CN114812876A - 一种柔性传感器及智能垫 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性传感器及智能垫，柔性传感器与外部处理电路电连接，柔性传感器包括：第一电极板、第二电极板以及弹性介质；第一电极板包括间隔设置的第一导电带；第一导电带之间相互电连接；第一电极板和第二电极板设置于弹性介质的相对两侧；第二电极板与第一导电带形成以弹性介质为绝缘层的可变电容；其中，弹性介质受到压力时会发生弹性形变，以改变第一电极板与第二电极板之间的距离。采用上述技术方案，可实现压力检测，结构简单，检测成本低，工作可靠，动态性好；可以适当降低柔性传感器的灵敏度，避免误检，还提高了柔性传感器的可弯折性和抗拉性，有利于广泛的推广和应用。

Description

一种柔性传感器及智能垫

技术领域

本发明涉及柔性传感器技术领域，尤其涉及一种柔性传感器及智能垫。

背景技术

随着技术的发展，市面上出现了很多应用了科技的智能家具，例如智能按摩椅、智能床垫、智能沙发、汽车座垫等，这些智能家具还具有检测是否有用户正在使用的功能，该检测功能一般利用的是传感器来完成的。

目前使用的传感器有薄膜式压阻压力传感器、振动传感器、光纤压力传感器、压力开关传感器、气压传感器等，但是这些传感器有一定的局限性，例如成本高、算法复杂、舒适度不好、易受环境干扰、可靠性差、异物感强等缺陷，一直没有得到广泛应用。

因此，如何解决现有智能家具中的压力传感器的成本高、算法复杂、舒适度不好、易受环境干扰、可靠性差等问题成为当前亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种柔性传感器及智能垫，以解决现有智能家具中压力传感器的局限性。

根据本发明的一方面，提供了一种柔性传感器，所述柔性传感器与外部处理电路电连接，所述柔性传感器包括：第一电极板、第二电极板以及弹性介质；

所述第一电极板包括间隔设置的第一导电带；所述第一导电带之间相互电连接；

所述第一电极板和所述第二电极板设置于所述弹性介质的相对两侧；所述第二电极板与所述第一导电带形成以弹性介质为绝缘层的可变电容；

其中，所述弹性介质受到压力时会发生弹性形变，以改变所述第一电极板与所述第二电极板之间的距离。

可选的，所述第二电极板包括整片式的导电布。

可选的，所述第二电极板包括与所述第一导电带一一对应设置的第二导电带；其中，所述第二导电带的宽度大于所述第一导电带的宽度。

可选的，所述第二导电带的宽度与所述第一导电带的宽度的差值与所述弹性介质的厚度正相关。

可选的，所述第一电极板位于所述弹性介质靠近使用者一侧；所述第二电极板位于所述弹性介质远离所述使用者一侧。

可选的，还包括：第一电极扣和第二电极扣；

所述第一电极板通过所述第一电极扣与所述外部处理电路电连接；所述第二电极板通过所述第二电极与所述外部处理电路电连接。

可选的，所述第一导电带包括第一子导电带和第二子导电带；

所述第一子导电带沿第一方向延伸且沿第二方向排列；各所述第一子导电带通过各所述第二子导电带电连接。

可选的，所述第一导电带的宽度为1cm±0.5cm；相邻所述第一导电带的间隔距离为5cm±2.5cm。

可选的，所述弹性介质包括海绵绝缘体。

可选的，所述弹性介质设置有透气孔；在所述柔性传感器的厚度方向上，所述透气孔与所述第一导电带互不交叠。

根据本发明的另一方面，提供了一种智能垫，包括至少一个上述柔性传感器。

可选的，包括多个所述柔性传感器；

各所述柔性传感器与所述外部处理电路电连接；所述外部处理电路用于根据各所述柔性传感器的电容量信息，确定所述智能垫的受压位置信息。

本发明实施例的技术方案，通过第一电极板、第二电极板和弹性介质组成可变电容，可实现压力检测，结构简单，检测成本低，工作可靠，动态性好；通过间隔设置的导电带，可以适当降低柔性传感器的灵敏度，避免误检，还提高了第一电极板的可弯折性和抗拉性，有利于广泛的推广和应用。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种柔性传感器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的又一种柔性传感器的仰视结构示意图；

图3为本发明实施例提供的又一种柔性传感器的仰视结构示意图

图4为本发明实施例提供的又一种柔性传感器的截面结构示意图；

图5为本发明实施例提供的又一种柔性传感器的俯视结构示意图；

图6为本发明实施例提供的又一种柔性传感器的俯视结构示意图；

图7为本发明实施例提供的又一种柔性传感器的俯视结构示意图；

图8为本发明实施例提供的又一种柔性传感器的俯视结构示意图；

图9为本发明实施例提供的又一种柔性传感器的俯视结构示意图；

图10为本发明实施例提供的一种智能垫的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

现有的压力传感器有各自的局限性，例如：振动传感器安装位置受限、结构设计和加工工艺复杂、成本高、检测速度慢，只能通过传感器感知心率和呼吸来判断是否有人正在使用设置有振动传感器的智能家具，往往需要几个周期的心率或呼吸数据，然后通过算法测出心率或呼吸才能判断人是否在这些家具上，反应速度慢、算法复杂，而且易受外界环境干扰，如果是双人床，双人相互干扰，准确性更差；如果选用压力开关传感器检测，它属于点检测，需要在智能家具中安装多个压力传感器，这样涉及的传感器数量多，接线复杂、成本高、传感器易压坏、制作难度大；如果选用薄膜式压阻压力传感器，成本比较高、受力过大薄膜易断裂；如果选用光纤传感器织入智能家具，须用特殊光纤，检测成本高，且受力后光纤弯折角度不能太大，检测及应用范围受限，后期维护成本也较高；如果选用气压传感器，必须使用多个气囊，检测成本高、电路复杂，而且气压传感器检测易受环境气压和环境温度影响。

为解决上述技术问题，本发明实施例提出一种柔性传感器，图1为本发明实施例提供的一种柔性传感器的结构示意图。如图1所示，柔性传感器10包括第一电极板100、第二电极板200以及弹性介质300；第一电极板100包括间隔设置的第一导电带110，第一导电带110之间相互电连接；第一电极板100和第二电极板200设置于弹性介质300的相对两侧；第二电极板200与第一导电带110形成以弹性介质300为绝缘层的可变电容。其中，弹性介质300受到压力时会发生弹性形变，以改变第一电极板100与第二电极板200之间的距离。

具体的，第一电极板100、第二电极板200和弹性介质300组成一个随压力变化的可变电容，可变电容的计算公式为：

其中，C为可变电容的电容量，单位为F(法拉)；ε₀为真空介电常数；ε为弹性介质300的相对介电常数；S为第一电极板100与第二电极板200的相对有效面积；d为第一电极板100与第二电极板200之间的距离。

当柔性传感器10受到压力作用时，弹性介质300随之受到压力作用发生一定的形变，会带动第一电极板100与第二电极板200之间的距离发生一定的变化，从而使得可变电容的电容量发生变化，柔性传感器10形成可变电容。柔性传感器10与外部处理电路(图中未示出外部处理电路)电连接，柔性传感器10将压力的变化量转换为电容量的变化，输出信号至外部处理电路，通过外部处理电路可以检测输出电容量的变化，进而确定是否受到压力以及压力的大小。其中，第一电极板100为柔性传感器10的第一输出端，第二电极板200为柔性传感器10的第二输出端。

示例性的，为防止在柔性传感器10受到压力作用时，弹性介质300两侧的第一电极板100和第二电极板200发生位移，可通过胶带式连接和/或缝纫式连接的方式将第一电极板100和第二电极板200固定于弹性介质300的相对两侧，且方便设计成各种形状隐藏在智能家具中。当使用者在使用设置有柔性传感器10的智能家具时，通过柔性传感器10可以检测该智能家具是否受到使用者的压力作用，进而判断是否有使用者在使用该智能家具。

其中，第一电极板100的第一导电带110之间相互间隔，可以避免误检，例如家里有宠物时，宠物有踩踏智能家具的可能，而宠物的四肢一般较纤细，通过间隔设置的第一导电带110可以适当降低柔性传感器10的灵敏度，进行筛查性检测，只检测使用者的压力，过滤掉宠物的压力。此外，通过间隔设置的第一导电带110，可以进一步降低成本，还可以提高第一电极板100的可弯折性，在间隔处可进行更大角度的弯曲；在柔性传感器100受到较大的压力作用时，弹性介质300的形变较大，间隔设置的第一导电带110可以降低一些拉扯力，提高柔性传感器10的抗拉性，例如柔性传感器10可应用于床垫、沙发、汽车座垫等存在拉扯的智能家具中，检测是否有使用者正在使用该智能家具。

本发明实施例，通过第一电极板、第二电极板和弹性介质组成可变电容，可实现压力检测，结构简单，检测成本低，工作可靠，动态性好；若应用于床垫、沙发、汽车座垫等智能家具中的传感器灵敏度过高，对振动或压力过于敏感，容易误检，本发明通过间隔设置的第一导电带，可以适当降低柔性传感器的灵敏度，避免误检，还提高了柔性传感器的可弯折性和抗拉性，且制作成本低廉，应用于床垫、沙发、汽车座垫等智能家具中时舒适无异物感，有利于广泛的推广和应用。

可选的，图2为本发明实施例提供的又一种柔性传感器的仰视结构示意图。如图2所示，第二电极板200包括整片式的导电布。

其中，导电布是以纤维布(一般常用聚酯纤维布)为基材，经过前置处理后施以电镀金属镀层使其具有金属特性而成为导电纤维布，导电布广泛用于从事电子、电磁等高辐射工作服，本发明实施例创造性地将防辐射导电布作为柔性传感器的电极板，可折叠可水洗，且成本低廉。

示例性的，参考图1和图2，以胶带式连接为例，第一电极板100可选用带背胶的第一导电带，例如导电布胶带，第二电极板200可选用带背胶的防辐射导电布，第一电极板100和第二电极板200分别粘贴在弹性介质300的相对两侧，制作简单，生产成本低。其中，第一导电带的导电布胶带可与第二电极板的导电布为相同材质，通过将整块导电布裁剪而成。此外，当外界存在干扰信号时，整片式的导电布可以保护第一电极板100输出信号不易被干扰，提高了柔性传感器10的可靠性和准确度。

在本发明实施例中，第二电极板200包括整片式的导电布，可以使得第二电极板200始终能正对第一电极板100的第一导电带110，防止因弹性介质300变形时第一电极板100和第二电极板200错位，而出现漏检，提高检测结果的准确性；此外，第二电极板可以隔离干扰信号，避免第一电极板100输出信号被干扰而影响测试结果，进一步提高了测试结果的准确性。

可选的，图3为本发明实施例提供的又一种柔性传感器的仰视结构示意图。参考图1和图3，第二电极板200包括与第一导电带110一一对应设置的第二导电带210。其中，第二导电带210的宽度W2大于第一导电带110的宽度W1。

示例性的，当柔性传感器10受到压力作用时，弹性介质300发生形变，第一电极板100和第二电极板200容易在受压力作用的区域发生错位，第二导电带210的宽度W2大于第一导电带110的宽度W1，可使得错位后的第一电极板100和第二电极板200仍能够一一对应，不会因错位而造成漏检；同时，第二电极板200包括间隔设置、与第一导电带110一一对应设置的第二导电带210，可以进一步降低柔性传感器的灵敏度，降低误检率；此外，还可通过减少使用材料降低成本。

可选的，继续参考图1和图3，第二导电带210的宽度W2与第一导电带110的宽度W1的差值与弹性介质300的厚度d正相关。

示例性的，当柔性传感器10受到压力作用时，弹性介质300的厚度d越大，第一电极板100和第二电极板200在受压力作用的区域的错位程度越大，若此时第二导电带210的宽度W2与第一导电带110的宽度W1的差值随着弹性介质300的厚度d增大，可使得发生较大错位的第一电极板100和第二电极板200仍能够一一对应，避免漏检，提高了测试结果的准确性。

可选的，参考图1-3，第一电极板100位于弹性介质300靠近使用者一侧，第二电极板200位弹性介质300远离使用者一侧。

示例性的，若第二电极板200位于弹性介质300靠近使用者一侧，第二电极板200包括整片式的导电布或宽度大于第一导电带110的第二导电带210，第二电极板200的面积大于第一电极板100，在柔性传感器10受到压力作用时，第二电极板200受到的拉扯力较大。若第一电极板100位于弹性介质300靠近使用者一侧，在柔性传感器10受到压力作用时，第一电极板100受到的拉扯力较小，可延长柔性传感器10的使用寿命。

可选的，图4为本发明实施例提供的又一种柔性传感器的截面结构示意图。如图4所示，柔性传感器10还包括第一电极扣121和第二电极扣122，第一电极板100通过第一电极扣121与外部处理电路电连接(图中未示出外部处理电路)，第二电极板200通过第二电极扣122与外部处理电路电连接。其中，本发明实施例对第一电极扣121和第二电极扣122的类型不做具体限制，可以是公扣也可以是母扣，为便于说明，以第一电极扣121和第二电极扣122均为公扣为例进行说明。

示例性的，柔性传感器10通过第一电极扣121和第二电极扣122与柔性传感器的外部处理电路电连接，在第一电极扣121和第二电极扣122均为公扣时，第一电极扣121和第二电极扣122可通过母扣与传感器电路电连接，通过第一电极扣121和第二电极扣122方便更换柔性传感器10，也方便更换外部处理电路，使得柔性传感器10可以应用于更多的使用场景。可以理解的是，第一电极扣121可以在柔性传感器10的任意位置，第二电极扣122可以在柔性传感器10的任意位置，柔性传感器10可以包括多个第一电极扣121和多个第二电极扣122，第一电极扣、第二电极扣为可变电容的两个输出端，方便柔性传感器与外部电路相连接。一般情况下，为提高使用者的舒适度和电路的简洁度，第一电极扣121可固定于第一电极板100且靠近柔性传感器10边缘的位置，第二电极扣122可固定于第二电极板200且靠近柔性传感器10的边缘的位置。

可选的，图5为本发明实施例提供的又一种柔性传感器的俯视结构示意图。如图5所示，第一导电带110包括第一子导电带111和第二子导电带112，第一子导电带111沿第一方向X延伸且沿第二方向Y排列，各第一子导电带111通过各第二子导电带112连接。

示例性的，参考图5，第二子导电带112沿第二方向Y延伸，相邻的第一子导电带111通过第二子导电带112首位连接，使得第一导电带110呈蛇形分布，第一电极扣121可固定在第一导电带110靠近中间的位置，使得第一电极板100中的电流分布均匀，且第一电极扣121位于柔性传感器10的边缘位置，提高了使用者的舒适度。图6为本发明实施例提供的又一种柔性传感器的俯视结构示意图，参考图6，第二子导电带112沿第二方向Y延伸，第一子导电带111和第二子导电带112依次交替相连，使得第一导电带110呈回形由外至内依次布满弹性介质300的一侧。第一子导电带111和第二子导电带112的连接方式还可以如图7和图8所示排布，可以理解的是，本发明实施例对第二子导电带112不做具体限定，对第一字导电带111和第二子导电带112的连接排布也不做具体限定。

可选的，柔性传感器10包括多个第一电极板100，以图7中的柔性传感器10包括两个第一电极板100为例，柔性传感器10还包括两个第一电极扣121，分别固定在两个第一电极板100上。

示例性的，柔性传感器10还包括两个第二电极板(图中未示出)，柔性传感器10可形成两个可变电容，根据两个电容的电容量信息，可在柔性传感器10受到压力作用时，确定受压位置信息，实现定位功能。

可选的，第一导电带的宽度为1cm±0.5cm，相邻第一导电带的间隔距离为5cm±2.5cm。

示例性的，参考图5，第一子导电带111和第二子导电带112的宽度为1cm±0.5cm，其中，相邻的第一子导电带121的间隔隔离为5cm±2.5cm。通过合理设计第一导电带的宽度和相邻第一导电带的间隔距离，可以调整柔性传感器的灵敏度，例如可通过减小第一导电带的宽度和/或增大相邻第一导电带的间隔距离可减小第一电极板和第二电极板的正对面积，适当降低柔性传感器的灵敏度，防止误检；还可以通过增大第一导电带的宽度和/或减小相邻第一导电带的间隔距离可增大第一电极板和第二电极板的正对面积，适当提高柔性传感器的灵敏度。

可选的，弹性介质包括海绵绝缘体。海绵绝缘体具有非常好的弹性和支撑性，非常适用于智能家具中，可增加智能家具的舒适度，还可以在柔性传感器10受到压力作用时，分散压力，提高柔性传感器10的使用寿命。此外，海绵绝缘体具有很好的回弹性，当柔性传感器10所受压力消失时，第一电极板100和第二电极板之间的距离可借助于海绵绝缘体的回弹性恢复到柔性传感器10未受力时的距离状态，可变电容的电容量也会恢复至性传感器10未受力时的状态。而且海绵绝缘体成本低，进一步降低了传感器的成本。

可选的，图9为本发明实施例提供的又一种柔性传感器的俯视结构示意图。如图9所示，弹性介质300设置有透气孔310，在柔性传感器10的厚度方向上，透气孔310与第一导电带110互不交叠。透气孔310方便透气，提高使用者的舒适度。

本发明实施例还提供的一种智能垫的结构示意图，图10为本发明实施例提供的一种智能垫的结构示意图，如图10所示，智能垫20包括本发明实施例提供的柔性传感器10。智能垫例如可以为床垫、座垫等，可应用于智能床、汽车座椅等场景。比如，应用于智能床可对用户的在床和离床时间进行监测；用于汽车座垫可实现自动识别座位人数。

可选的，继续参考图10，智能垫20可包括多个柔性传感器10，柔性传感器10与外部处理电路电连接。其中，外部处理电路用于根据各柔性传感器10的电容量信息，确定智能垫的受压位置信息。

示例性的，智能床垫20例如可以应用于智能沙发，智能沙发的长宽差距较大，可在一个智能床垫20中设置多个柔性传感器10，通过各柔性传感器10的电容量信息，确定智能沙发的哪些位置有人，然后在室温较低时自动进行加热。

本发明实施例所提供的智能垫可包括本发明任一实施例所提供的柔性传感器，具备相应的结构和有益效果。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的结构，重新组合、增加或删除结构。例如，本发明中记载的各结构可以同时存在也可以部分同时存在，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (12)

1.一种柔性传感器，所述柔性传感器与外部处理电路电连接，其特征在于，包括：第一电极板、第二电极板以及弹性介质；

所述第一电极板包括间隔设置的第一导电带；所述第一导电带之间相互电连接；

所述第一电极板和所述第二电极板设置于所述弹性介质的相对两侧；所述第二电极板与所述第一导电带形成以弹性介质为绝缘层的可变电容；

其中，所述弹性介质受到压力时会发生弹性形变，以改变所述第一电极板与所述第二电极板之间的距离。

2.根据权利要求1所述的柔性传感器，其特征在于，所述第二电极板包括整片式的导电布。

3.根据权利要求1所述的柔性传感器，其特征在于，所述第二电极板包括与所述第一导电带一一对应设置的第二导电带；其中，所述第二导电带的宽度大于所述第一导电带的宽度。

4.根据权利要求3所述的柔性传感器，其特征在于，所述第二导电带的宽度和所述第一导电带的宽度的差值与所述弹性介质的厚度正相关。

5.根据权利要求1所述的柔性传感器，其特征在于，所述第一电极板位于所述弹性介质靠近使用者一侧；所述第二电极板位于所述弹性介质远离所述使用者一侧。

6.根据权利要求1所述的柔性传感器，其特征在于，还包括：第一电极扣和第二电极扣；

所述第一电极板通过所述第一电极扣与所述外部处理电路电连接；所述第二电极板通过所述第二电极扣与所述外部处理电路电连接。

7.根据权利要求1所述的柔性传感器，其特征在于，所述第一导电带包括第一子导电带和第二子导电带；

所述第一子导电带沿第一方向延伸且沿第二方向排列；各所述第一子导电带通过各所述第二子导电带电连接。

8.根据权利要求1所述的柔性传感器，其特征在于，所述第一导电带的宽度为1cm±0.5cm；相邻所述第一导电带的间隔距离为5cm±2.5cm。

9.根据权利要求1所述的柔性传感器，其特征在于，所述弹性介质包括海绵绝缘体。

10.根据权利要求1所述的柔性传感器，其特征在于，所述弹性介质设置有透气孔；在所述柔性传感器的厚度方向上，所述透气孔与所述第一导电带互不交叠。

11.一种智能垫，其特征在于，包括：至少一个权利要求1-10任一所述的柔性传感器。

12.根据权利要求11所述的智能垫，其特征在于，包括多个所述柔性传感器；

各所述柔性传感器与所述外部处理电路电连接；所述外部处理电路用于根据各所述柔性传感器的电容量信息，确定所述智能垫的受压位置信息。

Images