床用人體介質電容傳感器的製作方法
2023-05-31 05:01:46
專利名稱：床用人體介質電容傳感器的製作方法
床用人體介質電容傳感器
(一) 技術領域 發明涉及的是一種基本電器元件，具體地說是一種電容器。
(二)
背景技術：
傳統的人體介質接近式傳感器主要有以下幾種(l)壓力開關。即在病床 的四腳下安裝彈簧式壓力開關，病人上床後，開關受到壓力觸發。這種方法原理 簡單，但是安裝不方便，且容易損壞。(2)人體熱釋電傳感器。利用人體輻射 的遠紅外線感知人體的存在，但是當人體靜止不動時，傳感器無輸出信號，不適 合病床應用，只適合檢測活動的輻射源。(3)光電反射式或對射式傳感器。此 法利用光線的反射或對射原理，缺點是可靠性低，容易誤操作。(4)傳統的人
體接近式電容傳感器，將人體作為電容的一極，要求人體站立，不適用於病床使 用。
發明內容
本發明的目的在於提供一種可以有效靈敏地檢測出病人是否在病床上，安 裝方便且不容易損壞，可靠性高的床用人體介質電容傳感器。
本發明的目的是這樣實現的它包括兩張平鋪在床鋪上的銅片電極，銅片電 極通過導線與控制電路相連，控制電路包括LC振蕩器、頻率電壓轉換器、電壓
比較器和繼電器，銅片電極連接LC振蕩器，LC振蕩器的輸出接入頻率電壓轉換 器，頻率電壓轉換器的輸出連接電壓比較器，電壓比較器的輸出控制繼電器。
本發明還可以包括
1、 所述的兩張銅片電極鋪設在床鋪的床毯中。
2、 所述的控制電路的組成為NE555定時器和外接元件電阻R2、 Rl、變 阻器W2、電容C4、 C5、 CZ1構成多諧振蕩，NE555定時器的腳2與腳6直接 相連；12V電壓經過電阻R2、 R1及變阻器W2分壓後提供基準電壓，C4禾卩C5 並聯作為多諧振蕩的固定電容，CZ1連接人體介質電容傳感器，它與C4和C5並聯構成多諧振蕩的總電容；IC2為LM331,輸入脈衝經過Cl、 R4構成的微分電路 加到IC2的輸入比較器的反向輸入端6腳，電源經電阻R5、 R6分壓後接到輸入 比較器的同相輸入端7腳，電阻R8和電容C2構成定時電路接到IC2的5腳，輸 出電壓通過1腳接入後面的電壓比較器，IC2的輸出電壓接入電壓比較器LM393 的兩個比較端，變阻器W3和W4調節電壓範圍的兩個端點，比較器輸出連接三 極管T1和繼電器J1，控制信號通過CZ2輸出。
本床用人體介質電容傳感器，使用安裝方便，外在表現是一張普通毛毯，鋪 在病床上就可使用。由於此傳感器的電容變化非常顯著，因而非常敏感，可靠性 極高。材質就是兩張銅片，原料簡易，造價低廉。此傳感器憑藉接觸面積的變化 和介質的改變使電容量發生變化，無需電源。比傳統的壓力開關式安裝簡單,.比 人體熱釋電傳感器有效，比光電反射或對射式傳感器可靠。
本發明的床用人體介質電容傳感器，將人體站立轉為平躺，床面上水平並列 平鋪兩張銅片作為電極。當病床上沒有病人時，極板的作用面是兩個銅片的側面，
面積S非常小，此時空氣作為電容的介質，其相對介質常數~=1比較小，根據 平行板電容的電容量決定式C-^^得知此時的電容量比較小(^為介質相對 介質常數，s。為真空介質常數為8.85x10—12法拉第/米，S為平行板相對面積，"
為兩極板之間的距離。)。當病人躺在病床上時，極板作用面相當於扭轉了九十 度，近似變為銅片的兩個表面，極板作用面積S變大，介質變為人體， 一般人體 的相對介質常數為10 70，明顯大於空氣的介電常數，因而此時電容量迅速變 大。傳感器電容與控制電路的定時電阻構成多諧振蕩器，病床上從沒有病人到有 病人躺下，其電容量的變化將引起振蕩頻率的變化，根據原理圖可知，總電容量
C=C4+C5+CZl ，根據多諧振蕩器的輸出頻率計算式 / = l/
，可見，其振蕩頻率隨著電容量的增大而減小，隨著
電容量的減少而增大。所以當病床上沒有病人時輸出頻率比較大，當病床上有病 人躺著時輸出頻率比較小。由此輸出頻率的變化將引起頻率電壓轉換器的輸出電 壓的變化，最後通過電壓比較器的比較輸出控制繼電器動作。査閱相關文獻得知 一般物料的介電常數為1 5,也比人體介質常數小，而且普通物料為絕緣體， 而人體是導體，當床上有一般的普通衣物時，繼電器也不會有誤動作的產生。要產生誤動作除非病床上放置大面積的金屬類的物品，該情況在病床上使用時鮮 見，所以該發明的可靠性和靈敏性都相當高。
(四)
圖l是本發明的原理圖2是本發明的控制電路的電路圖。
具體實施方式
下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述
結合圖1，床用人體介質電容傳感器的組成包括兩個平鋪在床鋪上的兩張銅 片電極，銅片電極通過導線與控制電路相連，控制電路包括LC振蕩器、頻率電 壓轉換器、電壓比較器和繼電器，銅片電極連接LC振蕩器，LC振蕩器的輸出接 入頻率電壓轉換器，頻率電壓轉換器的輸出連接電壓比較器，電壓比較器的輸出 控制繼電器。兩張銅片電極鋪設在床鋪的床毯中。結合圖2，控制電路的組成為 LC振蕩器、頻率電壓轉換器、電壓比較器和繼電器。NE555定時器和外接元件 R2、 Rl、變阻器W2、 C4、 C5、 CZ1構成多諧振蕩，腳2與腳6直接相連。電 路沒有穩態，僅存在兩個暫穩態，電路亦不需要外加觸發信號。12V電壓經過電 阻R2、 Rl及變阻器W2分壓後提供基準電壓，C4和C5並聯作為多諧振蕩的固 定電容，CZ1連接人體介質電容傳感器,它與C4和C5並聯構成多諧振蕩的總電
容。根據多諧振蕩器的輸出頻率計算式/^l/
，可見，其振
蕩頻率隨著電容量的增大而減小，隨著電容量的減少而增大。IC2為LM331,用作 頻率電壓轉換器。輸入脈衝經過C1、 R4構成的微分電路加到IC2的輸入比較器 的反向輸入端6腳，電源經電阻R5、 R6分壓後接到輸入比較器的同相輸入端7 腳。電阻R8和電容C2構成定時電路接到IC2的5腳，輸出電壓通過l腳接入後 面的電壓比較器。輸入頻率越高，輸出電壓越高，輸出電壓V與輸入頻率f的關 系是V=2. 09R4*R8*C2*f/(R7+Wl) 。 IC2的輸出電壓接入電壓比較器LM393的兩 個比較端，使比較電壓控制在某一範圍內，W3和W4用來調節電壓範圍的兩個端 點。當電壓落入比較電壓的範圍內時，比較器輸出低.電平，三極體T1導通，繼 電器J1吸合。控制信號通過CZ2輸出。
權利要求
1、一種床用人體介質電容傳感器，其特徵是它包括兩個平鋪在床鋪上的兩張銅片電極，銅片電極通過導線與控制電路相連，控制電路包括LC振蕩器、頻率電壓轉換器、電壓比較器和繼電器，銅片電極連接LC振蕩器，LC振蕩器的輸出接入頻率電壓轉換器，頻率電壓轉換器的輸出連接電壓比較器，電壓比較器的輸出控制繼電器。
2、 根據權利要求l所述的床用人體介質電容傳感器，其特徵是所述的兩張銅片電極鋪設在床鋪的床毯中。
3、 根據權利要求1或2所述的床用人體介質電容傳感器，其特徵是所述 的控制電路的組成為NE555定時器和外接元件電阻R2、 Rl、變阻器W2、電 容C4、 C5、 CZ1構成多諧振蕩，NE555定時器的腳2與腳6直接相連；12V 電壓經過電阻R2、 Rl及變阻器W2分壓後提供基準電壓，C4和C5並聯作為 多諧振蕩的固定電容，CZ1連接人體介質電容傳感器,它與C4和C5並聯構成 多諧振蕩的總電容；IC2為LM331，輸入脈衝經過Cl、 R4構成的微分電路加到 IC2的輸入比較器的反向輸入端6腳，電源經電阻R5、 R6分壓後接到輸入比較 器的同相輸入端7腳，電阻R8和電容C2構成定時電路接到IC2的5腳，輸出 電壓通過1腳接入後面的電壓比較器，IC2的輸出電壓接入電壓比較器LM393 的兩個比較端，變阻器W3和W4調節電壓範圍的兩個端點，比較器輸出連接三 極管T1和繼電器J1，控制信號通過CZ2輸出。
全文摘要
本發明提供的是一種床用人體介質電容傳感器。它包括兩個平鋪在床鋪上的兩張銅片電極，銅片電極通過導線與控制電路相連，控制電路包括LC振蕩器、頻率電壓轉換器、電壓比較器和繼電器，銅片電極連接LC振蕩器，LC振蕩器的輸出接入頻率電壓轉換器，頻率電壓轉換器的輸出連接電壓比較器，電壓比較器的輸出控制繼電器。本發明使用安裝方便，外在表現是一張普通毛毯，鋪在病床上就可使用。由於此傳感器的電容變化非常顯著，因而非常敏感，可靠性極高。材質就是兩張銅片，原料簡易，造價低廉。此傳感器憑藉接觸面積的變化和介質的改變使電容量發生變化，無需電源。比傳統的壓力開關式安裝簡單，比人體熱釋電傳感器有效，比光電反射或對射式傳感器可靠。
文檔編號H03K17/96GK101217273SQ20081006382
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月8日 優先權日2008年1月8日
發明者於志明, 司錫才, 永 張, 張雯雯, 彭巧樂, 利 李, 李翔宇, 柴娟芳 申請人:哈爾濱工程大學