CN110542707A - 一种织物传感器及儿童安全座椅 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种织物传感器及儿童安全座椅，属于安全座椅技术领域，包括织物基材（1）、设置于织物基材（1）上间隔排列的检测元件（2）、印刷在织物基材（1）上与检测元件（2）连接的印刷电路和与印刷电路连接的采样电路（3），所述检测元件（2）包括至少两种，一个检测元件（2）用于检测对应织物基材（1）位置的某一种物理特性及其值，并将对应的位置信息、物理特性及其值输出至采样电路（3）。本发明的优点在于通过在织物基材上印刷柔性印刷电路和检测元件，不仅具有良好的拉伸性能，改善了织物的柔性和舒适性，而且其检测元件呈阵列排布在织物基材上，对安全座椅的靠背和坐垫的柔软性、透气性影响很小，能够长时间使用。
Description
技术领域
本发明涉及儿童安全座椅，特别涉及一种织物传感器及儿童安全座椅。
背景技术
随着传感器应用场合的变化及传感器技术的发展，具备各种功能的柔性传感器正在出现及得到迅速发展。柔性化、可穿戴的传感器在智能机器人、电子皮肤、电子仿生、便携式医疗健康等领域展现出广阔的应用前景。
智能纺织品将电子技术与织物高度融合，已经成为学者们的研究热点，但目前应用于智能纺织品的传感器还是采用传统的传感器，而传统的传感器大多由金属和半导体构成，与织物耦合性差，直接集成后无法随织物一起变形，会影响织物的柔性及穿着舒适性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种柔性织物传感器及具有该织物传感器的儿童安全座椅，能够用于检测织物基材的物理特性，可以改善织物的柔性和舒适性。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种织物传感器，包括织物基材、设置于织物基材上间隔排列的检测元件、印刷在织物基材上与检测元件连接的印刷电路和与印刷电路连接的采样电路，所述检测元件包括至少两种，一个检测元件用于检测对应织物基材位置的某一种物理特性及其值，并将对应的位置信息、物理特性及其值输出至采样电路。
作为优选，所述检测元件呈阵列式排布，所述织物基材上印刷有横向导电膜和纵向导电膜，所述采样电路通过扫描与检测元件连接的横向导电膜和纵向导电膜的电阻值确认该检测元件的位置信息。
作为优选，所述织物基材上根据需求划分不同的检测区，每个检测区内具有多个用于检测相同或者不同物理特性的多个检测元件。
作为优选，每个所述检测元件对应检测的物理特性为压力、温度、湿度和PH值中的一种。
作为优选，所述检测元件和印刷电路均采用稀有金属印刷电路浆料以单层或者多层的方式印刷在织物基材上。
作为优选，所述检测元件以及印刷电路的外侧均设有保护涂层。
作为优选，所述检测元件为电阻式传感器元件、电容式传感器元件和电感式传感器元件中的一种。
儿童安全座椅，儿童安全座椅，包括座椅本体、警示装置和设于座椅本体上的织物传感器，所述座椅本体包括坐垫、靠背和头枕，所述织物传感器在靠背上形成由多个检测元件构成的呈阵列式排布的第一检测区，所述第一检测区内的检测元件包括多个压力传感器，所述采样电路持续接收所有压力传感器输出的压力值及压力变化信号；
当某一点或者某一区域处的压力值长时间高于阈值时，所述采样电路输出第一控制信号至警示装置，所述警示装置接收到采样电路输出的第一控制信号后发出第一告警声，用于提醒使用者儿童坐姿不正确、不舒适或者提醒设计人员该点位置或者该区域位置的应力过大需要更改设计；
当所述采样电路接收到的压力变化信号为不规律的信号时，判断儿童处于清醒状态；当所述采样电路接收到的压力变化信号保持周期性变化，并且频率小于等于正常的呼吸频率时，判断此时儿童处于熟睡状态；当所述采样电路接收到的压力变化信号保持周期性变化，并且频率高于正常的呼吸频率时，判断儿童处于睡着状态并且儿童有哮喘或者其他非正常情况，此时所述采样电路输出第二控制信号至告警装置，所述告警装置接收到采样电路输出的第二控制信号后发出第二告警声，用于提醒使用者及时查看儿童状况。
作为优选，所述第一检测区或者设于头枕上的检测元件还包括用于检测温度的温度传感器和多个用于检测湿度的电感式传感器元件或者电容式传感器元件，所述采样电路接收第一检测区内用于检测湿度的检测元件的湿度检测信号和用于检测温度的检测元件的温度检测信号，当湿度和温度均超过预先设定的阈值时，所述采样电路输出第三控制信号至警示装置，所述警示装置接收到采样电路输出的第三控制信号后发出第三告警声，提醒使用者儿童处于出汗状态，或者所述采样电路直接连接控制模块，所述控制模块控制设于座椅本体上的风扇打开。
作为优选，所述织物传感器在坐垫上形成由多个检测元件构成的呈阵列式排布的第二检测区，所述第二检测区内的检测元件包括多个分别用于检测湿度和PH值的电容式传感器元件或者电感式传感器元件，所述采样电路接收第二检测区内的用于检测湿度的检测元件的湿度检测信号，并配合用于检测PH值的检测元件的PH值检测信号，当湿度和PH值均超过预先设置的阈值时，所述采样电路输出第四控制信号至警示装置，所述警示装置接收到采样电路输出的第四控制信号后发出第四告警声，提醒使用者及时查看儿童状况。
作为优选，所述第二检测区内的检测元件还包括多个用于检测压力的压力传感器，所述采样电路接收压力传感器输出的压力值，并与预先设定的阈值进行比较，当某一点或者某一区域位置的压力值长时间高于阈值时，输出第五控制信号至警示装置，所述警示装置接收到采样电路输出的第五控制信号后发出第五告警声，用于提醒使用者儿童坐姿不正确、不舒适或者提醒设计人员该点位置或者该区域位置的应力过大需要更改设计。
作为优选，所述座椅本体上的织物传感器还包括用于检测温度的电阻式传感器元件，电阻式传感器元件输出的温度信号用于校正座椅本体上受温度影响的其他传感器元件所检测的物理特性的值，并将修正后的物理特征的值与阈值进行比较，然后输出相应的控制信号至警示装置。
与现有技术相比，本发明的优点在于通过在织物基材上印刷柔性印刷电路和检测元件，不仅具有良好的拉伸性能，改善了织物的柔性和舒适性，而且其检测元件呈阵列排布在织物基材上，对安全座椅的靠背和坐垫的柔软性、透气性影响很小，能够长时间使用。将织物传感器应用在安全座椅上，利用不同检测区内对不同物理特性进行检测，能够判断并提醒使用者儿童在座椅上的状态。
附图说明
图1为本实施例中织物传感器的剖面示意图；
图2为本实施例中织物传感器与柔性电阻膜的结构示意图；
图3为本实施例中电容式传感器元件的结构示意图；
图4为本实施例中电感式传感器元件的结构示意图。
图中，1、织物基材；2、检测元件；3、采样电路；4、横向导电膜；5、纵向导电膜；6、保护涂层；71、电容电极；72、螺旋状线圈。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
一种儿童安全座椅，包括织物传感器、座椅本体和警示装置。
织物传感器，结合图1-2所示，包括织物基材1、设置于织物基材1上呈阵列排布的检测元件2、印刷在织物基材1上与检测元件2连接的印刷电路和与印刷电路连接的采样电路3，一个检测元件2用于检测对应织物基材1位置的某一种物理特性及其值，并将对应的位置信息、物理特性及其值输出至采样电路3。其中检测元件2和印刷电路均采用稀有金属印刷电路浆料以单层或者多层的方式印刷在织物基材1上，其中印刷电路和检测元件2的线宽至少为0.2mm，厚度为10um以上，使得该织物基材1与检测元件2能够很好的融合，不仅具有良好的拉伸性能，改善了织物的柔性和舒适性，而且其检测元件2呈阵列排布在织物基材1上，其柔软性和透气性较好，能够长时间使用。
检测元件2以及印刷电路的外侧均设有保护涂层6，用于保护检测元件2和印刷电路不受侵蚀。织物基材1上印刷有横向导电膜4和纵向导电膜5，采样电路3通过扫描与检测元件2连接的横向导电膜4和纵向导电膜5的电阻值确认该检测元件2的位置信息。
检测元件2对应检测的物理特性为压力、温度、湿度和PH值中的一种，织物基材1上根据需求划分不同的检测区，每个检测区内具有多个用于检测相同或者不同物理特性的多个检测元件2。例如，在织物基材1上同时设置用于检测压力、温度、湿度和PH值的检测元件2，采样电路3根据所需要的物理量的不同，划分A检测区和B检测区，其中A检测区的某一个检测元件2可以是B检测区内的检测元件2，也可以不是B检测区内的检测元件2，根据实际需求灵活划分检测区。
检测元件2可以为电阻式传感器元件、电容式传感器元件或者电感式传感器元件。其中电阻式传感器元件主要为用于检测温度的柔性电阻膜。
结合图1和3图所示，电容式传感器元件主要为用于检测湿度的电容式湿度传感器、用于检测PH值的电容式PH值传感器和用于检测压力的电容式压力传感器，以织物基材1作为介质材料，在织物基材1的两侧印刷电容电极71，在两个电容电极71之间的织物基材1中加入辅助材料，使两个电容电极71之间的织物基材1的厚度不变，通过设计电容电极的材料，从而用于检测湿度和PH值；或者通过设计电容电极的材料，在织物基材1受到压力而导致的基材厚度变化时，输出相应的压力感应信号，进而用于检测压力值。
结合图1和图4所示，电感式传感器是在织物基材1两侧分别设置一个呈扁平的螺旋状线圈72相对设置织物基材1两侧的螺旋状线圈72中的一个作为激励电极通入激励源，另一个作为反馈电极感受织物基材1的厚度变化而产生相应的感应电动势。为了便于生产和加工，织物基材1两侧的螺旋状线圈72的线圈绕制方向相同，线圈绕制匝数相同，在织物基材1中还可以混入磁性材料，用于提高该电感式传感器的检测灵敏度。
座椅本体包括坐垫、靠背和头枕，织物传感器在靠背上形成由多个检测元件2构成的呈阵列式排布的第一检测区，第一检测区内的检测元件2包括多个压力传感器，采样电路3持续接收所有压力传感器输出的压力值及压力变化信号；
当某一点或者某一区域处的压力值长时间高于阈值时，采样电路3输出第一控制信号至警示装置，警示装置接收到采样电路3输出的第一控制信号后发出第一告警声，用于提醒使用者儿童坐姿不正确、不舒适或者提醒设计人员该点位置或者该区域位置的应力过大需要更改设计；
当采样电路3接收到的压力变化信号为不规律的信号时，判断儿童处于清醒状态；当采样电路3接收到的压力变化信号保持周期性变化，并且频率小于等于正常的呼吸频率时，判断此时儿童处于熟睡状态；当采样电路3接收到的压力变化信号保持周期性变化，并且频率高于正常的呼吸频率时，判断儿童处于睡着状态并且儿童有哮喘或者其他非正常情况，此时采样电路3输出第二控制信号至告警装置，告警装置接收到采样电路3输出的第二控制信号后发出第二告警声，用于提醒使用者及时查看儿童状况。
第一检测区或者设于头枕上的检测元件2还包括用于检测温度的温度传感器和多个用于检测湿度的电感式传感器元件或者电容式传感器元件，采样电路3接收第一检测区内用于检测湿度的检测元件2的湿度检测信号和用于检测温度的检测元件2的温度检测信号，当湿度和温度均超过预先设定的阈值时，采样电路3输出第三控制信号至警示装置，警示装置接收到采样电路3输出的第三控制信号后发出第三告警声，提醒使用者儿童处于出汗状态，或者采样电路3直接连接控制模块，控制模块控制设于座椅本体上的风扇打开。
织物传感器在坐垫上形成由多个检测元件2构成的呈阵列式排布的第二检测区，第二检测区内的检测元件2包括多个分别用于检测湿度和PH值的电容式传感器元件或者电感式传感器元件，采样电路3接收第二检测区内的用于检测湿度的检测元件2的湿度检测信号，并配合用于检测PH值的检测元件2的PH值检测信号，当湿度和PH值均超过预先设置的阈值时，采样电路3输出第四控制信号至警示装置，警示装置接收到采样电路3输出的第四控制信号后发出第四告警声，提醒使用者及时查看儿童状况。
第二检测区内的检测元件2还包括多个用于检测压力的压力传感器，采样电路3接收压力传感器输出的压力值，并与预先设定的阈值进行比较，当某一点或者某一区域位置的压力值长时间高于阈值时，输出第五控制信号至警示装置，警示装置接收到采样电路3输出的第五控制信号后发出第五告警声，用于提醒使用者儿童坐姿不正确、不舒适或者提醒设计人员该点位置或者该区域位置的应力过大需要更改设计。
座椅本体上的织物传感器还包括用于检测温度的电阻式传感器元件，电阻式传感器元件输出的温度信号用于校正座椅本体上受温度影响的其他传感器元件所检测的物理特性的值，并将修正后的物理特征的值与阈值进行比较，然后输出相应的控制信号至警示装置。
与现有技术相比，本发明的优点在于通过在织物基材1上印刷柔性印刷电路和检测元件2，不仅具有良好的拉伸性能，改善了织物的柔性和舒适性，而且其检测元件2呈阵列排布在织物基材1上，对安全座椅的靠背和坐垫的柔软性、透气性影响很小，能够长时间使用。将织物传感器应用在安全座椅上，利用不同检测区内对不同物理特性进行检测，能够判断并提醒使用者儿童在座椅上的状态。
尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种织物传感器，其特征在于：包括织物基材（1）、设置于织物基材（1）上间隔排列的检测元件（2）、印刷在织物基材（1）上与检测元件（2）连接的印刷电路和与印刷电路连接的采样电路（3），所述检测元件（2）包括至少两种，一个检测元件（2）用于检测对应织物基材（1）位置的某一种物理特性及其值，并将对应的位置信息、物理特性及其值输出至采样电路（3）。
2.根据权利要求1所述的织物传感器，其特征在于：所述检测元件（2）呈阵列式排布，所述织物基材（1）上印刷有横向导电膜（4）和纵向导电膜（5），所述采样电路（3）通过扫描与检测元件（2）连接的横向导电膜（4）和纵向导电膜（5）的电阻值确认该检测元件（2）的位置信息。
3.根据权利要求1任一项所述的织物传感器，其特征在于：所述织物基材（1）上根据需求划分不同的检测区，每个检测区内具有多个用于检测相同或者不同物理特性的多个检测元件（2）。
4.根据权利要求1所述的织物传感器，其特征在于：每个所述检测元件（2）对应检测的物理特性为压力、温度、湿度和PH值中的一种。
5.根据权利要求1所述的织物传感器，其特征在于：所述检测元件（2）和印刷电路均采用稀有金属印刷电路浆料以单层或者多层的方式印刷在织物基材（1）上。
6.根据权利要求1所述的织物传感器，其特征在于：所述检测元件（2）以及印刷电路的外侧均设有保护涂层（6）。
7.根据权利要求1所述的织物传感器，其特征在于：所述检测元件（2）为电阻式传感器元件、电容式传感器元件和电感式传感器元件中的一种。
8.儿童安全座椅，其特征在于：包括座椅本体、警示装置和设于座椅本体上的如权利要求1-7任一项所述的织物传感器，所述座椅本体包括坐垫、靠背和头枕，所述织物传感器在靠背上形成由多个检测元件（2）构成的呈阵列式排布的第一检测区，所述第一检测区内的检测元件（2）包括多个压力传感器，所述采样电路（3）持续接收所有压力传感器输出的压力值及压力变化信号；
当某一点或者某一区域处的压力值长时间高于阈值时，所述采样电路（3）输出第一控制信号至警示装置，所述警示装置接收到采样电路（3）输出的第一控制信号后发出第一告警声，用于提醒使用者儿童坐姿不正确、不舒适或者提醒设计人员该点位置或者该区域位置的应力过大需要更改设计；
当所述采样电路（3）接收到的压力变化信号为不规律的信号时，判断儿童处于清醒状态；当所述采样电路（3）接收到的压力变化信号保持周期性变化，并且频率小于等于正常的呼吸频率时，判断此时儿童处于熟睡状态；当所述采样电路（3）接收到的压力变化信号保持周期性变化，并且频率高于正常的呼吸频率时，判断儿童处于睡着状态并且儿童有哮喘或者其他非正常情况，此时所述采样电路（3）输出第二控制信号至告警装置，所述告警装置接收到采样电路（3）输出的第二控制信号后发出第二告警声，用于提醒使用者及时查看儿童状况。
9.根据权利要求8所述的儿童安全座椅，其特征在于：所述第一检测区或者设于头枕上的检测元件（2）还包括用于检测温度的温度传感器和多个用于检测湿度的电感式传感器元件或者电容式传感器元件，所述采样电路（3）接收第一检测区内用于检测湿度的检测元件（2）的湿度检测信号和用于检测温度的检测元件（2）的温度检测信号，当湿度和温度均超过预先设定的阈值时，所述采样电路（3）输出第三控制信号至警示装置，所述警示装置接收到采样电路（3）输出的第三控制信号后发出第三告警声，提醒使用者儿童处于出汗状态，或者所述采样电路（3）直接连接控制模块，所述控制模块控制设于座椅本体上的风扇打开。
10.根据权利要求8所述的儿童安全座椅，其特征在于：所述织物传感器在坐垫上形成由多个检测元件（2）构成的呈阵列式排布的第二检测区，所述第二检测区内的检测元件（2）包括多个分别用于检测湿度和PH值的电容式传感器元件或者电感式传感器元件，所述采样电路（3）接收第二检测区内的用于检测湿度的检测元件（2）的湿度检测信号，并配合用于检测PH值的检测元件（2）的PH值检测信号，当湿度和PH值均超过预先设置的阈值时，所述采样电路（3）输出第四控制信号至警示装置，所述警示装置接收到采样电路（3）输出的第四控制信号后发出第四告警声，提醒使用者及时查看儿童状况。
11.根据权利要求10所述的儿童安全座椅，其特征在于：所述第二检测区内的检测元件（2）还包括多个用于检测压力的压力传感器，所述采样电路（3）接收压力传感器输出的压力值，并与预先设定的阈值进行比较，当某一点或者某一区域位置的压力值长时间高于阈值时，输出第五控制信号至警示装置，所述警示装置接收到采样电路（3）输出的第五控制信号后发出第五告警声，用于提醒使用者儿童坐姿不正确、不舒适或者提醒设计人员该点位置或者该区域位置的应力过大需要更改设计。
12.根据权利要求8-11任一项所述的儿童安全座椅，其特征在于：所述座椅本体上的织物传感器还包括用于检测温度的电阻式传感器元件，电阻式传感器元件输出的温度信号用于校正座椅本体上受温度影响的其他传感器元件所检测的物理特性的值，并将修正后的物理特征的值与阈值进行比较，然后输出相应的控制信号至警示装置。
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