[go: up one dir, main page]

CN214951903U - 一种具有两个电极的多区域压敏垫 - Google Patents

一种具有两个电极的多区域压敏垫 Download PDF

Info

Publication number
CN214951903U
CN214951903U CN202120942102.0U CN202120942102U CN214951903U CN 214951903 U CN214951903 U CN 214951903U CN 202120942102 U CN202120942102 U CN 202120942102U CN 214951903 U CN214951903 U CN 214951903U
Authority
CN
China
Prior art keywords
pressure sensitive
electrode
analog
conversion module
digital conversion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202120942102.0U
Other languages
English (en)
Inventor
李德彰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Yifeng Electronics Co ltd
Original Assignee
Shenzhen Yifeng Electronics Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Yifeng Electronics Co ltd filed Critical Shenzhen Yifeng Electronics Co ltd
Application granted granted Critical
Publication of CN214951903U publication Critical patent/CN214951903U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Measuring devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor or mobility of a limb
    • A61B5/1113—Local tracking of patients, e.g. in a hospital or private home
    • A61B5/1115—Monitoring leaving of a patient support, e.g. a bed or a wheelchair
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6887—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient mounted on external non-worn devices, e.g. non-medical devices
    • A61B5/6892—Mats
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7225—Details of analogue processing, e.g. isolation amplifier, gain or sensitivity adjustment, filtering, baseline or drift compensation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G7/00—Beds specially adapted for nursing; Devices for lifting patients or disabled persons
    • A61G7/05—Parts, details or accessories of beds
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/205—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using distributed sensing elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/225—Measuring circuits therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L25/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2560/00—Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
    • A61B2560/02—Operational features
    • A61B2560/0223—Operational features of calibration, e.g. protocols for calibrating sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0247—Pressure sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/04—Arrangements of multiple sensors of the same type
    • A61B2562/046—Arrangements of multiple sensors of the same type in a matrix array
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/22—Arrangements of medical sensors with cables or leads; Connectors or couplings specifically adapted for medical sensors
    • A61B2562/225—Connectors or couplings
    • A61B2562/227—Sensors with electrical connectors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235—Details of waveform analysis
    • A61B5/725—Details of waveform analysis using specific filters therefor, e.g. Kalman or adaptive filters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G2203/00—General characteristics of devices
    • A61G2203/30—General characteristics of devices characterised by sensor means
    • A61G2203/34—General characteristics of devices characterised by sensor means for pressure
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H40/00—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices
    • G16H40/60—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices
    • G16H40/67—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices for remote operation

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Nursing (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)

Abstract

一种具有两个电极的多区域压敏垫，包括第一、第二电极，第一电极连接主机的输入端口，第二电极连接主机的数字接地返回端口；主机包括至少一个微控制器，微控制器连接有第一、第二模数转换模块，由第一电极输出到主机的输入端口的电信号分为原始直流信号和交流信号，直流信号经所述输入端口馈入第一模数转换模块，交流信号经输入端口再通过电容器旁路，通过低通滤波器(LPF)滤波，以及通过放大电路放大并馈入第二模数转换模块。本实用新型仅通过两个电极连接到主机，该中央处理单元根据一个或多个压力传感器区域上的压力的存在或不存在，以及通过对相对可变电阻电路的电压电平的测量来调整各种异常情况的警报，从而大大延长了多区域压敏垫的使用寿命。

Description

一种具有两个电极的多区域压敏垫
技术领域
本实用新型涉及压力传感器领域，具体涉及一种具有两个电极的多区域压敏垫，用于检测人体在床上的存在、不存在及运动情况。
背景技术
目前，可通过应用程序对被监视用户或患者是否在床上，或者用户或患者是否已起床并离开床，进行监控以实时掌控被监视者的动态。最突出的是照顾老人、照顾儿童和照顾有特殊护理需求或情况的病人。例如，在就寝时间中，老年人迫切需要卧床休息；住院病人卧床时间较长，他们也有相同的下床需求。这些人在就寝期间下床活动，跌倒事故增加，休息时间异常延长而没有移动或不活动，此时，被监护者可能存在危险。因此，有必要提醒护理人员注意任何异常活动和任何异常活动的警报，使护理人员能够对这些安全问题做出快速反应。
用于检测被监视者何时下床的设备有多种，这些设备使用压力开关或压敏传感器垫来测量床上的压力或负载，当测得的压力降到预定义阈值以下时，会触发警报，其有效的逻辑信号在很大程度上取决于传感器电路的有效电阻。此外，随着使用时间的推移，氧化和老化效应会增加传感器电路的电阻，当总电阻达到一个逻辑电平不确定的阈值时，压敏传感器垫的寿命就结束了。而且，目前的多区压敏传感器垫一般由两个以上的电极组成，这种传感器垫的电极数与传感器的分区数成正比，使得这些设备的功耗和总成本随着电极数量的增加而增加。
在提供更准确和可靠的患者是否躺在床上的指示方面，监控领域的从业人员的实质性变化和巨大的努力仍然存在，因此，对改进的压敏传感器垫具有更高的需求。
实用新型内容
基于此，本实用新型提供了一种具有两个电极的多区域压敏垫，其仅通过两个电极连接到主机，该中央处理单元根据一个或多个压力传感器区域上的压力的存在或不存在，以及通过对相对可变电阻电路的电压电平的测量，来调整各种异常情况的警报，从而大大延长了多区域压敏垫的使用寿命。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种具有两个电极的多区域压敏垫，包括第一电极和第二电极，其中：
所述第一电极连接主机的输入端口，所述第二电极连接主机的数字接地返回端口；
所述主机包括至少一个微控制器，所述微控制器连接有第一模数转换模块和第二模数转换模块，由所述第一电极输出到主机的输入端口的电信号分为原始直流信号和交流信号，所述直流信号经所述输入端口馈入所述第一模数转换模块，所述交流信号经输入端口再通过电容器旁路，通过低通滤波器(LPF)滤波，以及通过放大电路放大并馈入第二模数转换模块；
微控制器还存储有开路条件下预设的阈值电压电平和预设的时间间隔；
微控制器通过测量来自所述第一模数转换模块的输出端口的电压值来检测多区域压敏垫上有人体的存在，则该电压值低于开路条件的预设阈值电压电平并且持续预设的时间间隔；
微控制器通过测量来自所述第一模数转换模块的输出端口的电压值来检测多区域压敏垫上没有人体的存在，则该电压值会返回到开路条件的预设阈值电压电平，并持续预设的时间间隔。
作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述微控制器通过测量来自所述第一模数转换模块的输出端口的低于开路条件的预设阈值电压电平的电压值来检测人体在多区域压敏垫上的移动，同时，测量来自所述第二模数转换模块的输出端口的交流信号的幅度。
作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述交流信号的幅度与人体在多区域压敏垫上运动的幅度成正比。
作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述微控制器中内置有校准例程，所述微控制器检测来自所述第一模数转换模块的输出端口的电压值，如果所述电压值在开路条件的预设阈值电压电平之内，则需要进行校准。
作为本实用新型的进一步优选技术方案，通过运行所述校准例程，利用源自多区域压敏垫的整个电路的电阻的新测量来刷新存储在所述微控制器中的阈值电压电平。
作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述多区域压敏垫还包括电连接所述第一电极和所述第二电极的多区域的无源压力传感器，所述无源压力传感器为层叠结构，该层叠结构包括顶层、中间层和底层，顶层具有顶部传感器矩阵，中间层为中间柔性绝缘垫片，底层具有底部传感器矩阵，其中，所述顶部传感器矩阵为可变电阻传感器行矩阵，所述底部传感器矩阵为可变电阻传感器列矩阵。
作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述顶部传感器矩阵和所述底部传感器矩阵均设置在相应层的电路基板上，该电路基板由柔性热塑性薄膜构成，并且所述顶部传感器矩阵和所述底部传感器矩阵的矩阵电路由电迹线、嵌入式电阻器和可变电阻传感器节点组成。
作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述柔性热塑性薄膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯片(PET)。
作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述矩阵电路是通过在所述电路基板上使用均匀的聚合物厚膜(PTF)碳油墨按预设的聚合物厚膜碳迹线图案印刷形成。
作为本实用新型的进一步优选技术方案，印刷的所述聚合物厚膜碳迹线的特定段的电阻值由其迹线图案的有效长度和总宽度来确定，并且通过在电路基板上印刷连续的聚合物厚膜碳迹线或多条聚合物厚膜碳迹线的组合来制造具有特定电阻值的嵌入式电阻器。
作为本实用新型的进一步优选技术方案，印刷的所述聚合物厚膜碳迹线的特定段的电阻遵循以下公式：
Rt＝Rs(L/W)2
其中：
Rt是特定段的电阻，单位为[Ω]；
Rs是薄层电阻率，单位[Ω/mm2]；
L是长度，单位为[mm]；
W是宽度，单位为[mm]。
作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述聚合物厚膜碳迹线的印刷图案的两端作为所述嵌入式电阻器的端子，所述嵌入式电阻器通过其端子连接于由印刷的聚合物厚膜碳迹线所形成电路中。
作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述可变电阻传感器节点由一一对应的位于顶层上的顶部接触垫和位于底层上的底部接触垫组成，所述顶部接触垫和所述底部接触垫采用相同、均匀的聚合物厚膜碳油墨刷而制成；中间柔性绝缘垫片上设有与每个所述可变电阻传感器节点相对应的开口，当于开口区域施加重量或压力时到顶层上时，相应开口允许顶部接触垫进入并与底部接触垫电接触以实现开关功能。
作为本实用新型的进一步优选技术方案，每个所述可变电阻传感器节点的电阻有效值与顶部接触垫和底部接触垫之间的物理接触面积成反比。
作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述主机中，在所述第一模数转换模块和数字地之间的电路处于开路的条件下，在主机的硬件电路中定义开路电压电平，所述硬件电路具有上拉电阻器，所述第一模数转换模块的输入端与所述上拉电阻器连接。
作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述微控制器通过监视来自所述第一模数转换模块的输入端所测量的电压电平的一致性来滤除噪声信号，并忽略开路状态下的预设阈值电压电平波动的信号。
作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述微控制器通过测量来自第二模数转换模块输出的交流信号的幅度来检测人在多区域压敏垫上的移动，并且交流信号分量来自每个可变电阻传感器节点的电阻的变化。
作为本实用新型的进一步优选技术方案，当所述传感器节点中的任何一个或多个电接触时，所述无源压力传感器的电路等效于可变电阻器。
作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述可变电阻器与所述上拉电阻器组成等效分压电路，等效分压电路跨接于第一电极与第二电极之间，当无源压力传感器连接到微控制器时，第一电极和第二电极之间的电压由下式导出：
V(sensor)＝Vcc(R(sensormat)/(R(pull-up)+R(sensormat)))
其中：
V(sensor)为多区域压敏垫的第一电极以第二电极为公共端输入到第一模数转换模块的电压；
Vcc为主机提供的电源，上拉电阻器的一端与此电源相连；
R(pull-up)为上拉电阻器的电阻；
R(sensormat)为多区域压敏垫的第一电极与第二电极之间的电阻。
本实用新型的具有两个电极的多区域压敏垫，通过上述技术方案，可以达到如下有益效果：
1)普通的多区域压敏传感器垫的电极数量大于两个，这种类型的传感器垫的电极数量与传感器节点的数量成正比，这些传感器垫的功耗和总成本随着电极数量的增加而增加。本实用新型仅使用两个电极(第一电极和第二电机)来连接到主机的微控制器的两个高阻抗输入端口，有了这两个电极，它可以在一个多区域压敏传感器垫中设置方多达36个单独的传感器区域(传感器节点)，使得硬件结构简单，组装方面大大减少了成本，而且功耗低；
2)多区域压敏传感器垫通过测量每个传感器节点的逻辑电平来检测患者的运动，此方法要求将权重从传感器节点上完全删除，以便可以声明有效地逻辑级别。本实用新型实现了次级交流信号路径，其可以从基本模拟信号中提取交流分量，并且将交流信号放大到主机的微控制器，使得其够检测到轻微运动的水平；
3)每个可变电阻传感器节点上的移动会改变该传感器节点的有效电阻，因此会生成小的交流信号，该信号会在基本模拟信号上进行调制，从而可检测患者的轻微活动，它有助于系统跟踪患者的健康状况，例如睡眠质量。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1为本实用新型具有两个电极的多区域压敏垫与主机通讯连接提供的一实例的结构示意图；
图2本实用新型具有两个电极的多区域压敏垫的电路图；
图3为组成顶部传感器矩阵的可变电阻传感器行矩阵的局部电路图；
图4为组成底部传感器矩阵的可变电阻传感器列矩阵的局部电路图。
图中：Electrode A、第一电极，Electrode B、第二电机，MCU、微控制器，ADC_A、第一模数转换模块，ADC_B、第二模数转换模块，1、嵌入式电阻器，2、可变电阻传感器节点。
本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
如图1至图4所示，本实用新型公开了一种具有两个电极的多区域压敏垫，包括第一电极、第二电极，以及电连接第一电极和第二电极的无源压力传感器，所述第一电极连接主机的输入端口，所述第二电极连接主机的数字接地返回端口，该中央处理单元根据一个或多个位于压力传感器区域的无源压力传感器上是否存在压力来发出各种异常情况的警报。
所述无源压力传感器为层叠结构，该层叠结构包括顶层、中间层和底层三个功能层，顶层具有顶部传感器矩阵，中间层为中间柔性绝缘垫片，底层具有底部传感器矩阵，其中，所述顶部传感器矩阵为可变电阻传感器行矩阵，所述底部传感器矩阵为可变电阻传感器列矩阵。实际应用中，三个功能层的无源压力传感器封装在柔软、灵活且防水的小袋中。
所述顶部传感器矩阵和所述底部传感器矩阵均设置在相应层的电路基板上，该电路基板由柔性热塑性薄膜构成。在一实施例中，所述柔性热塑性薄膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯片(PET)，但不限于此。
所述顶部传感器矩阵和所述底部传感器矩阵的矩阵电路由电迹线、嵌入式电阻器和可变电阻传感器节点组成。所述矩阵电路是通过在所述电路基板上使用均匀的聚合物厚膜(PTF)碳油墨按预设的聚合物厚膜碳迹线图案印刷形成，即电迹线、嵌入式电阻器和可变电阻传感器节点为印刷在电路基板上具有导电功能的聚合物厚膜碳迹线图案。
印刷的所述聚合物厚膜碳迹线的特定段的电阻值由其迹线图案的有效长度和总宽度来确定，并且通过在电路基板上印刷连续的聚合物厚膜碳迹线或多条聚合物厚膜碳迹线的组合来制造具有特定电阻值的嵌入式电阻器。
无源压力传感器具有多个传感器节点，每个传感器节点对应一个压力检测区域，每个传感器节点的电阻值在100欧姆到30K欧姆的范围内，整个无源压力传感器电路的电阻值在1.5K欧到500K欧之间。印刷的所述聚合物厚膜碳迹线的特定段的电阻遵循以下公式：
Rt＝Rs(L/W)2
其中：
Rt是特定段的电阻，单位为[Ω]；
Rs是薄层电阻率，单位[Ω/mm2]；
L是长度，单位为[mm]；
W是宽度，单位为[mm]。
所述聚合物厚膜碳迹线的印刷图案的两端作为所述嵌入式电阻器的端子，所述嵌入式电阻器通过其端子连接于由印刷的聚合物厚膜碳迹线所形成电路中。
所述可变电阻传感器节点由一一对应的位于顶层上的顶部接触垫和位于底层上的底部接触垫组成，所述顶部接触垫和所述底部接触垫采用相同、均匀的聚合物厚膜碳油墨刷而制成；中间柔性绝缘垫片上设有与每个所述可变电阻传感器节点相对应的开口，当于开口区域施加重量或压力时到顶层上时，相应开口允许顶部接触垫进入并与底部接触垫电接触以实现开关功能。
每个所述可变电阻传感器节点的电阻有效值与顶部接触垫和底部接触垫之间的物理接触面积成反比。多区域压敏垫上的物理接触区域与传感器节点被人体部分覆盖的部分成正比，因此，每个传感器节点的电阻有效值与被人体部位覆盖的部分成反比。
主机包括至少一个微控制器(以下简称MCU)，该MCU可以通过本地或公共WiFi网络连接到Internet服务通过本地或公共WiFi网络，以及可以通过本地蓝牙网络连接本地护理人员的附加无线控制器。
图1表示具有两个电极的多区域压敏垫的等效电路，所述第一电极连接主机的输入端口，所述第二电极连接主机的数字接地返回端口。
在中央处理单元中，所述微控制器连接有第一模数转换模块和第二模数转换模块，由所述第一电极输出到主机的输入端口的电信号分为原始直流信号和交流信号，所述直流信号经所述输入端口馈入所述第一模数转换模块，所述交流信号经输入端口再通过电容器旁路，通过低通滤波器(LPF)滤波，以及通过放大电路放大并馈入第二模数转换模块；微控制器还存储有开路条件下预设的阈值电压电平和预设的时间间隔；
所述主机中，在所述第一模数转换模块和数字地之间的电路处于开路的条件下，在主机的硬件电路中定义开路电压电平，所述硬件电路具有上拉电阻器，所述第一模数转换模块的输入端与所述上拉电阻器连接。
微控制器通过测量第一模数转换模块输出的电压电平来检测人的存在，任何低于开路条件的预设的阈值电压电平，且持续预设的时间间隔，代表多区域压敏垫上有人体的存在。
在所述第一模数转换模块和数字地之间的电路处于开路的条件下，在主机的硬件电路中定义开路电压电平，所述硬件电路具有上拉电阻器，所述第一模数转换模块的输入端通过所述上拉电阻器连接到硬件电路提供的电源。开路电压通常设置为电源电压的95％。在制造过程中的校准例行程序期间，该开路电压的值被记录在微控制器的非易失性存储器位置中。此外，开路条件的阈值被定义为开路电压值的90％，该校准阈值被登记在微控制器的非易失性存储器中的特定位置。微控制器通过检测第一模数转换模块输出的电压电平恢复到预设开路电压电平或高于预设开路电压电平，并且电压电平保持预设的时间间隔来判断是否有人，确定是否有人的预设时间间隔是以毫秒为单位的预定义值。微控制器通过监测输入第一模数转换模块的电压电平的一致性来滤除噪声信号，且开路条件的预设阈值波动的信号将被忽略。
微控制器通过测量来自第二模数转换模块输出的交流信号的幅度来检测人在床上的运动，交流信号分量来自每个传感器节点的电阻变化。
当任何一个或多个传感器节点电接触时，如上所述的无源压力传感器的电路等效于单个可变电阻器。图2描绘了一个等效分压器电路，该等效分压器电路由所述可变电阻器与所述上拉电阻器组成，等效分压电路跨接于第一电极与第二电极之间，当无源压力传感器连接到微控制器时，第一电极和第二电极之间的电压由下式导出：
V(sensor)＝Vcc(R(sensormat)/(R(pull-up)+R(sensormat)))
其中：
V(sensor)为多区域压敏垫的第一电极以第二电极为公共端输入到第一模数转换模块的电压；
Vcc为主机提供的电源，上拉电阻器的一端与此电源相连；
R(pull-up)为上拉电阻器的电阻；
R(sensor mat)为多区域压敏垫的第一电极与第二电极之间的电阻。
在本实用新型中，Vcc的值和R(pull-up)的值都是固定值，因此，V(sensor)随着R(sensor mat)的有效电阻的变化而变化。在上面的公式中，由于人体在床上(多区域压敏垫)的移动，R(sensor mat)随着多区域压敏垫的有效电阻的变化而变化。
当人体在床上(多区域压敏垫)上，较大的移动会更大程度地更改每个传感器节点的覆盖区域，并且较大的移动可能会触发传感器节点的电接触状态。因此，多区域压敏垫的总电阻的变化幅度与运动幅度成正比。因此，根据上述公式，交流信号的振幅与运动的振幅成正比。
主机根据第一模数转换模块和第二模数转换模块的两者输出信息进行组合判断，以向护理人员发送相应事件消息：
Figure BDA0003047855550000091
上面的列表中，微控制器通过测量来自所述第一模数转换模块的输出端口的电压值来检测多区域压敏垫上有人体的存在，则该电压值低于开路条件的预设阈值电压电平并且持续预设的时间间隔；微控制器通过测量来自所述第一模数转换模块的输出端口的电压值来检测多区域压敏垫上没有人体的存在，则该电压值会返回到开路条件的预设阈值电压电平，并持续预设的时间间隔。微控制器通过测量来自所述第一模数转换模块的输出端口的低于开路条件的预设阈值电压电平的电压值来检测人体在多区域压敏垫上的移动，同时，测量来自所述第二模数转换模块的输出端口的交流信号的幅度。所述交流信号的幅度与人体在多区域压敏垫上运动的幅度成正比。
所述微控制器中内置有校准例程，所述微控制器检测来自所述第一模数转换模块的输出端口的电压值，如果所述电压值在开路条件的预设阈值电压电平之内，则需要进行校准。通过运行所述校准例程，利用源自多区域压敏垫的整个电路的电阻的新测量来刷新存储在所述微控制器中的阈值电压电平。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本实用新型的原理和实质，本实用新型的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (19)

1.一种具有两个电极的多区域压敏垫，其特征在于，包括第一电极和第二电极，其中：
所述第一电极连接主机的输入端口，所述第二电极连接主机的数字接地返回端口；
所述主机包括至少一个微控制器，所述微控制器连接有第一模数转换模块和第二模数转换模块，由所述第一电极输出到主机的输入端口的电信号分为原始直流信号和交流信号，所述直流信号经所述输入端口馈入所述第一模数转换模块，所述交流信号经输入端口再通过电容器旁路，通过低通滤波器(LPF)滤波，以及通过放大电路放大并馈入第二模数转换模块；
微控制器还存储有开路条件下预设的阈值电压电平和预设的时间间隔；
微控制器通过测量来自所述第一模数转换模块的输出端口的电压值来检测多区域压敏垫上有人体的存在，则该电压值低于开路条件的预设阈值电压电平并且持续预设的时间间隔；
微控制器通过测量来自所述第一模数转换模块的输出端口的电压值来检测多区域压敏垫上没有人体的存在，则该电压值会返回到开路条件的预设阈值电压电平，并持续预设的时间间隔。
2.根据权利要求1所述的具有两个电极的多区域压敏垫，其特征在于，所述微控制器通过测量来自所述第一模数转换模块的输出端口的低于开路条件的预设阈值电压电平的电压值来检测人体在多区域压敏垫上的移动，同时，测量来自所述第二模数转换模块的输出端口的交流信号的幅度。
3.根据权利要求2所述的具有两个电极的多区域压敏垫，其特征在于，所述交流信号的幅度与人体在多区域压敏垫上运动的幅度成正比。
4.根据权利要求1所述的具有两个电极的多区域压敏垫，其特征在于，所述微控制器中内置有校准例程，所述微控制器检测来自所述第一模数转换模块的输出端口的电压值，如果所述电压值在开路条件的预设阈值电压电平之内，则需要进行校准。
5.根据权利要求4所述的具有两个电极的多区域压敏垫，其特征在于，通过运行所述校准例程，利用源自多区域压敏垫的整个电路的电阻的新测量来刷新存储在所述微控制器中的阈值电压电平。
6.根据权利要求1所述的具有两个电极的多区域压敏垫，其特征在于，所述多区域压敏垫还包括电连接所述第一电极和所述第二电极的多区域的无源压力传感器，所述无源压力传感器为层叠结构，该层叠结构包括顶层、中间层和底层，顶层具有顶部传感器矩阵，中间层为中间柔性绝缘垫片，底层具有底部传感器矩阵，其中，所述顶部传感器矩阵为可变电阻传感器行矩阵，所述底部传感器矩阵为可变电阻传感器列矩阵。
7.根据权利要求6所述的具有两个电极的多区域压敏垫，其特征在于，所述顶部传感器矩阵和所述底部传感器矩阵均设置在相应层的电路基板上，该电路基板由柔性热塑性薄膜构成，并且所述顶部传感器矩阵和所述底部传感器矩阵的矩阵电路由电迹线、嵌入式电阻器和可变电阻传感器节点组成。
8.根据权利要求7所述的具有两个电极的多区域压敏垫，其特征在于，所述柔性热塑性薄膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯片(PET)。
9.根据权利要求7所述的具有两个电极的多区域压敏垫，其特征在于，所述矩阵电路是通过在所述电路基板上使用均匀的聚合物厚膜(PTF)碳油墨按预设的聚合物厚膜碳迹线图案印刷形成。
10.根据权利要求9所述的具有两个电极的多区域压敏垫，其特征在于，印刷的所述聚合物厚膜碳迹线的特定段的电阻值由其迹线图案的有效长度和总宽度来确定，并且通过在电路基板上印刷连续的聚合物厚膜碳迹线或多条聚合物厚膜碳迹线的组合来制造具有特定电阻值的嵌入式电阻器。
11.根据权利要求10所述的具有两个电极的多区域压敏垫，其特征在于，印刷的所述聚合物厚膜碳迹线的特定段的电阻遵循以下公式：
Rt＝Rs(L/W)2
其中：
Rt是特定段的电阻，单位为
[Ω]；
Rs是薄层电阻率，单位
[Ω/mm2]；
L是长度，单位为[mm]；
W是宽度，单位为[mm]。
12.根据权利要求11所述的具有两个电极的多区域压敏垫，其特征在于，所述聚合物厚膜碳迹线的印刷图案的两端作为所述嵌入式电阻器的端子，所述嵌入式电阻器通过其端子连接于由印刷的聚合物厚膜碳迹线所形成电路中。
13.根据权利要求7所述的具有两个电极的多区域压敏垫，其特征在于，所述可变电阻传感器节点由一一对应的位于顶层上的顶部接触垫和位于底层上的底部接触垫组成，所述顶部接触垫和所述底部接触垫采用相同、均匀的聚合物厚膜碳油墨刷而制成；中间柔性绝缘垫片上设有与每个所述可变电阻传感器节点相对应的开口，当于开口区域施加重量或压力时到顶层上时，相应开口允许顶部接触垫进入并与底部接触垫电接触以实现开关功能。
14.根据权利要求13所述的具有两个电极的多区域压敏垫，其特征在于，每个所述可变电阻传感器节点的电阻有效值与顶部接触垫和底部接触垫之间的物理接触面积成反比。
15.根据权利要求14所述的具有两个电极的多区域压敏垫，其特征在于，所述主机中，在所述第一模数转换模块和数字地之间的电路处于开路的条件下，在主机的硬件电路中定义开路电压电平，所述硬件电路具有上拉电阻器，所述第一模数转换模块的输入端与所述上拉电阻器连接。
16.根据权利要求15所述的具有两个电极的多区域压敏垫，其特征在于，所述微控制器通过监视来自所述第一模数转换模块的输入端所测量的电压电平的一致性来滤除噪声信号，并忽略开路状态下的预设阈值电压电平波动的信号。
17.根据权利要求16所述的具有两个电极的多区域压敏垫，其特征在于，所述微控制器通过测量来自第二模数转换模块输出的交流信号的幅度来检测人在多区域压敏垫上的移动，并且交流信号分量来自每个可变电阻传感器节点的电阻的变化。
18.根据权利要求17所述的具有两个电极的多区域压敏垫，其特征在于，当所述传感器节点中的任何一个或多个电接触时，所述无源压力传感器的电路等效于可变电阻器。
19.根据权利要求18所述的具有两个电极的多区域压敏垫，其特征在于，所述可变电阻器与所述上拉电阻器组成等效分压电路，等效分压电路跨接于第一电极与第二电极之间，当无源压力传感器连接到微控制器时，第一电极和第二电极之间的电压由下式导出：
V(sensor)＝Vcc(R(sensormat)/(R(pull-up)+R(sensormat)))
其中：
V(sensor)为多区域压敏垫的第一电极以第二电极为公共端输入到第一模数转换模块的电压；
Vcc为主机提供的电源，上拉电阻器的一端与此电源相连；
R(pull-up)为上拉电阻器的电阻；
R(sensor mat)为多区域压敏垫的第一电极与第二电极之间的电阻。
CN202120942102.0U 2021-01-07 2021-04-30 一种具有两个电极的多区域压敏垫 Active CN214951903U (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/143511 2021-01-07
US17/143,511 US11793463B2 (en) 2021-01-07 2021-01-07 Multi-zone pressure sensitive mat with two electrodes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN214951903U true CN214951903U (zh) 2021-11-30

Family

ID=77469203

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202120942102.0U Active CN214951903U (zh) 2021-01-07 2021-04-30 一种具有两个电极的多区域压敏垫
CN202110479653.2A Pending CN113340482A (zh) 2021-01-07 2021-04-30 一种具有两个电极的多区域压敏垫

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110479653.2A Pending CN113340482A (zh) 2021-01-07 2021-04-30 一种具有两个电极的多区域压敏垫

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11793463B2 (zh)
CN (2) CN214951903U (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113340482A (zh) * 2021-01-07 2021-09-03 深圳益丰电子有限责任公司 一种具有两个电极的多区域压敏垫

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7264136B2 (ja) * 2020-08-28 2023-04-25 横河電機株式会社 力検出装置、力検出システム及び力検出装置の製造方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4382227A (en) * 1980-06-05 1983-05-03 Motorola Inc. Multipurpose test equipment input circuitry
JP2005103252A (ja) * 2003-09-29 2005-04-21 Kwang-Ho Lee 疲労回復用のクッション装置
US20140267152A1 (en) * 2013-03-12 2014-09-18 Mircrochip Technology Incorporated Force Sensing X-Y Touch Sensor
US9316549B2 (en) * 2013-11-27 2016-04-19 Chuan-Shih Wu Method of making intelligent sensing device with warning function
CN203720990U (zh) * 2013-11-28 2014-07-16 张俭 一种传感器垫
CN107851359B (zh) * 2015-05-15 2020-02-18 J·布拉施有限公司 一种通过模拟多区域压敏垫对人进行监测的系统和方法
US10368772B2 (en) * 2016-01-05 2019-08-06 Tosense, Inc. Handheld physiological sensor
GB2547495B (en) * 2016-02-17 2021-09-22 The Helping Hand Company Ledbury Ltd Pressure monitoring cushion
US11093088B2 (en) * 2017-08-08 2021-08-17 Cambridge Touch Technologies Ltd. Device for processing signals from a pressure-sensing touch panel
US20190117124A1 (en) * 2017-10-19 2019-04-25 MedicusTek, Inc. Sensor pad for monitoring user posture
CN108814615B (zh) * 2018-04-12 2021-07-13 东软熙康健康科技有限公司 一种在床监测设备及方法
US11793463B2 (en) * 2021-01-07 2023-10-24 VJ Electronics Limited Multi-zone pressure sensitive mat with two electrodes
US11789561B2 (en) * 2021-09-24 2023-10-17 Apple Inc. Architecture for differential drive and sense touch technology

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113340482A (zh) * 2021-01-07 2021-09-03 深圳益丰电子有限责任公司 一种具有两个电极的多区域压敏垫

Also Published As

Publication number Publication date
US11793463B2 (en) 2023-10-24
CN113340482A (zh) 2021-09-03
US20220211326A1 (en) 2022-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4971065A (en) Transducer for detecting apnea
JP6901707B2 (ja) アナログマルチゾーン感圧性パッドを介して、人をモニタリングするシステムおよびその方法
AU767502C (en) Apparatus for detecting enuresis in a patient
US4438771A (en) Passive contactless monitor for detecting cessation of cardiopulmonary
US8052612B2 (en) Respiration monitoring system
CN214951903U (zh) 一种具有两个电极的多区域压敏垫
EP3638180A1 (en) Sensor enabled absorbent article avoiding leakages
CN103528722A (zh) 用于纺织品表面的大面积可伸展压力传感器
CN105125348A (zh) 一种智能尿湿报警方法及系统
US6727445B2 (en) Sensor pads for patient monitoring devices
CN113933352A (zh) 大小便检测装置及卫生产品
CN216411129U (zh) 大小便检测装置及卫生产品
CN113876491B (zh) 一种可区分大小便的卫生产品
JP4671490B2 (ja) 身体インピーダンス測定装置
KR20110088174A (ko) 다수의 접촉 위치를 감지하는 대소변 감지 센서
WO2004034929A2 (en) Incontinence sensor
US20240398262A1 (en) Method and pressure sensor unit
JPH06300723A (ja) おむつの交換時期検知センサー
WO2014132018A1 (en) Pressure mat
KR102660068B1 (ko) 배변 패드의 오염을 감지하기 위한 장치 및 방법
CN113974582A (zh) 一种智能人体卧床状态监护系统及监护方法
CN209285512U (zh) 一种睡姿检测装置及应用该装置的寝具
CN217014455U (zh) 一种具有定量监测功能的智能护理垫
CN219532322U (zh) 一种电容式柔性压力传感器和智能床垫
WO2024184542A1 (en) Sensing device for a diaper and diaper

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant