一种婴孩尿床报警装置的制作方法

本发明属于自动检测领域，提供一种用于检测婴孩尿床并发出警报的自动化装置。

背景技术：

随着社会现代化的发展，父母对于婴孩的照顾越来越细致。在婴孩学会说话之前，监护者只能通过婴孩的面部表情以及啼哭来判断婴孩的状态好坏，但婴孩的哭闹往往是多种原因的，监护者无法直接有效的根据婴孩的哭闹情况准确判断是否出现了尿床。

传统的查看方式为人工检查，比如，用手伸入检查或直接用眼睛观察，但上述两种方法都存在一定的缺陷，首先人工检查的方法需要监护者极大的耐心和细心，若要达到不尿床的效果，需要很高的检查频率，加大了监护者的劳动强度；另外，用手直接伸入尿床位置检查时，监护者手部病菌会随之沾染在婴孩皮肤表面，引起细菌感染等问题，而且婴孩娇嫩的皮肤也容易被监护者坚硬的指甲划破、划伤，加剧病菌感染程度，另一方面，婴孩尿液也会反之污染监护者的手部，因此，用手直接检查的安全性和卫生性都比较差；而用眼睛直接观察方法，首先由于尿液在布质材料的渗透现象，使得尿床程度不易分辨，另外，如果眼睛可以直接看到的话，也意味着包裹婴孩的襁褓或尿不湿处于打开状态，骤然的周围环境温度变化会增加婴孩感染感冒、风寒等疾病的风险，因此，此方法也不够理想。

除此之外，仅依靠婴孩自身反应作为判断其是否尿床的依据存在极大的不确定性，由于每个婴孩个体的不同，有些婴孩尿床之后，并不会及时做出反应，其监护者在没有哭声信号的提醒下，可能无法及时察觉婴孩的尿床情况，这样婴孩便只能浸泡在尿湿的坏境中，若时间过长，则容易引起诸如湿疹、感冒等不良反应。另外，尿不湿是针对婴孩尿床问题现今被广泛应用的产品，其使用方便，对尿液的吸收能力较大，但若更换不及时也会出现因尿液饱和的浸泡现象，而且其包裹严密的设计对婴孩的生理发育有一定程度的负面影响。针对这些问题,为了降低监护人反复检查的频率，在婴孩尿床后能及时检测提醒减轻婴孩尿床后的不适，设计了一种具有尿床自动检测报警能力的检测装置,其中检测传感器是该装置的核心,检测的精确程度是判断该婴孩尿床报警装置质量的重要依据和标准。

中国专利CN201320890639和CN201520223789已经公开了两种婴儿尿床报警器。其中专利CN201320890639中的装置包括测试头、警报器外壳、检测放大电路、延迟放大电路、语音警报电路以及电源电路，检测放大电路中有湿敏电阻，如果婴孩尿床,湿敏电阻通过检测感知湿度变化程度使其电阻值减小，同时在后续电路配合下，扬声器报警提示更换尿布。专利CN201520223789中的装置包括湿度检测装置和报警装置，当湿度检测装置检测到湿度变化时，将电信号传递给报警器,使其发出警报声，同时点亮二极管,引起监护人的注意。

但是在实际应用环境中，婴孩不可能长时间保持静止不动，其姿态常常发生改变，所以发生尿湿的位置一般也不可能相同，另外,尿湿后尿液流动方向和程度也具有不可预测性，因此使得上述两种采用湿度敏感元件的检测报警装置受条件限制，在实际使用过程中无法准确、快速地检测到婴孩是否尿床，而且敏感元件的安置方式和位置也容易引起婴孩的不适感，除此之外，湿度敏感元件的长期稳定性不足，在此工作环境中易受到污染性物质的影响，长时间使用会出现老化问题，精度下降，使用寿命亦随之缩减。考虑到现有婴儿尿床报警装置的不足,具有快速准确检测能力，婴儿使用舒适，耐水洗，使用寿命更长的尿床检测报警装置的设计和制造是目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对现有需求提出的问题，本发明拟解决的技术问题是：提供一种婴孩尿床报警装置。该装置具有检测精度高、反应快、耐久性好、耐水洗、柔软、舒适、与人接触安全等特点。

本发明提供一种婴孩尿床报警装置，包括设置在床板上的尿床检测垫、与尿床检测垫连接的信号处理器，以及与信号处理器连接的报警指示器；

其中，所述的尿床检测垫实时监测尿床并将检测信息传输至所述的信号处理器中，所述的信号处理器对信号进行处理，对尿床情况进行判定，并传输至报警指示器进行指示；

所述的尿床检测垫包括设置在最上层的透气透水层、设置在透气透水层下方的第一保护层、设置在第一保护层下方的柔性传感器，在所述的柔性传感器下方依次设置第二保护层、防水透气层。

进一步地，所述的第一保护层、第二保护层分别位于所述柔性传感器的上侧和下侧；

两个保护层采用功能高分子薄膜制作，并能透气透水。所述的透气透水层为石墨烯层；保护层采用功能高分子薄膜制作；所述的透气透水层与第一保护层一体成型，石墨烯层通过施加胶黏剂与所述的第一保护层贴合成一体；

所述的胶黏剂由四乙氧基硅烷、去离子水、钛酸酯偶联剂PN-105按照摩尔比混合，摩尔比为1:40:1.2；上述溶液混合水解，将石墨烯层浸泡在上述溶液中，在混合液中加入催化剂高锰酸钾，加热至200℃，焙烘60s；将石墨烯层取出，并在上表面覆盖所述的高分子薄膜，浸泡在无水乙醇中；降温至20-25℃，则制得透气透水良好的石墨烯、高分子薄膜层。

进一步地，所述的柔性传感器包括两个对称分布的梳齿形导电电极，两个梳齿形导电电极的各个梳齿之间相互交错排列，相邻梳齿位于所述的两个不同导电电极上，所述相邻梳齿之间留有空隙并不接触。

进一步地，所述的导电电极采用印刷工艺铺设在聚氨酯材质的基底上，所述的两个印刷电极分别由两根印刷导线导出；

所述的两个印刷电极之间相互通电，向所述信号处理器提供信号。

进一步地，所述的透气透水层采用透水性高分子材料制作；

所述的柔性传感器利用导电布质或橡胶薄膜制作。

进一步地，所述的信号处理器包括一继电器、两个电源、两个继电器触点和一双刀双掷开关；

还包括一无线信号发射器或有线报警器。

进一步地，所述的判断电路获取M₁个周期内的每一电流瞬时值c，判断电路任取三个周期内的电流瞬时值，分别为第一组电流值、第二组电流值、第三组电流值，并按照下述计算该任意的周期内的电流重合度值。

第一、二两组的电流重合度量P₂₁，

式中，P₂₁表示第一、二两组电流的重合度值，i₁表示第一组电流值的实时采样值，i₂表示第二组电流值的实时采样值；i₃表示第三组电流值的实时采样值；T表示均方差运算，I表示积分运算。

与现有技术相比，本发明婴孩尿床报警装置能达到的有益效果为：

1)采用特殊材质的柔性传感器，对婴孩身体适应性较好，舒适度高，对人安全无害；在婴孩其姿态发生改变时，能够对尿湿的位置准确判定；

2)柔性传感器上印刷电极密集，因此，尿湿后尿液流动方向和程度可以预测；对尿床感知灵敏，检测准确性高、速度快、耐水洗，使用寿命长。

3)信号处理器电路简单，成本低廉，可靠性高。

4)可以采用无线报警器，不需较长的导线，安装方便灵活，可在不惊吓、不骚扰婴孩的前提下发出警报。

5)该装置的电磁对周围的人和其它电子设备无害，并且不受周围电磁波干扰。

附图说明

图1为本发明婴孩尿床报警装置的整体结构示意图；

图2为本发明婴孩尿床报警装置的尿床检测垫结构示意图；

图3为本发明婴孩尿床报警装置的柔性传感器结构示意图；

图4为本发明婴孩尿床报警装置的信息处理器电路(无线报警器)示意图；

图5为本发明婴孩尿床报警装置的信息处理器电路(有线报警器)示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图进一步详细阐述本发明。

请参阅图1所示，本发明实施例的婴孩尿床报警装置包括设置在床板上的尿床检测垫1、与尿床检测垫1连接的信号处理器2，以及与信号处理器连接的第一报警指示器3和第二报警指示器4。其中，所述的尿床检测垫1实时监测尿床并将检测信息传输至所述的信号处理器2中，所述的信号处理器2对信号进行处理，对尿床情况进行判定，并传输至报警指示器进行指示。

请参阅图2-3所示，所述的尿床检测垫1包括设置在最上层的透气透水层11、设置在透气透水层11下方的第一保护层12、设置在第一保护层12下方的柔性传感器13，在所述的柔性传感器13下方依次设置第二保护层14、防水透气层15。

在本发明实施例中，所述的透气透水层11位于所述尿床检测垫1整个结构的最上层，是与使用者直接接触层，考虑其与人体皮肤直接接触，需要满足舒适性及透气性要求；所述透气透水层需要为所述柔性传感器采集尿液，应具有透水性，采用透水性高分子材料制作。

所述的第一保护层12、第二保护层14分别位于所述柔性传感器13的上侧和下侧；请结合图3所示，两个保护层均要求透气透水并能够保护位于所述柔性传感器13上的导电电极131(132)；两个保护层采用功能高分子薄膜制作。

在本实施例中，所述的透气透水层为石墨烯层。

在制作时，所述的透气透水层与第一保护层12一体成型，石墨烯层通过施加胶黏剂与所述的第一保护层12贴合成一体。

所述的胶黏剂由四乙氧基硅烷、去离子水、钛酸酯偶联剂PN-105按照摩尔比混合，摩尔比为1:40:1.2。

将上述溶液混合水解，将石墨烯层浸泡在上述溶液中，在混合液中加入催化剂高锰酸钾，加热至200℃，焙烘60s；将石墨烯层取出，并在上表面覆盖所述的高分子薄膜，浸泡在无水乙醇中；降温至20-25℃，则制得透气透水良好的石墨烯、高分子薄膜层。

请结合图3所示，所述的柔性传感器13利用导电布质或橡胶薄膜制作。

所述柔性传感器13包括两个对称分布的梳齿形导电电极131(132)，所述两个梳齿形导电电极131(132)的各个梳齿之间相互交错排列，相邻梳齿位于所述的两个不同导电电极上，所述相邻梳齿之间留有空隙并不接触。

上述梳齿形导电电极的使用，能够尽可能大范围的覆盖尿床检测垫1，检测各个位置。

所述的导电电极131(132)采用印刷工艺铺设在聚氨酯材质的基底133上，所述的两个印刷电极131(132)分别由两根印刷导线134(135)导出，当有导电性液体渗入上述印刷电极两两相临的梳齿之间时，所述梳齿之间的空隙被导电性液体填充，使得位于所述两个不同印刷电极131(132)上的梳齿连通断路。

所述的两个印刷电极131(132)之间相互通电，向所述信号处理器2提供信号，所述柔性传感器13具有耐水洗的特点。

所述的防水透气层15位于第二层保护层14的下方，床垫的上方。考虑舒适性，所述防水透气层15应具有透气性，而为了避免尿液渗透浸湿下方的床垫，所述防水透气层15应具有防水性，因此采用防水透气面料制作。

上述的各层支架粘接在一起。

请参阅图4-5所示，所述的信号处理器2设置于靠近婴儿床的桌子上或其他固定平面上，包括一个继电器21、两个电源22(23)、两个继电器触点211(212)和一个双刀双掷开关24，若使用无线报警器4则所述信号处理器2中还包括一个无线信号发射器25，若使用有线报警器3则所述信号处理器2连接所述有线报警器3。

其中，所述的电源22(23)均为干电池，所述信号处理器2分为两个电路，分别称为电路1和电路2，所述电路1由一个所述继电器21、一个所述电源22、一个所述继电器触点211和一个所述双刀双掷开关24组成，所述电路1常态下处于开路状态，两端通过导线与所述柔性传感器13的两个印刷电极131(132)的引出导线134(135)相连接，用导线将一个所述继电器21、一个所述电源22、一个所述继电器触点211以及一个所述双刀双掷开关24串联，所述电路2也是串联电路，通过导线将一个所述继电器触点212、一个所述电源23和一个所述双刀双掷开关24组成，如果所述报警器采用无线报警器4，则在所述电路2中再串连一个所述无线信号发射器25，如果所述报警器采用有线报警器3，则将一个所述有线报警器3串联于所述电路2中。

所述报警器可以是有线报警器3，也可以是无线报警器4，设置于监护人容易观察到的地方，方便照顾孩子，报警器采用音乐盒或指示灯，从市场采购。

本发明实施例为了确保信号处理器的误操作，在本实施例中，还设置有采集电路及判断电路，其中，所述的采集电路与导电电极131(132)连接，采集电路的输出端与判断电路连接，判断电路与继电器线圈21连接。

所述的采集电路在两印刷电极131(132)可以相互导电时采集电流信号，以连续的N₁时间为一周期进行采样，连续采样M₁个周期，在每一周期内取一瞬时值c，按照下述公式进行计算得出平均电流值C_m，

式中，c表示任意周期内的一电流瞬时值，C_m0k表示在N₁时间内的电流平均幅值，C_m表示计算所得平均电流值，N₁表示每次取样的时间周期，M₁表示取样次数，w表示信号传输频率。

所述的判断电路获取M₁个周期内的每一电流瞬时值c，判断电路任取三个周期内的电流瞬时值，分别为第一组电流值、第二组电流值、第三组电流值，并按照下述计算该任意的周期内的电流重合度值。

第一、二两组的电流重合度量P₂₁，

式中，P₂₁表示第一、二两组电流的重合度值，i₁表示第一组电流值的实时采样值，i₂表示第二组电流值的实时采样值；i₃表示第三组电流值的实时采样值；T表示均方差运算，I表示积分运算。

第一、三两组的电流重合度量P₃₁，

式中，P₃₁表示第一、三两组电流的重合度值，i₁表示第一组电流值的实时采样值，i₂表示第二组电流值的实时采样值；i₃表示第三组电流值的实时采样值；T表示均方差运算，I表示积分运算。

第二、三两组的电流重合度量P₂₃，

式中，P₂₁表示第二、三组电流的重合度值，i₁表示第一组电流值的实时采样值，i₂表示第二组电流值的实时采样值；i₃表示第三组电流值的实时采样值；T表示均方差运算，I表示积分运算。

所述的平均电流值C_m作为比较的阈值，将三组重合度值分别与平均电流值C_m进行对比，所述的判断电路将所述计算所得的两两实际电流绝对值差值与平均电流值C_m进行比对，若所述实际电流值绝对值差值小于阈值，则断定确实有尿液，则信号处理器2的电路1导通，继电器线圈21充电；若所述实际电流绝对值差值大于阈值，则断定出现监测误差，此时电路断开，不发出报警信息。

本发明通过设置上述的冗余判定的方式，排除判定误差，避免发生误检测，提高报警的准确性。

本发明婴孩尿床报警装置的工作步骤如下：

1)准备工作

将尿床检测垫1像床单一样铺在婴孩下面，将双刀双掷开关24按下，尿床检测装置处于开启状态。

2)婴孩没有尿湿时

婴孩没有尿湿，柔性传感器13上附有的两个导电电极131(132)保持断路，信号处理器2的电路1、电路2保持断路，即报警器3或4无电力驱动或没有接收到开启信号则不会发出提醒信号。

3)婴孩尿湿时

婴孩尿湿，具备导电性质的尿液充满柔性传感器13所附着的两印刷电极131(132)之间，两印刷电极131(132)可以相互导电，此时信号处理器2的电路1导通，继电器线圈21充电，电路1中的继电器触点211闭合自锁，保持导通状态，同时电路2中继电器触点212也闭合而导通，使有线报警器3得电开启发出警报信号或通过无线信号发生器25发出信号给无线报警器4，使其接收到开启信号进入报警状态，发出警报信号。

4)关闭及重新开启婴儿尿床提醒装置

监护人发现尿床以后，重新开启双刀双掷开关24，使信号处理器2中两个电路均断开，报警器3或4进入关闭状态停止报警，将尿床检测垫1清洗、晾干后与信号处理器2以及报警器3或4连接，重新闭合双刀双掷开关，再次使用。

实验表明，本发明设计的婴孩尿床报警装置的检测准确性较高，反应速度快，耐水洗，寿命长，操作简便，婴孩使用舒适。

以上对本发明的实施进行了详细说明，但所述内容为本发明的较佳实施过程，不能被认为用于限定本申请权利要求的保护范围。凡以本发明申请权利要求范围所做的均等变化与改进，均应归属于本申请权利要求的保护范围之内。