專利名稱：可穿戴織物中的剪切力和壓力測量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括至少一個用于檢測壓力和剪切力的電容傳感
器的傳感器設(shè)置，其中所述電容傳感器被集成到可穿戴織物中； 一種 用于通過這種傳感器設(shè)置測量剪切力和壓力的方法，其中所述剪切力 和壓力被施加在躺在床上或者坐在椅子上的人的皮膚上；以及所述方 法的組合和用途。
背景技術(shù)：
在床上測量壓力或壓力分布在本領(lǐng)域內(nèi)是已知的。非常重要的一 種應(yīng)用是監(jiān)控有可能患上褥瘡性潰瘍(其也被稱作壓力性潰瘍或褥瘡) 或者在身體的任何部位(特別是骨頭區(qū)域或軟骨區(qū)域之上的各部分) 出現(xiàn)損傷的人。導(dǎo)致這些褥瘡的原因是各種外因與內(nèi)因的組合，外因 例如有壓力、摩擦力、剪切力和潮濕等，內(nèi)因例如有發(fā)燒、營養(yǎng)不良、 貧血以及內(nèi)皮功能失調(diào)等。壓力測量可以被用來監(jiān)控高壓力負荷的區(qū) 域，以及觸發(fā)改變?nèi)说奈恢?。對所述外部因素的更加完全的監(jiān)控將有 助于通過更加精確、個體化的壓力釋放計劃而改進所述情況。在這一 方向上的一步將是集成剪切力測量與壓力測量。在專利申請公開US 2005/0076715 Al中提出在床上感測剪切力。但是通過集成在床上的傳 感器在床上感測剪切力的方法將需要人赤棵地躺在所述傳感器上，否 則將無法測量實際作用在皮膚上的剪切力。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠避免現(xiàn)有技術(shù)的限制的 傳感器設(shè)置和測量方法。
上述目的是通過一種傳感器設(shè)置而實現(xiàn)的，所述傳感器設(shè)置包括 一個或多個適于檢測壓力和剪切力的電容傳感器，其中所述電容傳感 器被集成到可穿戴織物中。
把電容傳感器集成到可穿戴織物中的做法有利地允許測量施加在 人的皮膚部分上的壓力和剪切力。本發(fā)明的應(yīng)用范圍有利地覆蓋了床鋪、輪椅和其他表面。電容傳感器也被稱作電容性傳感器，這是因為 本發(fā)明包括電容器，所述電容器是可以在一對間隔緊密的平坦電極或 導(dǎo)體之間的電場中儲存能量的電設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，所述電容傳感器包括通過電介質(zhì)
隔離開的兩個電容器電極，其中
-所述電介質(zhì)具有可壓縮彈性，從而允許兩個電極之間的距離發(fā) 生改變；以及/或者
-所述電介質(zhì)具有可剪切彈性，從而允許至少其中一個電極在與 電極的平面平行的方向上發(fā)生位移。
有利的是，所述電容傳感器被用來測量所述剪切力以及測量所述 壓力?？梢宰鳛樵诜ㄏ蚍较蛏献饔糜谒鲭姌O的平面上的力來測量所 述壓力，所述電介質(zhì)由于該力而被壓縮，所述電極之間的距離縮短。 所導(dǎo)致的所述傳感器的電容增大可以優(yōu)選地利用適當?shù)碾娮友b置(例 如橋接器類電路)測量出來。
作用在所述電容傳感器上的所述剪切力在平行于所述電極的平面 的方向上移動所述電極的位置，其中所述電極的平面是由所述平坦電 極的延伸所定義的平面。因此，所述電極的重疊(即所述電容器的所 謂的有效面積)被減小，從而導(dǎo)致所述傳感器的電容的可以測量出的 減小。根據(jù)本發(fā)明，所述電容傳感器的一部分可以被用于壓力測量， 其另一部分被用于剪切力測量。但是以下設(shè)想也在本發(fā)明的范圍內(nèi) 即一個或多個電容傳感器可以被適配成既測量壓力又測量剪切力，這 就需要區(qū)別所述效應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，至少第一電容傳感器包括可壓縮彈性電介 質(zhì)，該第一電容傳感器的電極被固定以防止所述電極在平行于所述電 極的平面的方向上的相對位移。通過防止電極的位移，第一電容傳感 器可以被有利地利用來測量壓力。為了固定所述電極，優(yōu)選地使用連 接所述電極的不導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)優(yōu)選地包括纖維，特別是織物纖維。
根據(jù)本發(fā)明，此外還優(yōu)選的是，至少第二電容傳感器包括所述可 剪切彈性電介質(zhì)，所述第二電容傳感器的電極被固定以防止所迷兩個 電極之間的距離發(fā)生改變。通過防止所述電極的距離發(fā)生改變，所述 第二電容傳感器可以被有利地利用來測量剪切力。在一個優(yōu)選實施例
中，所述電極可以在不可壓縮的所述電介質(zhì)上發(fā)生位移。所述電極例
5如被編織到提供回復(fù)力的彈性織物中。另 一 個優(yōu)選實施例包括提供各 向異性的彈性的電介質(zhì)，比如蜂巢結(jié)構(gòu)電介質(zhì)，其就本發(fā)明的意義來
說不可壓縮但是具有可剪切彈性。
根據(jù)本發(fā)明，此外還優(yōu)選的是，多個電容傳感器被設(shè)置在陣列中， 該陣列優(yōu)選地包括第一電容傳感器和第二電容傳感器的交替設(shè)置。利 用陣列中的測量壓力的第一電容傳感器和測量剪切力的第二電容傳感 器的組合，該傳感器陣列有利地易于應(yīng)用。該陣列有利于集成到可穿 戴織物中。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，至少其中一個電極包括多個電 極條帶，所述條帶彼此電隔離。電極條帶也被稱作梳狀結(jié)構(gòu)。與具有 一個連續(xù)區(qū)域的電極相比，梳狀結(jié)構(gòu)電極包括多個子區(qū)域，其有利地 提高了電容的分辨率(從而提高了所述測量的分辨率)。特別地，該 實施例有利地允許通過相同的傳感器既測量壓力又測量剪切力。
更為優(yōu)選地，全部兩個電極包括多個電隔離的電極條帶。第一電 極的條帶可以有利地關(guān)于第二電極的條帶基本上成直角地延伸，從而 甚至允許電容的二維分辨率。根據(jù)本發(fā)明，此外還優(yōu)選的是，每一個 電極條帶包括電接觸件，其有利地允許查詢每一個單個電極條帶。換 句話說，每一個電極條帶可以被視為一個獨特的電容器電極。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，可穿戴織物是以下各項的其中
之一睡袍、襪子、內(nèi)衣、睡衣、床單或尿布。根據(jù)本發(fā)明的傳感器 設(shè)置可以被有利地集成到穿戴在皮膚上的任何種類的衣物中，甚至是 相當小件的衣服，比如可以被有利地使用來防止腳跟潰瘍的襪子。
本發(fā)明的另 一個目的是一種用于通過根據(jù)本發(fā)明的傳感器設(shè)置來 測量剪切力和壓力的方法，所述剪切力和壓力被施加在躺在床上或坐 在椅子上的人的皮膚上，其中這個人正穿戴著可穿戴織物。
一個優(yōu)點在于，所述傳感器設(shè)置基本上與人的皮膚持續(xù)接觸，從 而可以持續(xù)測量壓力和剪切力。
優(yōu)選地，通過傳感器設(shè)置來測量壓力，其中至少第一電容傳感器 包括具有可壓縮彈性的電介質(zhì)，第一電容傳感器的電極被固定以防止 電極在平行于所述電極的平面的方向上的相對位移。通過防止所述電 極的位移，第一電容傳感器可以被有利地用于壓力測量。
此外優(yōu)選的是，通過傳感器設(shè)置來測量剪切力，其中至少第二電容傳感器包括具有可剪切彈性的電介質(zhì)，第二電容傳感器的電極被固 定以防止兩個電極之間的距離發(fā)生改變。通過防止所述電極的距離發(fā) 生改變，第二電容傳感器可以被有利地用于剪切力測量。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個優(yōu)選實施例中，通過一個或多個被適 配成既測量剪切力又測量壓力的傳感器來測量所述剪切力和壓力，特 別是通過傳感器設(shè)置來進行測量，其中，至少其中一個電極包括多個 彼此電隔離的電極條帶。這有利地允許通過相同的傳感器既測量壓力 又測量剪切力。
更為優(yōu)選的是，所述方法包括通過檢測每一個電極條帶的電容來 確定有效電極面積的步驟，特別是位于所述電極的邊界附近的那些電 極條帶。有利的是，有可能確定某一個條帶是否對所述電容器的有效 面積有貢獻。有利地從所述電容器的有效面積確定所述剪切力。
此外優(yōu)選的是，關(guān)于所述有效電極面積來測量所述壓力。在知道 所述電容器的有效面積之后就有利地允許在所述剪切力對電容的效應(yīng) 和所述壓力的效應(yīng)之間做出區(qū)分。
本發(fā)明的另一個目的是把根據(jù)本發(fā)明的方法與以下功能當中的一
項或更多項相組合通過織物肌電圖傳感器得到肌電圖、其他生命體 征測量以及濕度感測。附加的EMG測量有利地適用于患有痙攣性截癱 的人。濕度感測是非常有利的，這是因為濕度是引發(fā)褥瘡性潰瘍的一 個影響因素。
本發(fā)明的另一個目的是使用根據(jù)本發(fā)明的方法來檢測出改變?nèi)说?位置的需求。有利的是獲得針對個人的單獨的位置改變計劃，其中可 以實時地適配所述計劃。根據(jù)具體用途，此外還優(yōu)選地監(jiān)督所述位置 改變，從而有利地提供關(guān)于是否按照正確方式改變了人的位置的信息 而不會導(dǎo)致將誘發(fā)潰瘍的位置。
本發(fā)明的另 一個目的是使用根據(jù)本發(fā)明的方法來監(jiān)護患有痙攣性 截癱的人。導(dǎo)致高壓力或剪切負荷并從而導(dǎo)致褥瘡復(fù)發(fā)的原因常常在 于痙攣性移動，特別對于截癱患者來說尤其如此。還可以利用根據(jù)本 發(fā)明的傳感器設(shè)置來有利地監(jiān)控這些移動。
本發(fā)明的另 一個目的是使用根據(jù)本發(fā)明的方法來針對人的位置改 變進行文檔編制，以及/或者針對所述位置改變與位置改變計劃的一致 性進行文檔編制。針對適當?shù)奈恢酶淖円约芭c所述位置改變計劃的一致性進行文檔編制對于質(zhì)量控制來說是有利的，并且對于檢驗護理質(zhì) 量來說最為有益。
通過下面接合附圖所做的詳細描述，本發(fā)明的上述和其他特性、 特征及優(yōu)點將變得顯而易見，在附圖中通過舉例的方式說明了本發(fā)明 的原理。下面的描述僅僅是為了舉例而給出的，而不會限制本發(fā)明的 范圍。下面所引用的附圖標記指代附圖。


圖la、 lb和lc示出了被用于根據(jù)本發(fā)明的傳感器設(shè)置的測量原理。
圖2a、 2b和2c示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器設(shè)置中的電容傳感器 的實施例。
圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器設(shè)置的應(yīng)用。 圖4a和4b在不同的視圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器設(shè)置的電 容傳感器的另一個實施例。
具體實施例方式
下面將關(guān)于特定實施例并且參照特定附圖來描述本發(fā)明，但是本 發(fā)明不限于此，而是僅由權(quán)利要求書限定。所描述的附圖僅僅是示意 性的，而非限制性的。出于說明的目的，附圖中的某些元件的尺寸可 能被夸大，而不是按照真實比例繪制的。
在提到單數(shù)名詞時，除非另行具體陳述，否則"一個"也包括復(fù) 數(shù)個所述名詞。
此外，說明書和權(quán)利要求書中的"第一"、"第二，，、"第三" 等術(shù)語被用來在類似的元件之間進行區(qū)分，而不一定是為了描述順序 或時序。應(yīng)當理解的是，如此使用的術(shù)語在適當情況下是可互換的， 并且這里描述的本發(fā)明的實施例能夠按照與這里所描述或圖示的不同 的其他序列進行操作。
此外，說明書和權(quán)利要求書中的"頂部"、"底部"、"在…上 方"、"在…下方"等術(shù)語被用于描述性目的，而不一定是為了描述 相對位置。應(yīng)當理解的是，如此使用的術(shù)語在適當情況下是可互換的， 并且這里描述的本發(fā)明的實施例能夠按照與這里所描述或圖示的不同的其他定向進行操作。
應(yīng)當注意到，在本說明書和權(quán)利要求書中使用的術(shù)語"包括"不 應(yīng)當被解釋為限制到其后所列出的裝置，其不排除另外的元件或步驟。
因此，"包括裝置A和B的設(shè)備"這一表達不應(yīng)當被限制于僅僅由組 件A和B構(gòu)成的設(shè)備。該表達意味著對于本發(fā)明來說，所述設(shè)備的僅 有的相關(guān)組件是A和B。
在圖la、 lb和lc中描述了一般的電容器或電容傳感器1，其可以 被用于根據(jù)本發(fā)明的傳感器設(shè)置。所述電容器和電容傳感器在這里提 到時是等同的，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，所述電容傳感器1不 僅包括所述電容器，而且還包括沒有描繪出的對應(yīng)的連接等等。所述 電容傳感器1包括兩個電極10、 20，所述電極通常在圖面的法向上平 行地延伸。所述電極IO、 20 (特別是織物電極10、 20)通過電介質(zhì)30 分開并電隔離。在圖la中描繪的電容傳感器1不負荷任何外力。在圖 lb中，壓力基本上在上方電極10的法向上作用于該電極IO上。由于 所述電介質(zhì)30是彈性的，因此其被壓縮，并且所述電極10、 20之間 的距離被縮短，從而導(dǎo)致所述電容器1的電容增大。在圖lc中示意性 地示出了剪切力的不同效應(yīng)。在剪切力作用于所述電容傳感器1上的 情況下，所述電極IO、 20在平行平面上彼此相對移位，從而減小了所 述電容器1的有效面積A，從而又減小了所述電容器1的電容。
在真實生活情況下，法向壓力和剪切應(yīng)力的效應(yīng)將不會以純粹的 形式存在。舉例來說，由于床上的人的重量，床墊在接觸區(qū)域處發(fā)生 形變，從而導(dǎo)致這些接觸區(qū)域內(nèi)的剪切應(yīng)力。因此，有利地通過圖2 和4中提到的傳感器設(shè)置的實施例分開所述效應(yīng)。
在圖2a、 2b和2c中示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器設(shè)置的電容傳感 器l、 3、 4的實施例。圖2a同樣描繪了所述一般電容傳感器1，其不 負荷任何外力。在圖2b和2c中，所述電容傳感器3、 4分別同時負荷 剪切力和壓力，正如箭頭F所示。在圖2b中禁止了兩個電極10、 20 彼此之間的相對"水平"位移。這例如可以很容易地通過縫合技術(shù)有 利地實現(xiàn)。所述電極IO、 20優(yōu)選地通過例如由不導(dǎo)電織物纖維制成的 不導(dǎo)電結(jié)構(gòu)31耦合。因此，所述電容傳感器3適于進行垂直力/壓力 感測，所述兩個電極10、 20的相對位置被固定。在圖2c中描繪出電 容傳感器4,其例如配備有不可壓縮的電介質(zhì)30,以避免在其中應(yīng)當
9僅僅測量剪切力的區(qū)域內(nèi)發(fā)生壓縮。
在圖3中描繪了用于進行剪切力和壓力感測的電容傳感器3、 4的 陣列5，該陣列被集成到可穿戴織物2中。
在圖4a和4b中示出了所述電容傳感器1的另一個實施例。該電 容傳感器1的上方電極10包括具有電極條帶11的梳狀結(jié)構(gòu)以及下方 全電極20 (或者反之亦然)。
圖4a示出了示意性側(cè)視圖，圖4b是具有電介質(zhì)(圖4a中的30) 電容傳感器1的示意性頂視圖，為了簡單起見，所述電介質(zhì)在圖4b中 被顯示為透明的。為了評估不同的力，必須通過連接12在不同的模式 下評估所述電極10的條帶11。剪切應(yīng)力將導(dǎo)致外側(cè)電極條帶11與對 應(yīng)的相對電極20發(fā)生位移。優(yōu)選地通過利用所述單一外側(cè)電極條帶測 量電容來檢查這一位移。在有了這一信息之后，可以有利地計算所述 受到剪切力的電容器1的有效面積(參照圖1)。知道所述有效面積之 后，還可以測量所述電極IO、 20之間的壓縮，以〗更評估所述壓力。該 實施例可以被使用在不同的幾何情況下，例如底部和頂部電極10、 20 是具有平行電極條帶的梳狀結(jié)構(gòu)，或者是具有交叉電極條帶的梳狀結(jié) 構(gòu)。例如可以根據(jù)來自相應(yīng)的制造工藝的相應(yīng)要求來有利地選擇實施 例。
權(quán)利要求
1、包括一個或多個電容傳感器(1，3，4)的傳感器設(shè)置，該電容傳感器適于檢測壓力和剪切力，其中電容傳感器(1，3，4)被集成到可穿戴織物(2)中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器設(shè)置，其中，電容傳感器(l， 3， 4) 包括通過電介質(zhì)(30)隔離開的兩個電容器電極(10， 20)，電介質(zhì)(30)具有可壓縮彈性，從而允許兩個電極(IO， 20)之 間的距離發(fā)生改變；以及/或者電介質(zhì)(30)具有可剪切彈性，從而允許電極(10， 20)中至少 一個電極在與電極的平面(P)平行的方向上發(fā)生位移。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2的傳感器設(shè)置，其中，至少第一電容傳感器(3) 包括可壓縮彈性電介質(zhì)(30),該第一電容傳感器(3)的電極(10， 20)被固定以防止電極(10, 20)在平行于電極的平面(P)的方向上 的相對位移。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3的傳感器設(shè)置，其中，通過所述電極(IO， 30) 的不導(dǎo)電結(jié)構(gòu)來固定電極(10, 20)，該結(jié)構(gòu)(31 )優(yōu)選地包括纖維， 特別是織物纖維。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2的傳感器設(shè)置，其中，至少第二電容傳感器(4) 包括可剪切彈性電介質(zhì)(30)，該第二電容傳感器(4)的電極(10， 20)被固定以防止兩個電極(10, 20)之間的距離發(fā)生改變。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3和權(quán)利要求5的傳感器設(shè)置，多個電容傳感器 (1， 3， 4)被設(shè)置在陣列(5)中，該陣列優(yōu)選地包括第一電容傳感器 (3)和第二電容傳感器(4)的交替設(shè)置。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2的傳感器設(shè)置，其中，至少其中一個電極(IO) 包括多個電極條帶(11),所述條帶彼此電隔離。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2的傳感器設(shè)置，其中，全部兩個電極(IO， 20) 都包括多個電極條帶(11)，所述條帶彼此電隔離。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8的傳感器設(shè)置，其中，每一個電 極條帶(11)包括電接觸件(12)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器設(shè)置，其中，可穿戴織物(2)是以 下各項的其中之一睡袍、襪子、內(nèi)衣、睡衣、床單或尿布。
11、 用于通過根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器設(shè)置來測量剪切力和壓力的方法，剪切力和壓力被施加在躺在床上或坐在椅子上的人的皮膚上，其中這個人正穿戴著可穿戴織物(2)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll的方法，其中，通過根據(jù)權(quán)利要求3的傳感 器設(shè)置來測量壓力。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中，通過根據(jù)權(quán)利要求5的傳感 器設(shè)置來測量剪切力。
14、 根據(jù)權(quán)利要求ll的方法，其中，通過根據(jù)權(quán)利要求7的傳感 器設(shè)置來測量剪切力和壓力。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其包括通過檢測每一個電極條帶(11 ) 的電容來確定有效電極面積(A)的步驟。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中，關(guān)于有效電極面積(A)來 測量壓力。
17、 根據(jù)權(quán)利要求11的方法與以下功能當中的一項或多項的組合 通過織物肌電圖傳感器得到肌電圖、其他生命體征測量以及濕度感測。
18、 使用根據(jù)權(quán)利要求11的方法來檢測出針對改變?nèi)说奈恢玫男?求以及/或者監(jiān)督人的位置改變。
19、 使用根據(jù)權(quán)利要求11的方法來監(jiān)護患有痙攣性截癱的人。
20、 使用根據(jù)權(quán)利要求11的方法來針對人的位置改變進行文檔編 制，以及/或者針對所述位置改變與位置改變計劃的一致性進行文檔編 制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括至少一個用于檢測壓力和剪切力的電容傳感器的傳感器設(shè)置，其中所述電容傳感器被集成到可穿戴織物中；一種用于通過這種傳感器設(shè)置測量剪切力和壓力的方法，其中所述剪切力和壓力被施加在躺在床上或者坐在椅子上的人的皮膚上；以及所述方法的組合和用途。所述織物傳感器允許同時測量抗褥瘡織物中的剪切應(yīng)力和壓力。這樣可以加強在患上褥瘡性潰瘍方面的風(fēng)險評估。
文檔編號G01L1/20GK101622518SQ200880005975
公開日2010年1月6日 申請日期2008年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月23日
發(fā)明者A·布勞爾斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司