電容式智能支撐表面高度檢測裝置的製作方法

2023-12-11 01:58:22 2

本發明涉及一種高度檢測裝置，特別是涉及一種電容式智能支撐表面高度檢測裝置。

背景技術：

在智能支撐表面系統(智能床墊、坐墊、枕頭、靠墊等)設計中，測量表面形變對描述人和支撐表面之間的關係、描述受支撐人體身體曲線是非常重要而有意義的，其中關鍵因素就是表面相對高度的測量。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種電容式智能支撐表面高度檢測裝置，其合到支撐表面及支撐體本身，可以用於支撐表面高度測量。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：一種電容式智能支撐表面高度檢測裝置，其特徵在於，其包括：

傳感模塊，由上極板和下極板組成，上極板和下極板都為片狀導體，上極板與下極板上下平行布置且位於同一電路系統內，若上極板為參考平面或發射平面，下極板則為感應平面，若下極板為參考平面或發射平面，上極板則為感應平面；

傳感安置及支撐模塊，該模塊介於上極板和下極板中間，為非金屬材質並有彈性，用於安置上極板和下極板，上極板位於模塊上表面，下極板位於模塊下表面，當模塊為空氣腔體時，上極板和下極板也安置於腔體內的上下表面；

信號管理模塊，由控制模塊、電源模塊、激勵模塊、輸出模塊、輸入模塊、信號輸入梳理模塊、模擬數字轉換模塊、數位訊號處理模塊、信號轉換模塊、通訊模塊組成，控制模塊連接電源模塊、激勵模塊、信號輸入梳理模塊、模擬數字轉換模塊、數位訊號處理模塊、通訊模塊，激勵模塊與輸出模塊連接，輸入模塊、信號輸入梳理模塊、模擬數字轉換模塊、數位訊號處理模塊、信號轉換模塊、通訊模塊依次連接；

智能床墊氣包模塊，該模塊內部置入海綿隔塊，海綿隔塊上下表面分別放置上極板和下極板，上極板和下極板間通過導線相連，並與數位訊號處理模塊相連，就形成了一個測量支撐表面高度的支撐模塊。

優選地，所述傳感模塊中上極板和下極板構成電容器的兩個極板，等效為平行板電容器，為了測量電容，需要給上極板和下極板施加激勵，並測量激勵產生的結果。

優選地，所述傳感安置及支撐模塊主要作用是支撐上極板和下極板，並起到電介質的功能，在模組受到壓力之後，該彈性模塊受到擠壓，在外部壓力釋放掉之後，該支撐模塊的彈性使得上極板和下極板之間的距離恢復原狀。

優選地，所述控制模塊主要負責協調整個系統的工作，給各模塊發送控制信號，使得各模塊按照順序工作，並負調整各模塊的參數以及工作狀態矯正；電源模塊主要負責給整個電源系統提供供電，保證電源系統的穩定，以及較少的電源噪聲；激勵模塊主要負責對被測試的表面電容體施加可控的激勵信號，並把激勵信號傳遞到輸出模塊；輸出模塊主要負責接收激勵模塊的信號，並連接到相應的被測試的表面電容體的激勵端；輸入模塊主要負責在輸出模塊產生激勵信號到被測試表面電容體之後，測量有激勵信號產生的輸入信號；信號輸入梳理模塊主要負責讀取輸入模塊的輸入，進行信號的放大、縮小、偏置的處理，使得輸入的模擬信號能夠處於後端模擬數位訊號轉換的最佳工作點；模擬數字轉換模塊主要負責接收信號輸入梳理模塊調整輸出過的信號，並把模擬輸入信號轉換為數位訊號；數位訊號處理模塊主要負責把模擬數字轉換模塊的輸入進行數字濾波，特徵提取的處理工作；信號轉換模塊主要負責把處理過的數位訊號進行進一步處理，轉換，根據採集的信號和所需要的表面高度的關係進行轉換；通訊模塊主要負責把採集到的信息進行傳輸，傳送到主機做進一步處理，並接收主機的指令通知控制模塊進行控制操作。

本發明的積極進步效果在於：一，本發明以電容檢測方式測量支撐表面高度，測量裝置和支撐模塊一體化設計；二，電容檢測方式上極板採用屏蔽層，對人體無輻射；三檢測精度高，被測表面可以傾斜放置；四，可以支持任意大小，任意配置的智能床墊設計；五，本發明的成本低，製造工藝簡單；六，可靠性高，使用壽命長；七，本發明的功耗低；八，本發明可以用於床墊、靠墊、坐墊、枕頭等相關產品。

附圖說明

圖1為本發明的傳感模塊結構圖。

圖2為本發明的極板連接示意圖。

圖3為本發明中信號管理模塊的原理框圖。

具體實施方式

下面結合附圖給出本發明較佳實施例，以詳細說明本發明的技術方案。

如圖1至圖3所示，本發明電容式智能支撐表面高度檢測裝置包括：

傳感模塊，由上極板和下極板組成，上極板和下極板都為片狀導體，上極板與下極板上下平行布置且位於同一電路系統內，若上極板為參考平面或發射平面，下極板則為感應平面，若下極板為參考平面或發射平面，上極板則為感應平面；

傳感安置及支撐模塊，該模塊介於上極板和下極板中間，為非金屬材質並有彈性，用於安置上極板和下極板，上極板位於模塊上表面，下極板位於模塊下表面，當模塊為空氣腔體時，上極板和下極板也可安置於腔體內的上下表面；

信號管理模塊，由控制模塊101、電源模塊102、激勵模塊103、輸出模塊104、輸入模塊105、信號輸入梳理模塊106、模擬數字轉換模塊107、數位訊號處理模塊108、信號轉換模塊109、通訊模塊110組成，控制模塊101連接電源模塊102、激勵模塊103、信號輸入梳理模塊106、模擬數字轉換模塊107、數位訊號處理模塊108、通訊模塊110，激勵模塊103與輸出模塊104連接，輸入模塊105、信號輸入梳理模塊106、模擬數字轉換模塊107、數位訊號處理模塊108、信號轉換模塊109、通訊模塊110依次連接；

智能床墊氣包模塊，該模塊內部置入海綿隔塊，海綿隔塊上下表面分別放置上極板和下極板，上極板和下極板間通過導線相連，並與數位訊號處理模塊相連，就形成了一個可以測量支撐表面高度的支撐模塊。

所述傳感模塊中上極板和下極板構成電容器的兩個極板，等效為平行板電容器，為了測量電容，需要給上極板和下極板施加激勵，並測量激勵產生的結果，激勵有兩種方式：一種方式是採用一個極板為參考平面，另外一個極板為激勵平面，在上極板和下極板之間產生交變的電場，根據充電變化來判斷。下極板的設計為導電平面(銅箔，鋁箔，銅網，鋁網，導電布等)，上極板的設計需要至少一層電路，性能較好的設計至少需要兩層，屏蔽網起到防止切向平面過來的幹擾，提高系統內部的穩定性的作用，在比較乾淨的電磁環境中，可以不設計，留空即可，感應區和上極板構成平行板電容模型，為待測區，為了提高測量的穩定，防止外界對內部電容的影響，設計需要把上極板設計成雙層形狀，下表面和單層類似，上表面為屏蔽平面，該平面有導體構成，且與上表面在同一電路系統內，上表面可以有效屏蔽來自於外部的幹擾，也能夠減少在下部測量電容的時候產生的電磁輻射對人體的影響，另外一種方式是採用一個極板作為發射平面，另外一個極板作為接受平面，採用該方法測量，上極板為發射平面，下極板為接收平面，上極板的布置至少需要一層電路，可以整面布置，也可以採用分布式發射接收，為了提高系統穩定並減少對人體的輻射，可以採用雙層設計，雙層布置方式就是在上極板的上表面布置一層屏蔽導電平面，並接入電路系統中。

所述傳感安置及支撐模塊主要作用是支撐上極板和下極板，並起到電介質的功能，在模組受到壓力之後，該彈性模塊受到擠壓，在外部壓力釋放掉之後，該支撐模塊的彈性使得上極板和下極板之間的距離恢復原狀。

所述控制模塊101主要負責協調整個系統的工作，給各模塊發送控制信號，使得各模塊按照順序工作，並負調整各模塊的參數以及工作狀態矯正；電源模塊102主要負責給整個電源系統提供供電，保證電源系統的穩定，以及較少的電源噪聲；激勵模塊103主要負責對被測試的表面電容體施加可控的激勵信號，並把激勵信號傳遞到輸出模塊；輸出模塊104主要負責接收激勵模塊的信號，並連接到相應的被測試的表面電容體的激勵端；輸入模塊105主要負責在輸出模塊產生激勵信號到被測試表面電容體之後，測量有激勵信號產生的輸入信號；信號輸入梳理模塊106主要負責讀取輸入模塊的輸入，進行信號的放大、縮小、偏置的處理，使得輸入的模擬信號能夠處於後端模擬數位訊號轉換的最佳工作點；模擬數字轉換模塊107主要負責接收信號輸入梳理模塊106調整輸出過的信號，並把模擬輸入信號轉換為數位訊號；數位訊號處理模塊108主要負責把模擬數字轉換模塊的輸入進行數字濾波，特徵提取的處理工作；信號轉換模塊109主要負責把處理過的數位訊號進行進一步處理，轉換，根據採集的信號和所需要的表面高度的關係進行轉換；通訊模塊110主要負責把採集到的信息進行傳輸，傳送到主機做進一步處理，並接收主機的指令通知控制模塊進行控制操作。

一個模組可能構成形狀為感應點狀或多點條狀，每個感應點提供不同位置的高度數據，這樣通過多個感應點的組合，就可以提供分布式的數據，多個支撐模塊提供的床墊表面不同位置高度數據，可描述床墊表面高度及形變狀態，通過表面高度的數據變化，經濾波和信號處理，也可以抽取獲得用戶的心率、呼吸、體動等生理數據，也可以根據高度數據，變換為表面壓力數據。

本發明以電容檢測方式測量支撐表面高度，測量裝置和支撐模塊一體化設計，極板採用屏蔽層，對人體無輻射，檢測精度高，被測表面可以傾斜放置，支持任意大小，任意配置的智能床墊設計，且成本低，製造工藝簡單，可靠性高，使用壽命長，功耗低，可以用於床墊、靠墊、坐墊、枕頭等相關產品。

以上所述的具體實施例，對本發明的解決的技術問題、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。