TWI797832B

TWI797832B - 電子吸濕系統及其吸濕感測方法

Info

Publication number: TWI797832B
Application number: TW110142313A
Authority: TW
Inventors: 黄竹熊; 林育德; 李承霖
Original assignee: 黄竹熊
Priority date: 2021-11-12
Filing date: 2021-11-12
Publication date: 2023-04-01
Also published as: CN116124840A; TW202319741A

Abstract

一種電子吸濕系統及其吸濕感測方法。電子吸濕系統包含吸濕物件以及電子感測裝置。吸濕物件包含吸水層、防水層及感測電極。防水層設置於吸水層上。感測電極形成於防水層上，且包含第一電極部及第二電極部。第一電極部及第二電極部相互間隔設置。電子感測裝置與感測電極接觸後，輸出電訊號。電子感測裝置依據通過第一電極部及第二電極部之電訊號之電壓變化，運算產生吸水層之阻抗數據並依據阻抗數據產生濕度資料。

Description

電子吸濕系統及其吸濕感測方法

本申請是有關於一種電子吸濕系統及其吸濕感測方法，特別是關於一種可測量吸濕物件之吸水量的之一種電子吸濕系統及其吸濕感測方法。

對於安養院或是醫院來說，失禁照護用品，例如紙尿褲的使用十分頻繁。為了確保住戶或是病患的身體健康，須定時更換紙尿褲。然而，若是過度頻繁的更換，將會使得失禁用品的成本十分高昂，難以負荷。

而為了確認紙尿褲是否需要更換，除了以人工確認之外，目前已有若干種方法。如圖11所示，習知的量測方法是以量測裝置，藉由設置於紙尿褲91之防水層92上的電極93，量測紙尿褲91的電容值。然而，此種量測方式有諸多的不便。

舉例來說，紙尿褲的電容值為十分小的數值，且電極93的覆蓋範圍狹小。因此，如何精確地測量，是十分困難的課題。例如，如何設定設計電路的量測時長，是十分困難的課題。如果量測時長太長，將會導致量測的結果不精確。更重要的是，由於紙尿褲的電容值是隨著吸水量的變化而改變，因此，如何精確的設計量測時長為十分困難的問題。因此，需要一種電子吸濕系統及其吸濕感測方法以改善上述習知問題。

本申請提供一種電子吸濕系統及其吸濕感測方法。本申請的電子吸濕系統及其吸濕感測方法是以測量吸濕物件的阻抗的方式計算吸濕物件的吸水量，並且可結合物聯網(Internet of Things, IoT)及大數據(Big Data)分析，節省照護人力。

基於上述目的，本申請提供一種電子吸濕系統，其包含吸濕物件以及電子感測裝置。吸濕物件包含吸水層、防水層及感測電極。防水層設置於吸水層上。感測電極形成於防水層上，且包含第一電極部及第二電極部。第一電極部及第二電極部相互間隔設置。電子感測裝置與感測電極接觸後，輸出電訊號。電子感測裝置依據通過第一電極部及第二電極部之電訊號之電壓變化，運算產生吸水層之阻抗數據並依據阻抗數據產生濕度資料。

在本申請的一實施例中，第一電極部包含第一主電極及複數個第一分支電極，第二電極部包含第二主電極及複數個第二分支電極，第一主電極與該第二主電極相互間隔平行，複數個第一分支電極自第一主電極之一側向第二主電極延伸，複數個第二分支電極自第二主電極之一側向第一主電極延伸，且各複數個第一分支電極及各該複數個第二分支電極間隔設置。

在本申請的一實施例中，複數個第一分支電極與第一主電極垂直，複數個第二分支電極與第二主電極垂直。

在本申請的一實施例中，電子感測裝置可包含運算電路及峰值檢測電路。運算電路之訊號輸出端與吸水層及該峰值檢測電路之電壓接收端電性連接。峰值檢測電路之電壓輸出端與運算電路之一訊號輸入端電性連接。運算電路輸出電訊號。該峰值檢測電路檢測該電訊號之峰值電壓。運算電路依據峰值電壓運算產生吸水層之阻抗數據，並依據阻抗數據產生濕度資料。

在本申請的一實施例中，運算電路更包含微處理器、第一電阻，電子吸濕系統更包含第一放大器及第二放大器。第一電阻之第一端與微處理器電性連接，第一電阻之第二端經由感測電極與吸水層電性連接。微處理器輸出及接收電訊號，微處理器依據第一端之第一電壓值及第二端之第二電壓值運算產生阻抗數據。第一放大器之第一正極輸入端與第一電阻之第二端電性連接。第一放大器之第一輸出端與峰值檢測電路及第一放大器之第一負極輸入端電性連接。第二放大器之第二正極輸入端與峰值檢測電路電性連接。第二放大器之第二輸出端與第二放大器之第二負極輸入端及微處理器電性連接。

在本申請的一實施例中，電子吸濕系統更包含第一放大器、峰值檢測電路、及第二放大器。第一放大器之第一正極輸入端與第一電阻之第二端電性連接，第一放大器之第一輸出端與峰值檢測電路及第一放大器之第一負極輸入端電性連接，第二放大器之第二正極輸入端與峰值檢測電路電性連接，第二放大器之第二輸出端與第二放大器之第二負極輸入端及微處理器電性連接。

在本申請的一實施例中，峰值檢測電路包含第三放大器、二極體、電容及第二電阻，第三放大器之一第三正極輸入端與第一輸出端電性連接，第三放大器之第三輸出端與二極體之一端電性連接，第三放大器之第三負極輸入端與二極體之另一端、第二正極輸入端、電容之一端及第二電阻之一端電性連接，電容及第二電阻並聯，電容之另一端及第二電阻之另一端接地。

在本申請的一實施例中，電訊號為方波電訊號，感測電極包含導電油墨及銀離子，感測電極的面積與該防水層的面積比值大於0.3。

在本申請的一實施例中，電子感測裝置包含通訊單元，通訊單元傳遞該濕度資料至主控裝置。

基於上述目的，本申請再提供一種電子吸濕系統之吸濕感測方法，其包含下列步驟：

將電子感測裝置與吸濕物件之感測電極相接觸。

以電子感測裝置輸出電訊號。

以電子感測裝置依據通過該感測電極之該電訊號感測該電訊號之電壓變化，並運算產生該吸濕物件之吸水層之阻抗數據。

以電子感測裝置依據阻抗數據產生濕度資料。

進一步說明，吸濕物件包含吸水層、防水層及感測電極，防水層設置於吸水層上，感測電極形成於防水層上。

在本申請的一實施例中，感測電極包含第一電極部及第二電極部，第一電極部及第二電極部相互間隔設置。電子感測裝置包含微處理器、第一電阻、第一放大器、第二放大器、第三放大器、二極體、電容及第二電阻。第一電阻之第一端與微處理器電性連接，第一電阻之第二端經由感測電極與吸水層電性連接，微處理器輸出及接收電訊號，微處理器依據第一端之第一電壓值及第二端之第二電壓值運算產生阻抗數據。第一放大器之第一正極輸入端與第一電阻之該第二端電性連接，第三放大器之第三正極輸入端與第一放大器之第一輸出端電性連接，第三放大器之第三輸出端與二極體之一端電性連接，第三放大器之第三負極輸入端與二極體之另一端、第二放大器之第二正極輸入端、電容之一端及第二電阻之一端電性連接。電容及第二電阻並聯，電容之另一端及第二電阻之另一端接地。

為瞭解本申請之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本申請配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明之用，未必為本申請實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本申請於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

以下將參照相關圖式，說明依本申請之動力工具及其安全控制電路模組之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

現請一併參閱第1圖至第6圖，其分別係為根據本申請之實施例之吸濕物件之第一示意圖至第三示意圖、電子吸濕系統之第一示意圖至第三示意圖。

本申請之電子吸濕系統包含吸濕物件11及電子感測裝置12。進一步說明，如圖1及圖2所示，吸濕物件11可為紙尿褲或是看護墊等可吸水的物件。

進一步說明，如圖3所示，吸濕物件11可包含吸水層111、防水層112及感測電極113。吸水層111可包含不織布、吸收體等，以吸收例如尿液等液體。防水層112可以軟性防水材質製成，例如塑膠、橡膠等。防水層112可設置於吸水層111上。感測電極113可形成於防水層112上。

在一實施例中，感測電極113可包含導電油墨，並以噴塗方式形成於防水層112上，換言之，導電油墨可滲透於防水層112中，與吸水層111相接觸。

在另一實施例中，感測電極113除了導電油墨外可更包含銀離子。因此，本申請的感測電極113還具有殺菌或抗菌效果，可減少細菌感染的機會。

在一實施例中，感測電極113的面積與防水層112的面積比值大於0.3。在一較佳的實施例中，感測電極113的面積與防水層112的面積比值大於0.66，因此，當吸濕物件11被尿液浸濕之後，由於感測電極113於防水層112上的面積足夠，容易檢測吸水層111的電性變化。

在一實施例中，如圖4至圖6所示，當需要檢測吸濕物件11的溼度時，可將電子感測裝置12與感測電極113接觸。電子感測裝置12可輸出電訊號，並依據通過第一電極部1131及第二電極部1132之電訊號之電壓變化，運算產生吸水層111之阻抗數據並依據阻抗數據產生濕度資料。

在一實施例中，如圖4及圖5所示，電子感測裝置12可以感測電極113與第一感測電極131及第二感測電極132接觸，且電子感測裝置12可包含夾持部133，以使得電子感測裝置12可固定於吸濕物件11上。

在一實施例中，如圖6所示，電子感測裝置12可包含通訊單元130。通訊單元130可為藍芽通訊單元130或是無線網路(wireless fidelity,Wi-Fi)通訊單元130，當電子感測裝置12運算產生吸水層111之阻抗數據並依據阻抗數據產生濕度資料後，通訊單元130可無線傳遞濕度資料至主控裝置13，但不以此為限。

舉例來說，在其它實施例中，亦可於電子感測裝置12運算產生濕度資料後，將電子感測裝置12與主控裝置13有線連接，以將濕度資料至主控裝置13。

在一實施例中，主控裝置13可為電腦、工作站、雲端運算裝置等可接收多筆電子感測裝置12之濕度資料之運算裝置。在一較佳的實施例中，主控裝置13可為具有ThingsBoard物聯網平台的運算裝置，主控裝置13可收集和可視化物聯網設備的數據。因此，對於例如安養院、醫院而言，可利用主控裝置13及電子感測裝置12得知病患或是住戶是否需要更換紙尿褲，減少人力管理可能會產生的錯誤，並且可將該些數據進行大數據分析處理，以分析各病患或是住戶的身體狀況。

在一實施例中，如圖7及圖8所示，感測電極113包含第一電極部1131及第二電極部1132，且第一電極部1131及第二電極部1132相互間隔設置。第一電極部1131可包含第一主電極11311及複數個第一分支電極11312。第二電極部1132可包含第二主電極11321及複數個第二分支電極11322。第一主電極11311與第二主電極11321相互間隔平行。複數個第一分支電極11312自第一主電極11311之一側向第二主電極11321延伸。複數個第二分支電極11322自第二主電極11321之一側向第一主電極11311延伸，且各複數個第一分支電極11312及各複數個第二分支電極11322間隔設置。

另外，在一實施例中，複數個第一分支電極11312與第一主電極11311垂直，複數個第二分支電極11322與第二主電極11321垂直。

也就是說，透過上述的第一電極部1131及第二電極部1132的設置，本申請的感測電極113可大範圍地感測吸濕物件11是否潮濕，例如被尿液浸濕。但本申請不以此為限，感測電極113也可具有不同的形狀或是態樣，換言之，即使感測電極113的配置、幾何結構、形狀、大小等不同，但只要與本申請採用相似原理，且具有感測阻抗變化者均應在本發明的保護範圍之內。

在本申請中，感測電極113可視為阻抗量測的導線，第一電極部1131及第二電極部1132間吸水層111吸收的濕度大小會改變第一電極部1131及第二電極部1132間距中的阻抗值。

因此，在另一實施例中，複數個第一分支電極11312及複數個第二分支電極11322的間距可依據待測濕度的條件要求，佈置成寬窄不一的配置。另外，感測電極113實際的幾何形狀亦可依據待測環境的空間特性、形狀特性，例如計算特徵長度等，進行較佳的配置。

如圖9所示，在一實施例中，電子感測裝置12可包含運算電路120及峰值檢測電路124。運算電路120之訊號輸出端可與吸水層111及峰值檢測電路124電性連接。峰值檢測電路124之電壓輸出端與運算電路120之訊號輸入端電性連接。運算電路120可輸出電訊號，峰值檢測電路124檢可測電訊號之峰值電壓。運算電路120可再依據峰值電壓計算吸水層111之阻抗數據，並依據阻抗數據產生濕度資料，以判斷吸水層111之潮濕程度。

在一實施例中，如圖10所示，運算電路120可包含微處理器121及第一電阻122。第一電阻122之第一端與微處理器121電性連接，第一電阻122之一第二端經由感測電極113與吸水層111電性連接。微處理器121可輸出及接收電訊號，微處理器121可依據第一端之第一電壓值V _in及第二端之第二電壓值Vo運算產生阻抗數據。

在一實施例中，第一電阻122之電阻值R介於50KΩ至500KΩ，例如64.9KΩ。而吸水層111之阻抗值Z _load可依據潮濕程度介於20KΩ至800KΩ，甚至高於800KΩ。藉由量測第一電壓值V _in及第二電壓值V _o之間的關係可以得出

，藉此依據第一電壓值V _in及第二電壓值V _o之關係，得出吸水層111之阻抗值Z _load。

換言之，當吸水層111之阻抗值Z _load隨著吸水量而增加時，第二電壓值V _o將會改變，例如若吸水層111之最大吸水量為200ml時，當吸水量由0ml增加至200ml時，阻抗值Z _load將會由20KΩ增加至800KΩ。

進一步說明，電子感測裝置12可更包含第一放大器123、峰值檢測電路124及第二放大器125。第一放大器123之第一正極輸入端與第一電阻122之第二端電性連接，第一放大器123之第一輸出端與峰值檢測電路124及第一放大器123之第一負極輸入端電性連接。

第二放大器125之第二正極輸入端與峰值檢測電路124電性連接，第二放大器125之第二輸出端與第二放大器125之第二負極輸入端及微處理器121電性連接。

峰值檢測電路124包含第三放大器126、二極體127、電容128及第二電阻129。第三放大器126之第三正極輸入端與第一輸出端電性連接，第三放大器126之第三輸出端與二極體127之一端電性連接，第三放大器126之第三負極輸入端與二極體127之另一端、第二正極輸入端、電容128之一端及第二電阻129之一端電性連接。電容128及第二電阻129並聯，電容128之另一端及第二電阻129之另一端接地。

進一步說明，第一正極輸入端、第二正極輸入端及第三正極輸入端為第一放大器123、第二放大器125、第三放大器126標示有”+”符號的輸入端；第一負極輸入端、第二負極輸入端及第三負極輸入端為第一放大器123、第二放大器125、第三放大器126標示有”-”符號的輸入端。

在一實施例中，電訊號可為方波電訊號，方波電訊號之頻率可供調整。舉例來說，可藉由微處理器121調整方波電訊號之頻率。進一步說明，方波電訊號之頻率可介於1KHz至100KHz。在一較佳的實施例中，方波電訊號之頻率可介於1KHz至50KHz，可依據吸濕物件11之特性，例如依據吸濕物件11之標的差異，可以微處理器121控制方波電訊號之頻率，進行不同頻率下的阻抗量測，以達到更精準的濕度辨識。

在一實施例中，第三放大器126及二極體127所構成的部份可以視為超級二極體(super diode)，可利用此電路結構檢測電訊號的峰值電壓。

另外，本申請的微處理器121所輸出的電訊號可為直流電，亦可為交流電。舉例來說，若電訊號為方波電訊號，可將此方波電訊號透過帶通濾波器 (Band-pass filter)及各種適當的電路轉換為交流電，再由微處理器121所接收。

在一實施例中，微處理器121可包含訊號輸出端及類比/數位(Analog-to-Digital，A/D)接收端，以輸出及接收上述的電訊號。

以上微處理器121、第一放大器123、第二放大器125、第三放大器126等配置僅為電子感測裝置12之一種電路配置的實施例，舉凡類似本發明可檢測阻抗值電路架構，均應在本申請之保護範圍內。

本申請再提供一種電子吸濕系統之吸濕感測方法，包含下列步驟：

S101：將電子感測裝置12與吸濕物件11之感測電極113相接觸。例如在一實施例中，以夾持部133使得電子感測裝置12固定於吸濕物件11上，使電子感測裝置12可以感測電極113與第一感測電極131及第二感測電極132接觸。

S102：以電子感測裝置12輸出一電訊。例如在一實施例中，輸出頻率介於1KHz至50KHz之方波電訊號。

S103：以電子感測裝置12依據通過感測電極113之電訊號感測電訊號之電壓變化，並運算產生吸濕物件11之吸水層111之阻抗數據。

S103：以電子感測裝置12依據阻抗數據產生濕度資料。

在一實施例中，當以上述的步驟運算產生濕度資料後，可利用電子感測裝置12之通訊單元130將傳度資料傳遞至主控裝置13。

綜上所述，本申請的電子吸濕系統及其吸濕感測方法是以測量吸濕物件的阻抗的方式計算吸濕物件的吸水量，並且可結合物連網及大數據分析，節省照護人力。另外，在本申請電子吸濕系統的架構下，對於不同型態的吸濕物件，例如不同吸收量的紙尿褲、看護墊等，可依據吸濕物件的阻抗值，改變第一電阻的大小，並且依據需求改變電訊號的頻率，已達到最佳的測量效果。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本申請之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

11:吸濕物件 111:吸水層 112:防水層 113:感測電極 1131:第一電極部 11311:第一主電極 11312:第一分支電極 1132:第二電極部 11321:第二主電極 11322:第二分支電極 12:電子感測裝置 120:運算電路 121:微處理器 122:第一電阻 123:第一放大器 124:峰值檢測電路 125:第二放大器 126:第三放大器 127:二極體 128:電容 129:第二電阻 130:通訊單元 131:第一感測電極 132:第二感測電極 133:夾持部 13:主控裝置 91:紙尿褲 92:防水層 93:電極

圖1為根據本申請之實施例之吸濕物件之第一示意圖。

圖2為根據本申請之實施例之吸濕物件之第二示意圖。

圖3為根據本申請之實施例之吸濕物件之第三示意圖。

圖4為根據本申請之實施例之電子吸濕系統之第一示意圖。

圖5為根據本申請之實施例之電子吸濕系統之第二示意圖。

圖6為根據本申請之實施例之電子吸濕系統之第三示意圖。

圖7為根據本申請之實施例之感測電極之第一示意圖。

圖8為根據本申請之實施例之感測電極之第二示意圖。

圖9為根據本申請之實施例之電子感測裝置之電路示意圖。

圖10為根據本申請之實施例之電子感測裝置之電路示意圖。圖11為習知技術中之一種電子紙尿褲的示意圖。

11:吸濕物件

112:防水層

113:感測電極

12:電子感測裝置

131:第一感測電極

132:第二感測電極

133:夾持部

Claims

一種電子吸濕系統，包含：一吸濕物件，包含：一吸水層；一防水層，設置於該吸水層上；及一感測電極，形成於該防水層上，且包含一第一電極部及一第二電極部，該第一電極部及該第二電極部相互間隔設置；以及一電子感測裝置，與該感測電極接觸後，輸出一電訊號，其中，該電子感測裝置依據通過該第一電極部及該第二電極部之該電訊號之電壓變化，運算產生該吸水層之一阻抗數據，並依據該阻抗數據產生一濕度資料；其中，該電子感測裝置包含一運算電路及一峰值檢測電路，該運算電路之一訊號輸出端與該吸水層及該峰值檢測電路之一電壓接收端電性連接，該峰值檢測電路之一電壓輸出端與該運算電路之一訊號輸入端電性連接，該運算電路輸出該電訊號，該峰值檢測電路檢測該電訊號之一峰值電壓，該運算電路依據該峰值電壓運算產生該吸水層之該阻抗數據，並依據該阻抗數據產生該濕度資料；其中，該運算電路更包含一微處理器、一第一電阻；該第一電阻之一第一端與該微處理器電性連接，該第一電阻之一第二端經由該感測電極與該吸水層電性連接，該微處理器輸出及接收該電訊號，該微處理器依據該第一端之第一電壓值及該第二端之第二電壓值運算產生該阻抗數據；該第一放大器之一第一正極輸入端與該第一電阻之該第二端電性連接，該第一放大器之一第一輸出端與該峰值檢測電路及該第一放大器之一第一負極輸入端電性連接，該第二放大器之一第二正極輸入端與該峰值檢測電路電性連接，該第二放大器之一第二輸出端與該第二放大器之一第二負極輸入端及該微處理器電性連接。
如請求項1所述之電子吸濕系統，其中，該第一電極部包含一第一主電極及複數個第一分支電極，該第二電極部包含一第二主電極及複數個第二分支電極，該第一主電極與該第二主電極相互間隔平行，該複數個第一分支電極自該第一主電極之一側向該第二主電極延伸，該複數個第二分支電極自該第二主電極之一側向該第一主電極延伸，且各該複數個第一分支電極及各該複數個第二分支電極間隔設置。
如請求項2所述之電子吸濕系統，其中，該複數個第一分支電極與該第一主電極垂直，該複數個第二分支電極與該第二主電極垂直。
如請求項1所述之電子吸濕系統，其中該峰值檢測電路包含一第三放大器、一二極體、一電容及一第二電阻，該第三放大器之一第三正極輸入端與該第一輸出端電性連接，該第三放大器之一第三輸出端與該二極體之一端電性連接，該第三放大器之一第三負極輸入端與該二極體之另一端、該第二正極輸入端、該電容之一端及該第二電阻之一端電性連接，該電容及該第二電阻並聯，該電容之另一端及該第二電阻之另一端接地。
如請求項1所述之電子吸濕系統，其中該電訊號為一方波電訊號，該感測電極包含導電油墨及銀離子，該感測電極的面積與該防水層的面積比值大於0.3。
如請求項1所述之電子吸濕系統，其中該電子感測裝置包含一通訊單元，該通訊單元傳遞該濕度資料至一主控裝置。
一種電子吸濕系統之吸濕感測方法，包含：將一電子感測裝置與一吸濕物件之一感測電極相接觸；以該電子感測裝置輸出一電訊號；以該電子感測裝置依據通過該感測電極之該電訊號感測該電訊號之電壓變化，並運算產生該吸濕物件之一吸水層之一阻抗數據；以及以該電子感測裝置依據該阻抗數據產生一濕度資料；其中，該吸濕物件包含該吸水層、一防水層及該感測電極，該防水層設置於該吸水層上，該感測電極形成於該防水層上；其中，該感測電極包含一第一電極部及一第二電極部，該第一電極部及該第二電極部相互間隔設置；該電子感測裝置包含一微處理器、一第一電阻、一第一放大器、一第二放大器、一第三放大器、一二極體、一電容及一第二電阻；該第一電阻之一第一端與該微處理器電性連接，該第一電阻之一第二端經由該感測電極與該吸水層電性連接，該微處理器輸出及接收該電訊號，該微處理器依據該第一端之第一電壓值及該第二端之第二電壓值運算產生該阻抗數據；該第一放大器之一第一正極輸入端與該第一電阻之該第二端電性連接，該第三放大器之一第三正極輸入端與該第一放大器之一第一輸出端電性連接，該第三放大器之一第三輸出端與該二極體之一端電性連接，該第三放大器之一第三負極輸入端與該二極體之另一端、該第二放大器之一第二正極輸入端、該電容之一端及該第二電阻之一端電性連接；該電容及該第二電阻並聯，該電容之另一端及該第二電阻之另一端接地。