一种用于人体压力分布测量的压力敏感结构
1.本发明是申请号为202011207540.9，申请日为2020年11月3日，申请名称为一种用于测量人体压力性损伤的压力传感装置的发明专利的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及压力损伤检测技术领域，尤其涉及一种用于人体压力分布测量的压力敏感结构。
背景技术：3.压力性损伤又称压力性溃疡、褥疮，最新指南指出其是由于局部组织长期受压，发生持续缺血、缺氧、营养不良而致组织溃烂坏死。对于压力性损伤的预防和检测，由最初的各种床垫(气垫床、水床、翻身枕)到压力测试毯，为长久以来仅依靠主观检测(bradon量表)增加了检测的客观性。
4.例如，公开号为cn105942981b的中国专利文献公开了一种人体压力分布测量系统，至少包括弹性缓冲层、压力测量装置和位于该弹性缓冲层下方的支撑件；其中压力测量装置包括加载所述弹性缓冲层与所述支撑件之间，用于测量所述弹性缓冲层的下表面各个分布点的压力值的力敏传感器组，；用于将所述力敏传感器组生成的传感信号放大的信号放大模块；用于将所述信号放大模块输出的放大传感信号转换为数字信号的a/d转换器模块；用于将所述数字信号还原成所述弹性缓冲层上表面各个分布点的压力值的数据处理模块以及用于显示所述弹性缓冲层上表面各个分布点的压力值的压力显示模块；其中，所述力敏传感器组、信号放大模块、a/d转换器模块、数据处理模块和压力显示模块依次串联连接；所述力敏传感器组还用于：在支撑件的各个部分依次上升再下降的过程中测量所述弹性缓冲层的下表面各个分布点的压力值。该专利将弹性缓冲层下表面各个分布点的压力还原为弹性缓冲层上表面各个分布点的压力，从而获得人体压力分布。但是该专利提供的压力测量装置采用弹性缓冲层以及支撑件构成，其机械性能在柔性上存在局限，无法测量剪切力，在人体压力冲击下造成的折叠或者扭曲会严重影响测量的准确性，而且在而且其透气性也较差，长期使用也会造成压力性损伤。
5.例如，公开号为cn107607233a的中国专利文献公开了一种基于电容材料和气囊矩阵的人体压力分布测量方法，包括以下步骤：1、在柔性材料上设置电极阵列，所述柔性材料下面设置气囊矩阵；2、人体躺在柔性材料上，采集位于人体位置下方的电极阵列检测得到的电容信号以及气囊矩阵检测得到的气囊压力信号；3、将电容信号和气囊压力信号同信号放大模块进行放大，将所述信号放大模块输出的放大电容信号转换为数字电容信号和数字气囊压力信号；4、对数字电容信号进行处理建立人体睡姿图像，根据数字气囊压力信号获得人体各部分的压力分布情况，根据获得的人体各部位的压力分布情况建立人体睡姿压力图像。但是该上专利提供的人体压力分布测量方法采用气囊的方式采集压力信号，而气囊采集压力信号的是冲击式，需要长期充电，而且噪声比较大，会影响病人和其他人员休息。
6.基于以上采用刚性材料的压力传感器存在的限制，现有测量人体压力分布的传感
器采用具有可拉伸、可形变的柔性压力传感器，其突出的特点是薄和软。柔性压力传感器包括电容式传感器、电阻式传感器、压电电阻式传感器、采用新型材料的传感器等。新型材料可以是导电橡胶、银纳米粒子、石墨烯、金属及其氧化物纳米材料、半导体等新型敏感材料。
7.例如采用直接转移法将银纳米离子制备在聚二甲基硅氧烷(pdms)或者聚苯乙烯(ps)等材料作为薄膜衬底，从而形成敏感层薄膜，其传感原理是在压力应变下，薄膜产生微裂纹的开闭，进而引起电阻的变化。例如，可以基于单壁碳纳米管(swcnt)、pdms薄膜等组成柔性压力传感器。
8.例如，文献[1]练芸路.柔性力学传感器的结构设计、制备和性能研究[d].2020.公开了一种聚合物衬底的双面结构的柔性力学传感器，以聚乙烯亚胺/还原氧化石墨烯(pei/rgo)为敏感层，从而制备具有不同衬底结构的柔性压力传感器。该传感器灵敏度的提升主要由于其正图案产生的局部应变分布增强、背面拉胀结构产生的负泊松比特性。该文献还公开了基于银纳米线(agnws)导电网络的柔性压力传感织物。
[0009]
例如，文献[2]孙腾.柔性织物应变传感器的设计制备及性能研究[d].2020.公开了基于无尘布良好的拉伸恢复等物理特性，以及还原氧化石墨烯(rgo)优异的电学特性，并借助抗坏血酸(l-aa)还原氧化石墨烯(go)，实现了柔性织物应变传感器的进一步制备，得到了具有良好的线性应变负响应、较低迟滞、较快的响应速度、检测限较低且重复性较好的柔性力学传感器。
[0010]
例如，公开号为cn111060238a的中国专利文献公开了一种电阻式柔性压力传感器的制备方法，包括：1、提供第一柔性衬底，采用激光刻蚀所述第一柔性衬底的一表面，形成至少两种高度的微结构；2、在所述第一柔性衬底带有所述微结构的表面形成导电层，得到第一柔性基板；3、提供第二柔性基板，其中，所述第二柔性基板包括第二柔性衬底以及设于所述第二柔性衬底一表面上的电极；以及将所述第二柔性基板层叠设置于所述第一柔性基板上，且使所述电极与所述导电层相接处，得到电阻式柔性压力传感器。
[0011]
但是以上公开的用于人体压力分布测量的柔性压力传感器均聚焦于传感器的灵敏度、检测限、迟滞性、传感范围等关于压力传感器的准确性方面的参数，但没有考虑到人体压力分布中压力面积准确监测的问题，也没有考虑到如何根据人体压力分布评估目标人群的移动能力、活动能力的问题。因此，需要对现有技术进行改进以准确地确定人体压力分布中的压力面积，从而能够客观地评估目标人群的移动能力，进而客观、准确地预防和检测压力性损伤。
[0012]
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
技术实现要素：[0013]
针对现有技术之不足，本发明提供了一种用于测量人体压力性损伤的压力传感装置，至少包括传感器阵列。所述传感器阵列包括至少一个第一传感单元和至少一个第二传感单元。第一传感单元用于检测压力。第二传感单元用于检测所述第一传感单元产生的作用力。第二传感单元能够通过所述作用力在面层发生形变或未发生形变的状态下检测与所
述面层的接触面积。目前的压力传感装置只能检测压力性损伤发生因素的一小部分，即现有技术聚焦于压力传感器的厚度、可弯曲程度、灵敏度、检测限、迟滞性、传感范围等关于压力传感器的准确性方面的参数，这种检测指标仅是得到所测得压力，而对于压力面积尤其是压力作用的边缘区域的表征比较模糊甚至无法表征，这种基于单一压力的检测指标在评估压力性损伤时需要配合大量的主观指标而无法客观化评估，很大程度影响了压力性损伤的预防和检测，使其不能得到有效的控制，对于医疗成本和医务工作者工作量的减少不能提供有效的帮助。本发明基于以上问题，除了利用第一传感单元检测压力指标外，还利用能够与第一传感单元联动的第二传感单元来精确地获取压力面积，并且能够准确地、高灵敏地表征压力影响较小的边缘区域。这种能够准确地、高灵敏地表征压力影响较小的边缘区域的方式是通过与第一传感单元形变时产生的作用力来拉动或推动第二传感单元发生形变。第二传感器形变本身能够传递相应的传感信息，再加上本发明利用第二传感器发生形变时与层面接触，并通过接触面积的变化传递传感力学信息，极大地提高了灵敏度。需要说明地是，通常压力作用区域的边缘，由于压力较弱，面层可能不会发生形变或者形变较小，本发明通过拉动或者推动第二传感单元能够检测面层未发生形变或者形变较小时与面层的接触面积，可以将形变和接触面积的变化转化为电阻值的变化进而进行传感，从而能够精确地获取压力面积、人体压力作用的方向和大小变化，即本发明的压力分布不仅能够准确地传感压力面积，还能够传感压力作用边缘区域力的大小和方向。此外，这种压力面积与压力作用边缘区域力的大小和方向的变化可以转化为目标人群移动能力、活动能力的客观指标，从而能够客观地评估目标人群的移动能力，进而客观、准确地预防和检测压力性损伤。
[0014]
本发明还提供一种用于测量人体压力性损伤的压力传感装置，至少包括面层。在面层内设置有第一传感单元和第二传感单元。所述第二传感单元相对所述面层的至少一侧与所述面层不平行且不垂直。所述第二传感单元与所述面层不平行且不垂直的一侧能够在所述第一传感单元的作用力下改变与所述面层之间的角度。
[0015]
本发明还提供一种用于测量人体压力性损伤的压力传感装置，至少包括位于第一表层和第二表层之间的传感器阵列。所述传感器阵列至少包括第一传感单元和第二传感单元。所述第二传感单元配置为能够在压力下传感所述第一传感单元对所述第二传感单元产生的作用力以及所述第一表层和/或第二表层产生的形变共同导致的所述第二传感单元与所述第一表层和/或第二表层接触面积的变化。
[0016]
根据一种优选实施方式，在所述第一传感单元和第二传感单元之间设置有用于传递作用力的第一连接件。所述第一连接件的一端与所述第一传感单元连接，另一端与所述第二传感单元连接。优选地，所述第一连接件的一端与所述第一传感单元连接，另一端能够在所述第一传感单元形变的情况下与所述第二传感单元抵靠。优选地，所述第一连接件的一端与所述第二传感单元连接，另一端能够在所述第一传感单元形变的情况下与所述第一传感单元抵靠。优选地，所述第一连接件能够以环绕所述第一传感单元和第二传感单元的方式设置。
[0017]
根据一种优选实施方式，所述第一传感单元至少包括第一段体和第二段体。所述第一段体与面层的第一表层连接/接触。所述第二段体与面层的第二表层连接/接触。所述第一段体的第三方向的截面面积沿所述第一表层到第二表层的方向减小/增加。所述第二
段体的第三方向的截面面积沿所述第二表层到第一表层的方向减小/增加。优选地，所述第一段体和第二段体至少在朝向所述第二传感单元的第一方向上的侧壁形成缺口/突起。
[0018]
根据一种优选实施方式，所述第一传感单元通过所述第一段体和第二段体发生形变导致的电阻变化传感人体压力。在所述第一传感单元承受压力的情况下，所述第一段体和第二段体发生形变使得所述第一表层与第二表层之间的距离减小。所述第一段体和第二段体的缺口/突起的第四方向的截面向所述第一方向延伸。优选地，在所述第一段体和第二段体至少在朝向所述第二传感单元的第一方向上的侧壁形成缺口且承受压力的情况下，所述第一段体和第二段体在所述第一方向的侧壁至少能够部分彼此贴合。
[0019]
根据一种优选实施方式，所述第一传感单元至少包括与第一表层连接/接触的第一段体以及与第二表层接触的第二段体。在所述第一表层承受压力的情况下，所述第二段体发生形变以增加与所述第二表层的接触面积。在压力大于所述第二段体形变阈值的情况下，所述第一段体发生形变使得所述第一段体沿第三方向的截面面积增大。在压力继续增大超过所述第一段体的形变阈值的情况下，所述第二段体沿所述第二表层移动使得所述第一段体至少一侧的侧壁与所述第二表层接触。
[0020]
根据一种优选实施方式，所述第二传感单元至少包括第三段体和第四段体。所述第三段体与第一表层连接/接触，所述第四段体与第二表层连接/接触。所述第三段体和第四段体至少在朝向所述第一传感单元的第二方向上的侧壁形成突起。
[0021]
根据一种优选实施方式，在所述第一传感单元通过第一连接件传递作用力的情况下，所述第三段体和第四段体发生形变以增大/减小所述第三段体和第四段体之间的夹角，从而使得所述第三段体和/或第四段体的至少一侧的侧壁能够接触形变或未形变的面层。
[0022]
根据一种优选实施方式，所述第三段体通过第二连接件与所述第一表层连接。所述第四段体通过第三连接件与所述第二表层连接。所述第二连接件和第三连接件能够随所述第三段体和第四段体之间角度的增大/减小而发生形变。优选地，所述第二连接件和第三连接件的部分与所述面层接触。所述第二连接件和第三连接件能够随所述第三段体和第四段体之间角度的增大/减小而改变与所述面层接触的面积。
[0023]
根据一种优选实施方式，所述第三段体和/或第四段体的至少一侧侧壁设置有至少一个凸部。
[0024]
本发明还提供一种用于人体压力分布测量的压力敏感结构，至少包括传感器阵列，所述传感器阵列包括至少一个用于检测压力的第一传感单元以及至少一个第二传感单元，
[0025]
在第一传感单元和第二传感单元发生形变和/或接触面积发生变化的情况下，其受到的力而产生的形变或者与层面接触面积的变化对应转换为电阻的变化，或在若干第一传感单元之间，和/或第一传感单元与第二传感单元之间的电路连接关系发生变化；基于电阻、电流和/或电压的变化获取第一传感单元的压力相关信息。
[0026]
优选地，所述第二传感单元配置为能够在压力下传感所述第一传感单元对所述第二传感单元产生的作用力以及由面层产生的形变共同导致的所述第二传感单元与所述面层接触面积的变化。
[0027]
优选地，所述第二传感单元相对面层的至少一侧与面层不平行且不垂直，
[0028]
从而第二传感单元与面层不平行且不垂直的一侧能够在第一传感单元的作用力
下改变与面层之间的角度。
[0029]
优选地，第一传感单元至少包括第一段体和第二段体，诉搜狐第一段体与面层的第一表层连接/接触，所述第二段体与面层的第二表层连接/接触，
[0030]
所述第一段体和所述第二段体连接，或者所述第一段体和所述第二段体是一体成形的。
[0031]
优选地，所述第一段体和所述第二段体按照在第一传感单元承受压力的情况下，横截面逐渐变大，其径向产生一定的位移的方式设置，从而所述第一传感单元产生一作用力，
[0032]
所述第一传感单元将该作用力传感至所述第二传感单元以用来评估该作用力对其周围局域的影响。
[0033]
优选地，所述第一段体和所述第二段体的设置方式至少包括：
[0034]
所述第一段体的第三方向的截面面积沿所述第一表层到第二表层的方向减小/增加；
[0035]
所述第二段体的第三方向的截面面积沿所述第二表层到第一表层的方向减小/增加。
[0036]
优选地，所述第一段体和所述第二段体的设置方式至少包括：
[0037]
所述第一段体和第二段体至少在朝向所述第二传感单元的第一方向上的侧壁形成缺口/突起。
[0038]
优选地，在所述第一传感单元和第二传感单元之间设置有用于传递作用力的第一连接件，其中，
[0039]
所述第一连接件的一端与所述第一传感单元连接，另一端与所述第二传感单元连接，
[0040]
或者另一端能够在所述第一传感单元形变的情况下与所述第二传感单元抵靠；
[0041]
或者
[0042]
所述第一连接件的一端与所述第二传感单元连接，另一端能够在所述第一传感单元形变的情况下与所述第一传感单元抵靠；
[0043]
或者
[0044]
所述第一连接件能够以环绕所述第一传感单元和第二传感单元的方式设置。
[0045]
优选地，所述第二传感单元至少包括第三段体和第四段体，其中，
[0046]
在所述第一传感单元通过第一连接件传递作用力的情况下，所述第三段体和第四段体发生形变以增大/减小所述第三段体和第四段体之间的夹角，从而使得所述第三段体和/或第四段体的至少一侧的侧壁能够接触形变或未形变的面层。
[0047]
优选地，所述第三段体与第一表层连接/接触，所述第四段体与第二表层连接/接触，其中，
[0048]
在第一传感单元通过第一连接件对第二传感单元产生推力的情况下，第三段体和第四段体之间的角度增大，进而第三段体与第二连接件的端部至少存在向上移动的情况，第四段体与第三连接件的端部至少存在向下移动的情况，从而第二连接件朝向第一表层转动且与第一层面的接触面积变大。
附图说明
[0049]
图1为本发明第一传感单元和第二传感单元的一种优选实施方式的结构示意图；
[0050]
图2为本发明第一传感单元和第二传感单元的另一种优选实施方式的结构示意图；
[0051]
图3为本发明第一传感单元和第二传感单元的又一种优选实施方式的结构示意图；
[0052]
图4为本发明的第二传感单元的一种预选实施方式的结构示意图；
[0053]
图5为本发明的传感器阵列的一种优选实施方式的示意图；
[0054]
图6为本发明的一种优选实施方式的模块示意图。
[0055]
附图标记列表
[0056]
100：控制模块；200：扫描模块；300：传感器阵列；400：信号处理模块；500：通信模块；600：电源模块；700：面层；310：第一传感单元；320：第二传感单元；330：第一连接件；311：第一段体；312：第二段体；313：第四连接件；314：第五连接件；321：第三段体；322：第四段体；323：第二连接件；324：第三连接件；325：凸部；710：第一表层；720：第二表层。
具体实施方式
[0057]
下面结合附图对本发明进行详细说明。首先对相关术语和原理进行介绍。
[0058]
优选地，柔性压力传感器是柔性电子器件中最重要的一类，能够符合任意曲线表面形状，并在电性的人体活动如身体接触和人体有规律的生理过程中所产生的压力产生电信号。目前开发的各种表面和分层微结构的pdms薄膜，均是纳米、微米级的微结构。本发明的面层700可以采用pdms薄膜、聚酯膜或者其他材料制作的柔性薄膜。优选地，可以在面层700上沉积、旋涂固化导电层，或者采用具有导电性能的薄膜。优选地，导电层可以是金属、氧化石墨烯等导电材料或者压阻材料(纳米力敏材料)。优选地，本发明的传感器阵列300可以采用压电材料、半导体材料、有机高分子材料(导电橡胶、导电织物等)等材料制作。本发明的传感器阵列300中的第一传感单元310和第二传感单元320还可以是弹性压阻材料外旋涂或者固化一层导电层。优选地，本发明的第一传感单元310、第二传感单元320以及第一连接件330等用于传感的结构的尺寸可以在厘米到纳米数量级。对于微米、纳米数量级的微结构可以利用光刻胶、旋涂、固化、磁控溅射、icp等离子刻蚀等工艺制作或者类似comos、绝缘体上硅(soi)等工艺制作，本发明不再赘述。
[0059]
优选地，本发明的传感器阵列300的传感原理如下：
[0060]
本发明的传感原理与压阻式柔性压力传感器相似，本发明的第一传感单元310和第二传感单元320为敏感单元，能够将其受到的力而产生的形变或者与层面700接触面积的变化对应转换为电阻的变化。当电阻变化其对应的电流和/或电压也对应产生变化，进而可以获取压力、压力面积、第一传感单元310因压力产生的作用力的方向和大小以及作用的区域范围等信息传感。具体而言，一种优选实施方式可以是层面700中的第一表面710和第二表层720可以是导电的。第一传感单元310和第二传感单元320可以是压阻材料制作的，在形变下电阻产生变化。或者第一传感单元310和第二传感单元320的表面可以是导电的，在与第一表层710和第二表层720接触面积变化时其电阻发生变化。或者，第一传感单元310和第二传感单元320可以是压阻材料制作，并且至少其表面可以导电。例如可以在压阻材料的表
面制作导电层，当第一传感单元310和第二传感单元320发生形变和/或接触面积发生变化的情况下，其电阻也发生变化。通过该设置方式，本发明的压力传感装置相当于多个阻值可变的电阻的并联，因此阻值变化其对应的电流也会发生变化。优选地，还可对第一表层710和第二表层720制作图案以使得第一传感单元310和第二传感单元320，或者第一传感单元310与其他第一传感单元310、第二传感单元320之间的电路连接关系发生变化，进而能够获取压力相关信息，例如可以是如图5所示的第一传感单元310和第二传感单元320的分布方式。如图5所示，一个第一传感单元310其周向间隔设置多个第二传感单元320。第一传感单元310分别与其周向分布的第二传感单元320单独连接。优选地，周向分布的第二传感单元320还可以彼此并联或串联，当其中某一个第二传感单元320的阻值发生变化的情况下，其电流或者电压对应发生变化。优选地，如图5所示，可以通过对每个第一传感单元310和/或第二传感单元320逐个扫描的方式分别获取每个第一传感单元310和/第二传感单元320的数据。
[0061]
优选地，本发明的压力传感装置还可以内置、外置或者封装电源模块600、通信模块500、控制模块100、信号处理模块400、扫描模块200。优选地，如图6所示，控制模块100控制扫描模块200按一定顺序扫描传感器阵列300。传感器阵列300将传感信号传输至信号处理模块400。信号处理模块400将信号传输至控制模块100。控制模块100将数据传输至通信模块500。通信模块500将数据传输至上位机。
[0062]
优选地，控制模块100可以是中央处理器(central processing unit，cpu)，微控制单元(mcu)、通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application-specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。控制模块100用于控制扫描模块200的扫描方式和时序。控制模块100将信号处理模块400传输的数据传输至通信模块500。控制模块100控制通信模块500以无线和/或有线的方式传输至上位机。优选地，扫描模块200可以是由多路模拟选择开关、译码器和缓冲器组成。优选地，信号处理模块400将传感器阵列300输出的信号转换为电压信号或者电流信号，并对其进行放大调理(降噪)后传输至控制模块100。优选地，信号处理模块400至少包括运算放大器。
[0063]
优选地，如图1至图4所示，本发明提供了一种用于测量人体压力性损伤的压力传感装置，至少包括传感器阵列300。所述传感器阵列300包括至少一个第一传感单元310和至少一个第二传感单元320。第一传感单元310用于检测压力。第二传感单元320用于检测所述第一传感单元310产生的作用力。第二传感单元320能够通过作用力在面层700发生形变或未发生形变状态下检测与所述面层700的接触面积。目前的压力传感装置只能检测压力性损伤发生因素的一小部分，即现有技术聚焦于压力传感器的厚度、可弯曲程度、灵敏度、检测限、迟滞性、传感范围等关于压力传感器的准确性方面的参数，这种检测指标仅是得到所测得压力，而对于压力面积尤其是压力作用的边缘区域的表征比较模糊甚至无法表征，这种基于单一压力的检测指标在评估压力性损伤时需要配合大量的主观指标而无法客观化评估，很大程度影响了压力性损伤的预防和检测，使其不能得到有效的控制，对于医疗成本和医务工作者工作量的减少不能提供有效的帮助。本发明基于以上问题，除了利用第一传感单元310检测压力指标外，还利用能够与第一传感单元310联动的第二传感单元320来精
确地获取压力面积，并且能够准确地、高灵敏地表征压力影响较小的边缘区域。这种能够准确地、高灵敏地表征压力影响较小的边缘区域的方式是通过与第一传感单元310形变时产生的作用力来拉动或推动第二传感单元320发生形变。第二传感器320形变本身能够传递相应的传感信息，再加上本发明利用第二传感器320发生形变时与层面700接触，并通过接触面积的变化传递传感力学信息，极大地提高了灵敏度。需要说明地是，通常压力作用区域的边缘，由于压力较弱，面层700可能不会发生形变或者形变较小，本发明通过拉动或者推动第二传感单元320能够检测面层700未发生形变或者形变较小时与面层700的接触面积，可以将形变和接触面积的变化转化为电阻值的变化进而进行传感，从而能够精确地获取压力面积、人体压力作用的方向和大小变化，即本发明的压力分布不仅能够准确地传感压力面积，还能够传感压力作用边缘区域力的大小和方向。此外，这种压力面积与压力作用边缘区域力的大小和方向的变化可以转化为目标人群移动能力、活动能力的客观指标，从而能够客观地评估目标人群的移动能力，进而客观、准确地预防和检测压力性损伤。
[0064]
优选地，压力传感装置至少包括面层700。在面层700内设置有第一传感单元310和第二传感单元320，如图1至图3所示。第二传感单元320相对面层700的至少一侧与面层700不平行且不垂直，如图1至图3所示。第二传感单元320与面层700不平行且不垂直的一侧能够在第一传感单元310的作用力下改变与面层700之间的角度。通过该设置方式，第二传感单元320与面层700不平行且不垂直的一侧使得第二传感单元320能够与层面700的接触面积发生变化，通过该变化能够获取压力作用的边缘的力的方向和大小。而且通常压力作用区域的边缘的作用力较弱，并且可以面层700不会发生形变，通过第一传感单元310的作用力导致第二传感单元320的形变以及接触面积的双重变化，显著提高了对边缘的作用力的传感灵敏度，即使在面层700不发生变化的情况下也能够传感到该区域的力的变化。
[0065]
优选地，压力传感装置至少包括位于第一表层710和第二表层720之间的传感器阵列300。传感器阵列300至少包括第一传感单元310和第二传感单元320。第二传感单元320配置为能够在压力下传感第一传感单元310对第二传感单元320产生的作用力以及第一表层710和/或第二表层720产生的形变共同导致的第二传感单元320与第一表层710和/或第二表层720接触面积的变化。在以上设置增加对压力作用区域边缘力的传感灵敏度的基础上，能够精确地获取压力作用的区域以及压力对其区域作用的力的方向和大小，进而通过这种压力的面积、大小、方向的变化能够获取或评估目标人群的移动能力和活动能力，从而为压力性损伤的客观、准确评估提供数据基础。
[0066]
优选地，如图1至图3所示，在第一传感单元310和第二传感单元320之间设置有用于传递作用力的第一连接件330。第一连接件330的一端与第一传感单元310连接，另一端与第二传感单元320连接。优选地，第一连接件330的一端与第一传感单元310连接，另一端能够在第一传感单元310形变的情况下与第二传感单元320抵靠。优选地，第一连接件330的一端与第二传感单元320连接，另一端能够在第一传感单元310形变的情况下与第一传感单元310抵靠。优选地，如图3所示，第一连接件330能够以环绕第一传感单元310和第二传感单元320的方式设置。优选地，第一连接件330需要具有一定的刚性以确保力的传递。通过该设置方式，第一传感单元310能够对第二传感单元320传递拉力或者推力。优选地，如图1所示的第一传感单元310，能够对第二传感单元320产生推力。如图2所示，在压力的作用下第一传感单元310的横截面增大，从而对第二传感单元320产生拉力。如图3所示，在压力的作用下，
第一传感单元310的第二段体312向第一方向的反方向，即第二方向移动，从而对第二传感单元320产生拉力。
[0067]
优选地，如图1和图2所示，第一传感单元310至少包括第一段体311和第二段体312。第一段体311与面层700的第一表层710连接/接触。第二段体312与面层700的第二表层720连接/接触。优选地，第一段体311和第二段体312连接。或者第一段体311和第二段体312是一体成形的。优选地，第一段体311可以通过第四连接件313与第一表层710连接。第二段体312可以通过第五连接件314与第二表层720连接。通过该设置方式，能够降低制作工艺难度，且提高第一传感体310的机械性能。
[0068]
优选地，如图1和图2所示，第一段体311的第三方向的截面面积沿第一表层710到第二表层720的方向减小/增加。优选地，第三方向可以是垂直与第一传感单元310的方向。第二段体312的第三方向的截面面积沿第二表层720到第一表层710的方向减小/增加。优选地，第一段体311和第二段体312至少在朝向第二传感单元320的第一方向上的侧壁形成缺口/突起，如图1和图2所示。优选地，第一传感单元310可以是圆形、方向或者不规则形状。通过以上设置方式，在第一传感单元310承受压力的情况下，第一段体311和第二段体312的横截面会逐渐变大，进而其径向会产生一定的位移，从而产生一作用力，通过该将该作用力传感至第二传感单元320就能够评估该压力对其周围局域的影响。例如，在第一连接件330的两端分别连接第一传感单元310和第二传感单元320的情况下，第一连接件330可以设置为具有一定的弹性和刚性，只有在施压一定的作用力的情况下，第一连接件330形变到极限后会推动/拉动第二传感单元320。或者是，第一连接件330不具有弹性，第一连接件330的另一端与第二传感单元320有一定的距离，只有在第一传感单元310形变到一定程度后才会与第二传感单元320抵靠，进而推动/拉动第二传感单元320。通过第一连接件330本身的形变阈值或者第一连接件330与第二传感单元320的距离，至少能够调节对第一传感单元310压力作用区域范围的调节。
[0069]
根据一种优选实施方式，第一传感单元310通过第一段体311和第二段体312发生形变导致的电阻变化传感人体压力。在第一传感单元310承受压力的情况下，第一段体311和第二段体312发生形变使得第一表层710与第二表层720之间的距离减小。第一段体311和第二段体312的缺口/突起的第四方向的截面向第一方向延伸。优选地，第四方向可以是垂直层面700的方向。优选地，在第一段体311和第二段体312至少在朝向第二传感单元320的第一方向上的侧壁形成缺口且承受压力的情况下，第一段体311和第二段体312在第一方向的侧壁至少能够部分彼此贴合，如图1所示。通过该设置方式，如图1所示的第一传感单元310的第一段体311和第二段体312能够彼此贴合，进而贴合之后的导电面积增大，进而在形变和面积的双重作用下提高了第一传感单元310的变化范围。此外，在压力不是垂直作用的情况下，如图1所示的实施方式，能够进一步加剧其缺口变化的位移，即第一段体311和第二段体312的径向位移会增加，进而第二传感单元320受到的作用力会被加剧，从而第二传感单元320能够传感在压力不同施加方向对周围区域的作用。
[0070]
优选地，如图3所示，第一传感单元310至少包括与第一表层710连接/接触的第一段体311以及与第二表层720接触的第二段体312。在第一表层710承受压力的情况下，第二段体312发生形变以增加与第二表层720的接触面积。在压力大于第二段体312形变阈值的情况下，第一段体311发生形变使得第一段体311沿第三方向的截面面积增大。在压力继续
增大超过第一段体311的形变阈值的情况下，第二段体312沿第二表层720移动使得第一段体311至少一侧的侧壁与第二表层720接触。通过该设置方式，通过不同阶段的形变和接触面积的变化来进行传感，从而有利于压力标定和对转化对应压力传感范围的调节。而且，如图2所示，当第二段体312滑动时，其对第一连接件330产生的拉力会被加剧，从而放大第一传感单元310对第二传感单元320的作用力，进而提高第二传感单元320的灵敏度。
[0071]
优选地，如图1至图4所示，第二传感单元320至少包括第三段体321和第四段体322。第三段体321与第一表层710连接/接触。第四段体322与第二表层720连接/接触。第三段体321和第四段体322至少在朝向第一传感单元310的第二方向上的侧壁形成突起。
[0072]
根据一种优选实施方式，在第一传感单元310通过第一连接件330传递作用力的情况下，第三段体321和第四段体322发生形变以增大/减小第三段体321和第四段体322之间的夹角，从而使得第三段体321和/或第四段体322的至少一侧的侧壁能够接触形变或未形变的面层700。通过该设置方式，在层面700发生形变的情况下，由于第三段体323和第四段体324本身与层面700不平行和不垂直，因此能够至少与层面700接触，从而通过接触的面积的变化导致的电阻变化来获取压力对边缘区域的作用力的大小和方向。在层面700不发生形变的情况下，由于第三段体323和第四段体324可以在第一连接件330的作用下发生形变，进而能够向第一表层710和/或第二表层720移动，进而与第一层面710和/或第二层面720接触，从而通过接触面积导致的电阻值变化来获取压力对周围区域的作用力的大小和方向。
[0073]
优选地，第三段体321通过第二连接件323与第一表层710连接。第四段体322通过第三连接件324与第二表层720连接。通过该设置方式，第二连接件323和第三连接件324能够随第三段体321和第四段体322之间角度的增大/减小而发生形变。优选地，第二连接件323和第三连接件324可以是方形或者类圆形，如图2和图3所示。优选地，如图1所示，第二连接件323和第三连接件324的部分与面层700接触。第二连接件323和第三连接件324可以通过弹性件与面层700连接。第二连接件323和第三连接件324能够随第三段体321和第四段体322之间角度的增大/减小而改变与面层700接触的面积。优选地，如图1所示，在第一传感单元310通过第一连接件330对第二传感单元330产生推力的情况下，第三段体321和第四段体322之间的角度增大，进而第三段体321与第二连接件323的端部至少存在向上移动的情况，第四段体322与第三连接件324的端部至少存在向下移动的情况，从而第二连接件323朝向第一表层710转动且与第一层面710的接触面积变大。第三连接件324朝向第二表层720转动且与第二标称720的接触面积变大。
[0074]
优选地，如图4所示，第三段体321和/或第四段体322的至少一侧侧壁设置有至少一个凸部325。通过该设置方式，凸部325在层面700的作用下发生形变能够增加与层面700的接触面积，进而提高第二传感单元320的灵敏度。
[0075]
本发明说明书包含多项发明构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。
[0076]
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非
构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
技术特征：1.一种用于人体压力分布测量的压力敏感结构，其特征在于，至少包括传感器阵列(300)，所述传感器阵列(300)包括至少一个用于检测压力的第一传感单元(310)以及至少一个第二传感单元(320)，在第一传感单元(310)和第二传感单元(320)发生形变和/或接触面积发生变化的情况下，其受到的力而产生的形变或者与层面(700)接触面积的变化对应转换为电阻的变化，或在若干第一传感单元(310)之间，和/或第一传感单元(310)与第二传感单元(320)之间的电路连接关系发生变化；基于电阻、电流和/或电压的变化获取第一传感单元(310)的压力相关信息。2.根据权利要求1所述的用于人体压力分布测量的压力敏感结构，其特征在于，所述第二传感单元(320)配置为能够在压力下传感所述第一传感单元(310)对所述第二传感单元(320)产生的作用力以及由面层(700)产生的形变共同导致的所述第二传感单元(320)与所述面层(700)接触面积的变化。3.根据权利要求1或2所述的用于人体压力分布测量的压力敏感结构，其特征在于，所述第二传感单元(320)相对面层(700)的至少一侧与面层(700)不平行且不垂直，从而第二传感单元(320)与面层(700)不平行且不垂直的一侧能够在第一传感单元(310)的作用力下改变与面层(700)之间的角度。4.根据权利要求1～3任一项所述的用于人体压力分布测量的压力敏感结构，其特征在于，第一传感单元(310)至少包括第一段体(311)和第二段体(312)，所述第一段体(311)与面层(700)的第一表层(710)连接/接触，所述第二段体(312)与面层(700)的第二表层(720)连接/接触，所述第一段体(311)和所述第二段体(312)连接，或者所述第一段体(311)和所述第二段体(312)是一体成形的。5.根据权利要求1～4任一项所述的用于人体压力分布测量的压力敏感结构，其特征在于，所述第一段体(311)和所述第二段体(312)按照在第一传感单元(310)承受压力的情况下，横截面逐渐变大，其径向产生一定的位移的方式设置，从而所述第一传感单元(310)产生一作用力，所述第一传感单元(310)将该作用力传感至所述第二传感单元(320)以用来评估该作用力对其周围局域的影响。6.根据权利要求1～5任一项所述的用于人体压力分布测量的压力敏感结构，其特征在于，所述第一段体(311)和所述第二段体(312)的设置方式至少包括：所述第一段体(311)的第三方向的截面面积沿所述第一表层(710)到第二表层(720)的方向减小/增加；所述第二段体(312)的第三方向的截面面积沿所述第二表层(720)到第一表层(710)的方向减小/增加。
7.根据权利要求1～6任一项所述的用于人体压力分布测量的压力敏感结构，其特征在于，所述第一段体(311)和所述第二段体(312)的设置方式至少包括：所述第一段体(311)和第二段体(312)至少在朝向所述第二传感单元(320)的第一方向上的侧壁形成缺口/突起。8.根据权利要求1～7任一项所述的用于人体压力分布测量的压力敏感结构，其特征在于，在所述第一传感单元(310)和第二传感单元(320)之间设置有用于传递作用力的第一连接件(330)，其中，所述第一连接件(330)的一端与所述第一传感单元(310)连接，另一端与所述第二传感单元(320)连接，或者另一端能够在所述第一传感单元(310)形变的情况下与所述第二传感单元(320)抵靠；或者所述第一连接件(330)的一端与所述第二传感单元(320)连接，另一端能够在所述第一传感单元(310)形变的情况下与所述第一传感单元(310)抵靠；或者所述第一连接件(330)能够以环绕所述第一传感单元(310)和第二传感单元(320)的方式设置。9.根据权利要求1～8任一项所述的用于人体压力分布测量的压力敏感结构，其特征在于，所述第二传感单元(320)至少包括第三段体(321)和第四段体(322)，其中，在所述第一传感单元(310)通过第一连接件(330)传递作用力的情况下，所述第三段体(321)和第四段体(322)发生形变以增大/减小所述第三段体(321)和第四段体(322)之间的夹角，从而使得所述第三段体(321)和/或第四段体(322)的至少一侧的侧壁能够接触形变或未形变的面层(700)。10.根据权利要求9所述的用于人体压力分布测量的压力敏感结构，其特征在于，所述第三段体(321)与第一表层(710)连接/接触，所述第四段体(322)与第二表层(720)连接/接触，其中，在第一传感单元(310)通过第一连接件(330)对第二传感单元(330)产生推力的情况下，第三段体(321)和第四段体(322)之间的角度增大，进而第三段体(321)与第二连接件(323)的端部至少存在向上移动的情况，第四段体(322)与第三连接件(324)的端部至少存在向下移动的情况，从而第二连接件(323)朝向第一表层(710)转动且与第一层面(710)的接触面积变大。
技术总结本发明涉及用于人体压力分布测量的压力敏感结构，至少包括传感器阵列，传感器阵列(300)包括至少一个用于检测压力的第一传感单元(310)以及至少一个第二传感单元(320)，在第一传感单元(310)和第二传感单元(320)发生形变和/或接触面积发生变化的情况下，其受到的力而产生的形变或者与层面(700)接触面积的变化对应转换为电阻的变化，或在若干第一传感单元(310)之间，和/或第一传感单元(310)与第二传感单元(320)之间的电路连接关系发生变化；基于电阻、电流和/或电压的变化获取第一传感单元(310)的压力相关信息。本发明利用能够与第一传感单元联动的第二传感单元来精确地获取压力面积，准确地、高灵敏地表征压力影响较小的动缘区域。小的动缘区域。小的动缘区域。
技术研发人员：马玉霞 韩琳 燕芳红 王玉坦 张园园 李思君 苏文丽
受保护的技术使用者：兰州大学
技术研发日：2020.11.03
技术公布日：2022/7/5
