52, когда влага или влажность присутствует, будет большим, чем напряжение V2a для линии 53, когда влага не присутствует.

Указанный процессор или контроллер 33 может передавать выходной сигнал, отображающий содержание влаги или влажность изделия, с помощью внешнего устройства 31 через модуль 30 связи.

Модуль 30 связи может представлять собой модуль беспроводной связи, такой как Bluetooth, Wi-Fi или другой пригодный радиочастотный модуль связи. Понятно, что выбор частоты связи и/или протокола может обеспечивать преимущества, соответствующие конкретным сценариям применения. Например, относительно низкая частота (от 800 МГц до 900 МГц) может быть полезной в крупноразмерных средах, таких как больницы, дома престарелых и детские сады, в которых более длинные волны могут лучше преодолевать препятствия.

Такие протоколы, как Bluetooth (BLEv5+, Z-wave и другие), могут поддерживать сотовую технологию связи в более широких пространствах.

В альтернативном варианте реализации изобретения модуль 30 связи может представлять собой проводное устройство, такое как USB, Ethernet или устройство с другим протоколом. Следует понимать, что проводной протокол также может использоваться для подачи электропитания на датчик 10 и/или зарядки/перезарядки датчика.

Также следует понимать, что различные способы индукционной передачи энергии могут быть пригодны для зарядки/перезарядки аккумуляторной батареи.

Датчик 10 может содержать одну или несколько пластин. Указанные пластины могут быть электропроводящими. Указанные пластины могут содержать любые конструкционные особенности, характеризующие пластины, описываемые выше.

Датчик 10 может заряжаться посредством подачи или прикладывания напряжения или разности потенциалов к указанному датчику.

Датчик 10 может заряжаться посредством подачи напряжения или разности потенциалов на первую, или указанную первую, пластину и на вторую, или указанную вторую, пластину.

Указанный датчик может заряжаться от источника постоянного напряжения.

Указанный первый интервал времени может составлять около 30 мкс.

Указанный первый интервал времени может составлять около 20 мкс или около 10 мкс, или около 5 мкс, или около 2 мкс.

Указанный второй интервал времени может составлять около 7 мкс.

Указанный датчик разряжается через сопротивление известного номинала.

Выходной сигнал указанного датчика измеряется с помощью аналого-цифрового преобразователя и/или схемы делителя напряжения или любого другого пригодного способа измерения.

Указанная система может содержать по меньшей мере один элемент 34 запоминающего устройства.

Указанная система может содержать один или несколько переключателей (например, S1 и S2), выполненных с возможностью находиться под управлением указанного процессора для выполнения зарядки и/или разрядки указанного датчика.

Указанные переключатели могут представлять собой любые переключатели, известные в данной области техники, например, один или несколько транзисторов.

Выходной сигнал указанного датчика может являться пропорциональным влажности или влаге в изделии.

Выходной сигнал указанного датчика принимает более высокие значения в случае влажного или содержащего влагу изделия, чем в случае сухого изделия.

Выходной сигнал указанного датчика принимает более низкие значения в случае сухого изделия, чем в случае влажного или содержащего влагу изделия.

На фиг. 11 изображена общая конфигурация системы в виде блок-схемы. Указанная система может содержать один или несколько модулей 30 связи. Модуль 30 связи может быть выполнен в качестве части процессора или других элементов электрической цепи.

Модуль 30 связи может создавать связь между указанной системой и внешним устройством 31. Модуль 30 связи может создавать связь через проводное и/или беспроводное соединение.

Модуль 30 связи может быть выполнен с возможностью создания любого выходного сигнала указанного датчика и/или системы.

Также может быть выполнен модуль дисплея. Модуль дисплея может отображать любой выходной сигнал указанного датчика и/или системы.

В некоторых вариантах реализации изобретения выходной сигнал, отображающий содержание влаги или влажность, и точку насыщения изделия, определяется с использованием первых и вторых производных из разницы между значениями последовательных результатов измерения указанного датчика, как показано на фиг. 13.

Выходной сигнал, отображающий содержание влаги или влажность, и точку насыщения изделия, также зависит от сравнения первой и второй производных из разности между последовательными результатами измерения выходного сигнала датчика.

В некоторых вариантах реализации изобретения необработанные выходные данные датчика 10 могут обрабатываться на самом датчике.

В альтернативном варианте реализации изобретения необработанные данные датчика 10 могут передаваться модулем 30 связи на внешнее устройство, которое может также обрабатывать данные, например, посредством выполнения:

фильтрации данных,

вычисления первой производной,

вычисления второй производной

усреднения

сравнения любого из вышеперечисленного с заранее заданным значением параметра

любого другого расчета, описываемого в данном документе.

Внешнее устройство может представлять собой, например, смартфон, планшет, компьютер, облачный сервер, сервер базы данных или выделенный контроллер. Следует понимать, что среда предполагаемого применения устройства, будет по меньшей мере до некоторой степени устанавливать требования к предпочтительным конфигурациям. Например, возможность выполнения внешних вычислений и анализа выходного потока данных (проводного или беспроводного) от датчика 10 может снижать требования к мощности центрального модуля 10, тем самым продлевая ожидаемый срок службы от данной аккумуляторной батареи/заряда.

В альтернативном варианте реализации изобретения в конфигурациях с предпочтением автономной системы модуль 10 датчика может включать дополнительные этапы обработки выходных данных и/или может включать применение пользовательского интерфейса для отображения оповещений и/или взаимодействия с пользователем для передачи сигналов событий, связанных с влажностью или влагой изделия и т.п.

На фиг. 12 изображена кривая, детализирующая ряд значений результатов измерений в течение времени и соответствующие первые и вторые производные таких значений.

Далее объясняется определение выходного сигнала, отображающего содержание влаги или влажность, и точку насыщения изделия, в зависимости от сравнения первой и второй производных.

В каждый интервал времени указанный датчик выполняет измерительный цикл измерения, что описывается применительно к фиг. 6. Такой измерительный цикл повторяется и не зависит от предшествующих циклов. Каждый измерительный цикл выдает результат измерения.

Предпочтительно измерения проводятся автономно и могут выполняться, например, периодически с заданным интервалом, или, в качестве альтернативы, при этом могут выполняться при получении запускающего сигнала, например, при получении запроса пользователя или при получении сигнала датчика.

Каждое значение результата измерения фиксируют в результате зарядки и разрядки датчика, что показано и описывается применительно к фиг. 6. Значение, получаемое при T2, используется в качестве результата измерения.

Каждое значение, получаемое в момент T2 времени, фиксируется и сохраняется в качестве результата измерения как входные данные для анализа. В одном варианте реализации изобретения ряд значений получают при T2 для каждого измерительного цикла. Количество значений результатов измерения может усредняться для определения значения результата измерения для измерительного цикла. Это помогает устранять фоновый сигнал.

Линия 120 на фиг. 12 представляет типовой ряд значений результатов измерения в течение времени, что описывается выше для датчика, по мере того, как он проходит через ряд этапов (121, 123, 125, 127, 129, 131, 133) с различными уровнями влаги или влажности изделия, что описывается ниже.

Выходной сигнал, отображающий содержание влаги или влажность изделия, зависит от значения начального нулевого уровня или от значения более раннего измерения, что изображено с помощью линии 122. Значения начального нулевого уровня в таком варианте реализации изобретения представляют собой значения результатов измерения датчика, зафиксированные до того момента, как датчик был помещен на изделие, что изображено с помощью участка 121 кривой на фиг. 12.

Значение начального нулевого уровня или значение более раннего измерения зависит от материала, из которого изготовлен датчик.

В некоторых вариантах реализации изобретения после фиксации датчиком значения результата измерения значение начального нулевого уровня или значение более раннего измерения удаляется из такого результата, на что указывают значения результатов измерений линии 124 на фиг. 12.

Следует понимать, что в таком варианте реализации изобретения контроллер или процессор определяет первую производную из разности между последовательными результатами измерений в каждый интервал времени.

Следует понимать, что в таком варианте реализации изобретения контроллер или процессор затем определяет вторую производную из разности между результатами последовательных вычислений первой производной в каждый интервал времени.

Линия 128 представляет ряд значений вычисления первой производной в течение времени по значениям результатов измерений, изображенных с помощью линии 124. Линия 126 представляет ряд значений вычисления второй производной в течение времени.

В таком варианте реализации изобретения каждую первую производную и вторую производную вычисляют в режиме реальном времени при фиксации датчиком значений результатов измерения.

После вычисления первая и вторая производные сравниваются контроллером или процессором. Такое сравнение между результатами вычисления первой и второй производных может применяться для определения изменений содержания влаги или влажности изделия и/или когда достижения точки насыщения изделия.

В таком варианте реализации изобретения контроллер или процессор сравнивает текущие или последние из полученных точки данных первой и второй производных. В некоторых вариантах реализации изобретения контроллер или процессор также сравнивает текущую или последнюю из полученных точку данных первой производной с предыдущими точками данных первой производной, а текущую или последнюю из полученных точку данных второй производной с предыдущими точками данных второй производной.

Сравнение этих точек данных позволяет определять различные состояния с различным содержанием влаги или влажности, в том числе точку насыщения. Как будет объяснено ниже в качестве примера и применительно к фиг. 12, каждый из различных участков кривой, 121, 123, 125, 127, 129, 131, 133 представляет пример различного или изменяющегося уровня влаги или влажности указанного датчика или изделия.

Во-первых, отсутствие экстремума первой производной и отсутствие экстремума второй производной указывает на то, что датчик находится в состоянии с постоянным или неизменным содержанием влаги или влажностью. Это видно на участке 121, когда датчик еще не был помещен на изделие, и на участке 127, когда датчик считывает постоянный уровень влаги или влажности.

Небольшой экстремум первой производной и отсутствие или по сути отсутствие экстремума второй производной указывает на то, что датчик прикреплен к изделию. Это показано в качестве примера на участке 123 фиг. 12.

Большой отрицательный экстремум первой производной и экстремум второй производной, переходящий от положительного значения к отрицательному значению, указывает на то, что датчик был снят с изделия, содержащего высокий уровень влаги или влажности. Пример этого показан на участке 133.

Положительный экстремум первой производной и экстремум второй производной, переходящий от отрицательного значения к положительному значению, указывает на то, что содержание влаги или влажность изделия возрастает. Это показано на участке 125, когда наблюдается значительное увеличение влаги или влажности.

Небольшой положительный экстремум первой производной и экстремум второй производной, переходящий от отрицательного значения к положительному значению, указывает на то, что состояние изделия приближается к его точке насыщения. Это показано на участке 129 фиг.12.

Спадающий экстремум первой производной и спадающий экстремум второй производной, в дополнение к показателям изменения содержания влаги или влажности изделия, таким как описываемые применительно к участкам 123, 125 или 129 на фиг. 12, указывает, что изделие достигло своей точки насыщения.

Следует понимать, что разные изделия будут характеризоваться разными точками насыщения, а точка насыщения каждого изделия будет определяться материалом указанного изделия.

В некоторых вариантах реализации изобретения при достижении точки насыщения изделия, что было определено с помощью контроллера или процессора, происходит запуск сигнала. Этот сигнал может предупредить пользователя о насыщении изделия.

Результаты испытаний датчика 10 согласно данному изобретению будут описаны с использованием фиг. 14. В таком тесте датчик 10 крепили к внешней (сухой стороне) подгузника, и вода периодически впрыскивалась во внутреннюю область подгузника. В этих тестах подгузник оставался неподвижным в течение длительности всего теста.

Принятый протокол испытаний (показанный на фиг. 14) включал:

этап 1 - впрыскивание 45 мл воды в течение интервала времени 14 секунд

этап 2 - ожидание в течение 6 минут

этап 3 - впрыскивание 25 мл воды в течение 7 секунд

этап 4 - ожидание в течение 1 минуты

этап 5 - повторение впрыскивания 25 мл воды в течение 7 секунд до появления протекания.

С использованием кривой 200, изображенной на фиг. 14, показаны необработанные выходные данные датчика. Пунктирная линия 201 представляет нулевую линию (с датчиком 10, прикрепленным к подгузнику), полученную до того, как в подгузник добавляли воду. Можно видеть, что последняя часть кривой 202 опускается ниже начальной нулевой линии, поскольку датчик был снят с подгузника.

С использованием кривой 300, изображенной на фиг. 14, показан отфильтрованный график необработанных данных датчика.

Первая часть графика показывает 45 мл воды, впрыскиваемой в течение 14 секунд. Затем график стабилизируется в течение интервала времени 6 минут, соответствующего 6-минутному ожиданию, когда влагу более не добавляли.

После 6-минутного периода ожидания показан ряд одноминутных этапов, в течение которых вводили 25 мл воды.

В заключительной части графика подгузник становится насыщенным, и дальнейшие впрыски воды маскируются на выходе датчика в результате протекания.

Анализируя кривые 200 и 300 можно увидеть, что существует сильная корреляция между объемом впрыскиваемой воды и выходным сигналом датчика, получаемым датчиком 10. Такая сильная корреляция особенно важна с учетом того, что датчик 10 является датчиком бесконтактного типа и прикреплен к внешней (сухой стороне) подгузника.

Кроме того, с использованием кривой 400, изображенной на фиг. 14, показана зависимость первой производной отфильтрованных данных датчика. На данной кривой отчетливо видны экстремумы, соответствующие впрыскиванию жидкости в подгузник. В результате первые производные данных могут применяться для получения очень сильной корреляции и идентификации происходящего события впрыскивания.

Если в контексте явным образом не требуется иное, по всему тексту данного описания и пунктов формулы изобретения термины «содержать», «содержащий» и подобные им следует толковать во включающем смысле, в противоположность а не в исключающем или исчерпывающем смысле, то есть, иначе говоря, в смысле «включающий в том числе».

Если в предшествующем описании были использованы целые числа или элементы, характеризующиеся их заданными эквивалентами, то такие целые числа включены в данное описание, как если бы они были указаны индивидуально.

В широком смысле можно сказать, что изобретение состоит из частей, элементов и конструктивных особенностей, упоминаемых или указываемых в описании заявки по отдельности или вместе, в любом или всех сочетаниях двух или нескольких указанных частей, элементов или конструктивных особенностей.

Упоминание какой-либо предшествующего уровня техники в данном описании не является и не должно восприниматься как подтверждение или любая форма предположения о том, что такой предшествующий уровень техники составляет часть общедоступных сведений в области науки в любой стране мира.

Некоторые конструктивные особенности, аспекты и преимущества некоторых конфигураций по данному описанию были изложены в отношении применения системы увлажнения газа в системе лечения респираторных заболеваний. В то же время может быть получено преимущество от применения определенных конструктивных особенностей, аспектов и преимуществ от описываемой системы увлажнения газа совместно с другими лечебными или нелечебными системами, требующими увлажнения газов. Некоторые конструктивные особенности, аспекты и преимущества способов и устройств по данному описанию могут быть в равной степени пригодны к применению в других системах.

В то время как данное изобретение было описано применительно к определенным вариантам реализации, другие варианты реализации изобретения, очевидные для специалистов в данной области техники, также находятся в пределах объема данного изобретения. Вследствие этого могут быть внесены различные изменения и модификации, не выходящие за пределы сущности и объема изобретения. Например, при необходимости можно изменять позиционные номера различных компонентов. Более того, не все конструктивные особенности, аспекты и преимущества безусловно необходимы для практического применения данного изобретения. В результате предполагается, что объем данного изобретения определяется только нижеследующей формулой изобретения.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

Датчик, в котором промежуточный слой (20) представляет собой изолирующий слой (26) и/или диэлектрический слой.

Датчик, в котором промежуточный слой (20) проходит за пределы границы первой пластины (11) или второй пластины (12) с образованием поверхности, к которой могут быть прикреплены элементы электрической цепи.

Датчик, в котором элементы электрической цепи представляют собой одно или несколько из:

микроконтроллера

аккумуляторной батареи или другого источника электроэнергии

компаратора

аналого-цифрового преобразователя

элемента интегральной схемы

резистора

транзистора

конденсатора

проводника

переключателя

диода и/или светодиода

резонирующего кристалла

антенны

транзистора

модуля связи

модуля дисплея.

Датчик, в котором первая пластина (11) размещена на первой стороне (21) датчика (10), при этом первая сторона (21) выполнена с возможностью располагаться в рабочем состоянии вблизи изделия (28).

Датчик, в котором вторая пластина (12) размещена на второй стороне (22) датчика (10), при этом вторая сторона (22) выполнена с возможностью располагаться в рабочем состоянии на удалении от изделия (28).

Датчик, в котором защитный слой (23) размещен в качестве наружного слоя, выполненного с возможностью защиты датчика (10).

Датчик, в котором защитный слой (23) выполнен с возможностью герметизировать датчик (10).

Датчик, в котором защитный слой (23) представляет собой или содержит одно или несколько из: полимерного слоя или лакокрасочного покрытия, или латексного лакокрасочного покрытия, или резины, или стекла.

Датчик, в котором защитный слой (23) выполнен с возможностью применяться в качестве электроизоляционного материала.

Датчик, в котором защитный слой (23) выполнен с возможностью характеризоваться толщиной менее чем 25 мм, или от около 5 мм до около 20 мм.

Датчик, в котором датчик (10) содержит крепежную часть (24).

Датчик, в котором крепежная часть (24) размещена на стороне (необязательно на первой стороне) датчика (10).

Датчик, в котором крепежная часть (24) выполнена с возможностью осуществлять крепление датчика (10) к изделию (28).

Датчик (10) по любому одному из пп. 26-29, в котором крепежная часть (24) содержит одно или несколько из:

материала крючка и/или петли

клея

булавки ли пуговицы

электростатического крепежного механизма.

Датчик, в котором изолирующий слой (25) содержит электроизоляционный слой (26).

Датчик, в котором изолирующий слой (26) изоляционного слоя (25) представляет собой полимерный слой.

Датчик, в котором изоляционный слой (25) содержит тонкий электропроводящий слой.

Датчик, в котором изоляционный слой (25) выполнен с возможностью изолировать датчик 10 от воздействия внешней среды.

Система, в которой датчик (10) заряжается посредством подачи или прикладывания напряжения или разности потенциалов к датчику (10).

Система, в которой выходной сигнал датчика (10) является пропорциональным влажности или влаге в изделии (28).

Система, в которой выходной сигнал датчика (10) принимает более высокие значения в случае влажного или содержащего влагу изделия (28), чем в случае сухого изделия (28).

Система, в которой выходной сигнал датчика (10) принимает более низкие значения в случае сухого изделия (28), чем в случае влажного или содержащего влагу изделия (28).

Способ, в котором выходной сигнал датчика (10) является пропорциональным влажности или влаге в изделии (28).

Способ, в котором выходной сигнал датчика (10) принимает более высокие значения в случае влажного или содержащего влагу изделия (28), чем в случае сухого изделия (28).

Способ, в котором выходной сигнал датчика (10) принимает более низкие значения в случае сухого изделия (28), чем в случае влажного или содержащего влагу изделия (28).

Claims (46)

1. Система (9) для контроля содержания влаги в изделии (28), к которому прикреплена система (9), причем система (9) содержит:

контроллер или процессор,

датчик (10), причем датчик (10) выполнен с возможностью накапливания электрического заряда, и при этом способность датчика (10) накапливать электрический заряд зависит от содержания влаги в изделии (28), при этом контроллер (33) выполнен с возможностью:

заряжать указанный датчик в течение первого интервала (50) времени, а после завершения указанного первого интервала (50) времени частично разряжать датчик (10) в течение второго интервала (51) времени и после этого измерять выходной сигнал датчика (10), необязательно в заранее заданное время,

причем контроллер (33) выполнен с возможностью определения выходного сигнала датчика (10), отображающего содержание влаги в изделии (28) в зависимости от измеряемого выходного сигнала датчика (10).

2. Система по п. 1, в которой контроллер выполнен с возможностью после завершения указанного первого интервала времени активно по меньшей мере частично разряжать указанный датчик в течение второго интервала времени.

3. Система по любому одному из пп. 1 или 2, в которой указанный датчик содержит первую и вторую пластину, разделенные диэлектрическим слоем (20), причем указанный контроллер выполнен с возможностью после завершения указанного первого интервала времени активно по меньшей мере частично разряжать указанный датчик посредством подключения указанной первой и указанной второй пластины по существу к одному и тому же потенциалу.

4. Система (9) по п. 1, в которой датчик (10) содержит одну или более пластин и, опционально, пластины являются электропроводящими.

5. Система (9) по п. 4, в которой датчик (10) содержит:

первую пластину (11) и вторую пластину (12), причем первая пластина (11) и вторая пластина (12) являются электропроводящими,

при этом первая пластина (11) и вторая пластина (12) ориентированы вдоль и/или параллельно плоскости (13) датчика, причем плоскость (13) датчика выполнена с возможностью ориентирования в рабочем состоянии по существу параллельно изделию (28), к которому прикреплен датчик (10),

при этом первая пластина (11) расположена между первой частью (14) второй пластины (12) и

второй частью (15) второй пластины (12).

6. Система (9) по любому одному из пп. 1, 2, 4, 5, в которой датчик (10) выполнен с возможностью зарядки посредством подачи или прикладывания напряжения или разности потенциалов к первой пластине или указанной первой пластине (11) и второй пластине или указанной второй пластине (12).

7. Система (9) по п. 6, в которой датчик (10) выполнен с возможностью зарядки от источника постоянного напряжения.

8. Система (9) по любому одному из пп. 1, 2, 4, 5, 7, в которой первый интервал (50) времени составляет около 30 мкс.

9. Система (9) по п. 8, в которой первый интервал (50) времени составляет около 20 мкс, или около 10 мкс, или около 5 мкс, или около 2 мкс.

10. Система (9) по любому одному из пп. 1, 2, 4, 5, 7, 9, в которой второй интервал (51) времени составляет около 7 мкс.

11. Система (9) по п. 10, в которой датчик (10) выполнен с возможностью разрядки через сопротивление известного номинала.

12. Система (9) по любому одному из пп. 1, 2, 4, 5, 7, 9, 11, в которой выходной сигнал датчика (10) измеряется с помощью аналого-цифрового преобразователя (опционально с применением схемы делителя напряжения).

13. Система (9) по п. 12, в которой система (9) содержит по меньшей мере один элемент (34) запоминающего устройства.

14. Система (9) по любому одному из пп. 1, 2, 4, 5, 7, 9, 11, 13, в которой система (9) содержит один или более переключателей, выполненных с возможностью нахождения под управлением указанного процессора (33) для выполнения зарядки и/или разрядки датчика (10) (опционально, переключатели представляют собой один или более транзисторов).

15. Система (9) по п. 14, в которой выходной сигнал, отображающий содержание влаги в изделии (28), дополнительно зависит от значения начального нулевого уровня.

16. Система (9) по любому одному из пп. 1, 2, 4, 5, 7, 9, 11, 13, 15, в которой выходной сигнал, отображающий содержание влаги в изделии (28), зависит от результатов сравнения первой производной выходного сигнала датчика (10) и/или, опционально, второй производной выходного сигнала датчика (10).

17. Способ контроля содержания влаги в изделии (28), реализуемый с помощью процессора (33), способ содержит следующие этапы:

зарядку датчика (10) в течение первого интервала (50) времени, а после завершения указанного первого интервала (50) времени,

частичную разрядку датчика (10) в течение второго интервала (51) времени и последующее измерение выходного сигнала датчика (10), опционально в заранее заданное время, и

определение выходного сигнала, отображающего содержание влаги в изделии (28) в зависимости от измеряемого выходного сигнала датчика (10).

18. Способ по п. 17, в котором датчик (10) содержит одну или более пластин (опционально, пластины являются электропроводящими).

19. Способ по п. 17 или 18, причем датчик (10) содержит:

первую пластину (11) и вторую пластину (12), причем первая пластина (11) и вторая пластина (12) являются электропроводящими,

при этом первая пластина (11) и вторая пластина (12) ориентированы вдоль и/или параллельно плоскости (13) датчика, причем плоскость (13) датчика выполнена с возможностью ориентирования при использовании по существу параллельно изделию (28), к которому прикреплен датчик (10),

при этом первая пластина (11) расположена между первой частью (14) второй пластины (12) и второй частью (15) второй пластины (12).

20. Способ по п. 19, в котором датчик (10) выполнен с возможностью зарядки посредством прикладывания напряжения или разности потенциалов на датчик (10).

21. Способ по любому одному из пп. 17, 18, 20, в котором датчик (10) выполнен с возможностью зарядки посредством подачи напряжения или разности потенциалов на первую пластину, или указанную первую пластину (11) и вторую пластину или указанную вторую пластину (12).

22. Способ по п. 21, в котором датчик (10) выполнен с возможностью зарядки от источника постоянного напряжения.

23. Способ по любому одному из пп. 17, 18, 20, 22, в котором первый интервал (50) времени составляет около 30 мкс.

24. Способ по п. 23, в котором первый интервал (50) времени составляет около 20 мкс, или около 10 мкс, или около 5 мкс, или около 2 мкс.

25. Способ по любому одному из пп. 17, 18, 20, 22, 24, в котором второй интервал (51) времени составляет около 7 мкс.

26. Способ по п. 25, в котором датчик (10) выполнен с возможностью разрядки через сопротивление известного номинала.

27. Способ по любому одному из пп. 17, 18, 20, 22, 24, 26, в котором выходной сигнал датчика (10) измеряется с помощью аналого-цифрового преобразователя (опционально с применением схемы делителя напряжения).

28. Способ по п. 27, в котором процессор (33) сопряжен и/или соединен с по меньшей мере одним элементом (34) запоминающего устройства.

29. Способ по любому одному из пп. 17, 18, 20, 22, 24, 26, 28, в котором один или более переключателей выполнены с возможностью нахождения под управлением указанного процессора (33) для выполнения зарядки и/или разрядки датчика (10) (опционально, переключатели представляют собой один или более транзисторов).

30. Способ по п. 29, в котором выходной сигнал, отображающий содержание влаги в изделии (28), дополнительно зависит от значения начального нулевого уровня.

31. Способ по любому одному из пп. 29 или 30, в котором выходной сигнал, отображающий содержание влаги в изделии (28), зависит от результатов сравнения между первой производной выходного сигнала датчика (10) и/или второй производной выходного сигнала датчика (10).

32. Способ по п. 31, включающий в себя генерирование сигнала о наступлении события в ответ на то, что первая производная и/или вторая производная находятся в заданных пределах.

Images