CN114777966A - 一种柔性感知传感器及智能垫 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性感知传感器及智能垫。柔性感知传感器包括：第一电极板、第二电极板以及弹性介质；第一电极板包括多个子电极板；各子电极板之间相互绝缘；每个子电极板包括沿第一方向分布的一个宽松区和至少一个密集区；同一子电极板之间，密集区位于宽松区靠近与该子电极板相邻的其它子电极板的一侧；每个子电极板还包括多个沿第一方向依次排列且相互电连接第一导电带；位于宽松区的第一导电带之间的间距L1大于位于密集区的第一导电带之间的间距L2。采用上述技术方案，可实现压力检测及快速定位，结构简单，检测成本低，工作可靠，动态性好；避免误触发，提高定位的精度；可设计成各种形状且制作成本低廉，有利于广泛的推广和应用。

Description

一种柔性感知传感器及智能垫

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种柔性感知传感器及智能垫。

背景技术

随着技术的发展，市面上出现了很多具有检测功能的智能家具，例如智能按摩椅、智能床垫、智能沙发、汽车座垫等智能家具，这些智能家具可以检测是否有用户正在使用，以及对用户进行定位，该检测功能一般利用的是感知传感器来完成的。

目前使用的用于定位检测的感知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，利用用户坐在智能家具上因心跳和呼吸振动产生的振动以及自身重量产生的压力进行定位，来确定是否有用户坐在这些智能家具上。但是这些传感器有一定的局限性，例如传感器织入成本高、检测范围小、布线复杂、软件算法复杂、舒适度不好、透气性差、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感知传感器的织入成本高、检测范围小、布线复杂、软件算法复杂、舒适度不好、透气性差、易受环境干扰、可靠性差、异物感强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感知传感器及智能垫，以解决现有智能家具中感知传感器的局限性。

根据本发明的一方面，提供了一种柔性感知传感器，所述柔性感知传感器与控制电路电连接，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；所述第一电极板、所述第二电极板、以及所述弹性介质构成可变电容；

所述第一电极板包括多个子电极板；各所述子电极板之间相互绝缘；

每个所述子电极板包括沿第一方向分布的一个宽松区和至少一个密集区；同一所述子电极板之间，所述密集区位于所述宽松区靠近与该所述子电极板相邻的其它所述子电极板的一侧；每个所述子电极板还包括多个沿所述第一方向依次排列且相互电连接第一导电带；位于所述宽松区的所述第一导电带之间的间距为L1，位于所述密集区的所述第一导电带之间的间距为L2；其中，L1＞L2。

可选的，所述第二电极板包括整片式的导电布。

可选的，所述弹性介质靠近所述第一电极板或第二电极板的一侧表面包括凹槽；所述控制电路置于所述凹槽内。

可选的，每个所述子电极板还包括第一电极扣；所述第二电极板包括第二电极扣；

各所述子电极板通过所述第一电极扣和与所述控制电路的第一端电连接；所述第二电极板通过所述第二电极扣与所述控制电路的第二端电连接。

可选的，在所述第一电极扣背离所述子电极板一侧表面设置有第一电极扣接头，所述第一电极扣通过所述第一电极扣接头与所述控制电路的第一端电连接；

在所述第二电极扣背离所述第二电极板一侧表面设置有第二电极扣接头，所述第二电极扣通过所述第二电极扣接头与所述控制电路的第二端电连接。

可选的，所述第一电极扣接头背离所述第一电极扣一侧设置有第一电极扣压板，所述第一电极扣压板用于固定所述第一电极扣接头；

所述第二电极扣接头背离所述第二电极扣一侧设置有第二电极扣压板，所述第二电极扣压板用于固定所述第二电极扣接头。

可选的，所述第一导电带的宽度w的取值范围为：10mm≤w≤15mm。

可选的，位于所述宽松区的所述第一导电带之间的间距L1的取值范围为：20mm≤L1≤40mm；位于所述密集区的所述第一导电带之间的间距L2的取值范围为：w≤L2≤15mm；

所述子电极板之间的距离d的取值范围为：20mm≤d≤40mm。

可选的，所述弹性介质设置有第一透气孔；在所述柔性感知传感器的厚度方向上，所述第一透气孔与所述第一导电带互不交叠；

所述第二电极板设置有第二透气孔；在所述柔性感知传感器的厚度方向上，所述第一透气孔与所述第二透气孔对应设置。

根据本发明的另一方面，提供了一种智能垫，包括本发明任一实施例的柔性感知传感器；所述柔性感知传感器与控制电路电连接；所述控制电路用于根据所述柔性感知传感器确定所述智能垫的受压位置信息。

本发明实施例的柔性感知传感器，通过第一电极板、第二电极板和弹性介质组成可变电容，且将第一电极板设置为多个相互绝缘的子电极板，使得柔性感知传感器包括多个可变电容，可实现压力检测及快速定位，结构简单，检测成本低，工作可靠，动态性好；通过在各子电极板设置宽松区和密集区，可以适当降低柔性感知传感器的灵敏度，避免误触发，还可避免对子电极板边缘处的压力造成漏检，提高定位的精度；第一导电带可以提高柔性感知传感器的可弯折性和抗拉性，可设计成各种形状且制作成本低廉，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。

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感知传感器的截面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种第一电极板的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种柔性感知传感器的***示意图；

图4为本发明实施例提供的一种柔性感知传感器的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种柔性感知传感器的局部示意图；

图6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、***、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。

现有的感知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，振动传感器通过传感器获取心率振动和呼吸振动来判断用户是在床还是离床，输出检测结果往往需要几个时间周期的心率或呼吸数据，然后通过算法测出心率振动或呼吸振动才能判断用于是否在这些家具上，反应速度慢、算法复杂，况且易受外界环境干扰，如果是双人床，双人相互干扰就更无法准确判断了；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感知传感器，图1为本发明实施例提供的一种柔性感知传感器的截面结构示意图。参考图1，柔性感知传感器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和第二电极板200设置于弹性介质300的相对两侧；第一电极板100、第二电极板200、以及弹性介质300构成可变电容。具体的，弹性介质300受到压力作用时会发生形变，以改变第一电极板100与第二电极板200之间的距离，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。

图2为本发明实施例提供的一种第一电极板的俯视结构示意图。参考图2，第一电极板100包括多个子电极板110，各子电极板110之间相互绝缘，例如子电极板110之间的距离d的取值范围为：20mm≤d≤40mm。每个子电极板110包括沿第一方向分布的一个宽松区120和至少一个密集区130，在同一子电极板110之间，密集区130位于宽松区120靠近与该子电极板110相邻的其它子电极板110的一侧。每个子电极板110还包括多个沿第一方向依次排列且相互电连接第一导电带101，位于宽松区120的第一导电带101之间的间距为L1，位于密集区130的第一导电带101之间的间距为L2，其中，L1＞L2。

可以理解的是，每个子电极板110与第二电极板200均可构成一个可变电容，且这些可变电容互不干扰。受到压力作用的子电极板110与第二电极板之间的距离发生变化，该子电极板110、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。柔性感知传感器10包括多个可变电容，根据可变电容的电容变化，可以定位到受到压力作用的子电极板110。

其中，第一电极板100和第二电极板200可采用导电布材料，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感知传感器的电极板，可折叠可水洗，且成本低廉。第一导电带101可由整片导电布剪裁或模切制成，例如第一导电带101的宽度w的取值范围可为10mm≤w≤15mm，制作工艺简单。为防止在柔性感知传感器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。

示例性的，当柔性感知传感器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，会带动至少一个子电极板110与第二电极板200之间的距离发生变化，从而使得至少一个可变电容的电容量发生变化。柔性感知传感器10与控制电路（图中未示出）电连接，柔性感知传感器10将压力的变化量转换为某个可变电容或多个可变电容的电容变化量，并输出电容变化量至控制电路，通过控制电路可以检测输出电容变化量对应的子电极板110及各个可变电容的电容变化，进而确定受到压力作用的区域以及压力的大小，进而判断是否有用户在使用应用该柔性感知传感器10的智能家具以及用户的使用区域。

此外，宽松区120的第一导电带101之间的间距L1设置的较大，例如宽松区120的第一导电带101之间的间距L1的取值范围为：20mm≤L1≤40mm，可以避免误检，适当降低柔性感知传感器10的灵敏度，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，通过将宽松区120的第一导电带101之间的间距L1设置的较大可以进行筛查性检测，只检测用户的压力，过滤掉宠物的压力。

密集区130的第一导电带101之间的间距L2设置的较小，例如密集区130的第一导电带101之间的间距L2的取值范围为：w≤L2≤15mm，且同一子电极板110的密集区130相比宽松区更靠近与该子电极板110相邻的其它子电极板110，可以避免对子电极板110边缘处的压力造成漏检，提高定位的精度，例如当用户侧躺在柔性感知传感器10上时，且身体的三分之二位于某一子电极板110的边缘，用户身体另外的三分之一位于相邻子电极板110的边缘，通过在子电极板110靠近与该子电极板110相邻的其它子电极板110处设置密集区130，且密集区130的第一导电带101之间的间距L2设置的较小，可以精准的检测到多个子电极板110受到的压力作用，避免对子电极板110的边缘处的压力造成漏检。通过间隔设置第一导电带101，还可以进一步降低成本，还可以提高各子电极板110的可弯折性，在间隔处可进行更大角度的弯曲；在柔性感知传感器10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101可以降低一些拉扯力，提高柔性感知传感器10的抗拉性。

可选的，弹性介质300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，还可以在柔性感知传感器10受到压力作用时，分散压力，提高柔性感知传感器10的使用寿命。此外，海绵绝缘体具有很好的回弹性，当柔性感知传感器10所受压力消失时，第一电极板100和第二电极板200之间的距离可借助于海绵绝缘体的回弹性恢复到柔性感知传感器10未受力时的距离状态，可变电容的电容量也会恢复至柔性感知传感器10未受力时的状态。而且海绵绝缘体成本低，进一步降低了柔性感知传感器10的成本。

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，且将第一电极板设置为多个相互绝缘的子电极板，使得柔性感知传感器包括多个可变电容，可实现压力检测及快速定位，结构简单，检测成本低，工作可靠，动态性好；通过在各子电极板设置宽松区和密集区，可以适当降低柔性感知传感器的灵敏度，避免误触发，还可避免对子电极板边缘处的压力造成漏检，提高定位的精度；第一导电带可以提高柔性感知传感器的可弯折性和抗拉性，可设计成各种形状且制作成本低廉，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3为本发明实施例提供的一种柔性感知传感器的***示意图。参考图3，第二电极板200包括整片式的导电布。

示例性的，以胶带式连接为例，各子电极板110可选用带背胶的第一导电带101，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，各子电极板110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，子电极板110的导电布胶带可与第二电极板200的导电布为相同材质，通过将整块导电布裁剪或模切而成。此外，当外界存在干扰信号时，整片式的导电布可以保护子电极板110输出信号不易被干扰，提高了柔性感知传感器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始终能正对各子电极板110的第一导电带101，防止因弹性介质300变形时第一导电带101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200可以隔离干扰信号，避免个子电极板110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，继续参考图3，弹性介质300靠近第一电极板100或第二电极板200的一侧表面包括凹槽310，控制电路410置于凹槽310内。示例性的，可将控制电路410装在控制盒400内，然后将控制盒400置于凹槽310内。如此，可使得柔性感知传感器10表面平整，没有异物凸起，提高柔性感知传感器10的舒适度。

可选的，参考图1-3，每个子电极板110还包括第一电极扣111；第二电极板200包括第二电极扣201；各子电极板110通过第一电极扣111和与控制电路410的第一端电连接；第二电极板200通过第二电极扣201与控制电路410的第二端电连接。

其中，第一电极扣111可以是正极电极扣，与控制电路410的第一端电连接，第二电极扣201可以是负极电极扣，与控制电路410的第二端电连接；或者，第一电极扣111可以是负极电极扣，与控制电路410的第一端电连接，第二电极扣201可以是正极电极扣，与控制电路410的第二端电连接，本发明实施例对此不做具体限定。

示例性的，柔性感知传感器10通过第一电极扣111和第二电极扣201与控制电路410电连接，若第一电极扣111和第二电极扣201均为公扣，则第一电极扣111和第二电极扣20可通过母扣与控制电路410电连接。通过第一电极扣111和第二电极扣201可以方便更换柔性感知传感器10，也方便更换控制电路410，使得柔性感知传感器10可以应用于更多的使用场景。

可以理解的是，第一电极扣111可以位于子电极板110的任意位置，且对每个子电极板110上第一电极扣111的个数也不做具体限定。第二电极扣201可以位于第二电极板200的任意位置，且对第二电极板200上第二电极扣201的个数也不做具体限定。

可选的，图4为本发明实施例提供的一种柔性感知传感器的结构示意图，图5为本发明实施例提供的一种柔性感知传感器的局部示意图。参考图3-图5，在第一电极扣111背离子电极板110一侧表面设置有第一电极扣接头112，第一电极扣111通过第一电极扣接头112与控制电路410的第一端电连接；在第二电极扣201背离第二电极板200一侧表面设置有第二电极扣接头202，第二电极扣201通过第二电极扣接头202与控制电路410的第二端电连接。

示例性的，若第一电极扣111为公扣，第一电极扣接头112则为母扣；若第二电极扣201为公扣，第二电极扣接头202则为母扣。第一电极扣接头112可通过第一连接线113与控制电路410的第一端电连接，第二电极扣接头202可通过第二连接线203与控制电路410的第二端电连接。

可选的，继续参考图3-图5，第一电极扣接头112背离第一电极扣111一侧设置有第一电极扣压板114，第一电极扣压板114用于固定第一电极扣接头112；第二电极扣接头202背离第二电极扣201一侧设置有第二电极扣压板（图中未示出），第二电极扣压板用于固定第二电极扣接头202。

示例性的，在第一电极扣压板114可通过第一尼龙铆钉115固定于子电极板110上，第二电极扣压板可通过第二尼龙铆钉（图中未示出）固定于第二电极板200上。如此，第一电极扣接头112可与第一电极扣111紧密结合，第二电极扣接头202可与第二电极扣201紧密结合。

可选的，参考图3和图4，弹性介质300设置有第一透气孔320；在柔性感知传感器10的厚度方向上，第一透气孔320与第一导电带101互不交叠；第二电极板200设置有第二透气孔220；在柔性感知传感器10的厚度方向上，第一透气孔320与第二透气孔220对应设置。第一透气孔320和第二透气孔220可方便透气，提高用户使用的舒适度。

本发明实施例还提供的一种智能垫，图6为本发明实施例提供的一种智能垫的结构示意图，如图6所示，智能垫20包括本发明实施例提供的柔性感知传感器10。智能垫20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。柔性感知传感器10包括多个可变电容，且柔性感知传感器10与控制电路电连接。其中，控制电路可用于根据各柔性感知传感器10的电容量信息，确定智能垫20的受压位置信息。

示例性的，用布袋封装柔性感知传感器10，可形成智能垫20，智能垫20可以应用于智能沙发、双人床等智能家具，其长宽差距较大，通过各柔性感知传感器10的电容量信息，可以确定智能家具的哪些位置有人，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感知传感器，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 (10)

1.一种柔性感知传感器，所述柔性感知传感器与控制电路电连接，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；所述第一电极板、所述第二电极板、以及所述弹性介质构成可变电容；

所述第一电极板包括多个子电极板；各所述子电极板之间相互绝缘；

每个所述子电极板包括沿第一方向分布的一个宽松区和至少一个密集区；同一所述子电极板之间，所述密集区位于所述宽松区靠近与该所述子电极板相邻的其它所述子电极板的一侧；每个所述子电极板还包括多个沿所述第一方向依次排列且相互电连接第一导电带；位于所述宽松区的所述第一导电带之间的间距为L1，位于所述密集区的所述第一导电带之间的间距为L2；其中，L1＞L2。

2.根据权利要求1所述的柔性感知传感器，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所述的柔性感知传感器，其特征在于，所述弹性介质靠近所述第一电极板或第二电极板的一侧表面包括凹槽；所述控制电路置于所述凹槽内。

4.根据权利要求1所述的柔性感知传感器，其特征在于，每个所述子电极板还包括第一电极扣；所述第二电极板包括第二电极扣；

各所述子电极板通过所述第一电极扣和与所述控制电路的第一端电连接；所述第二电极板通过所述第二电极扣与所述控制电路的第二端电连接。

5.根据权利要求4所述的柔性感知传感器，其特征在于，在所述第一电极扣背离所述子电极板一侧表面设置有第一电极扣接头，所述第一电极扣通过所述第一电极扣接头与所述控制电路的第一端电连接；

在所述第二电极扣背离所述第二电极板一侧表面设置有第二电极扣接头，所述第二电极扣通过所述第二电极扣接头与所述控制电路的第二端电连接。

6.根据权利要求5所述的柔性感知传感器，其特征在于，所述第一电极扣接头背离所述第一电极扣一侧设置有第一电极扣压板，所述第一电极扣压板用于固定所述第一电极扣接头；

所述第二电极扣接头背离所述第二电极扣一侧设置有第二电极扣压板，所述第二电极扣压板用于固定所述第二电极扣接头。

7.根据权利要求1所述的柔性感知传感器，其特征在于，所述第一导电带的宽度w的取值范围为：10mm≤w≤15mm。

8.根据权利要求7所述的柔性感知传感器，其特征在于，位于所述宽松区的所述第一导电带之间的间距L1的取值范围为：20mm≤L1≤40mm；位于所述密集区的所述第一导电带之间的间距L2的取值范围为：w≤L2≤15mm；

所述子电极板之间的距离d的取值范围为：20mm≤d≤40mm。

9.根据权利要求1所述的柔性感知传感器，其特征在于，所述弹性介质设置有第一透气孔；在所述柔性感知传感器的厚度方向上，所述第一透气孔与所述第一导电带互不交叠；

所述第二电极板设置有第二透气孔；在所述柔性感知传感器的厚度方向上，所述第一透气孔与所述第二透气孔对应设置。

10.一种智能垫，其特征在于，包括：至少一个权利要求1-9任一所述的柔性感知传感器；所述柔性感知传感器与控制电路电连接；所述控制电路用于根据所述柔性感知传感器确定所述智能垫的受压位置信息。

Images