具有无身体接触温度检测传感器的尿片更换时间智能警报系统的制作方法

本发明的技术背景是在更换时间警报尿片的情况下，当接触到尿液或粪便时，通过一种水分传感器播报更换时间作为音频警报。

发明背景

相关文献见：US6870479B2、KR1020160077373、US8975465B2、KR1020160144273、US20180325743A1、CN106691699和US10624796B2。

发明US6870479B2由多个称为生命传感器的传感器组成，并且其中一些传感器包括水分传感器位于尿片内部，通过位于尿片中的接口相互连接。多传感器的使用增加了尿片的重量，降低了其柔软性和柔韧性，因此，尿片不符合人体工程学原则。该发明中没有具体说明所使用的水分传感器的类型，据说水分传感器可以是细丝网的形式，或者可以在尿片内放置几个单独的传感器。文中指出，水分检测传感器不断地发出信号，信号的中断意味着尿片中存在水分，这增加了系统对电池的能耗。但是在本发明中，如果有水分，水分检测传感器只发射电信号。

描述此发明的文本指出，尿片可以被设计为一次性或可重复使用，在该发明中使用且被放置在尿片内部的一些传感器也不是一次性的，可以重复使用。这在卫生上是不正确的，可能会将感染和各种疾病传播给其他人。

在发明KR1020160077373中使用了许多传感器，例如水分传感器、气体传感器、温度传感器和声音传感器。如前所述，多个传感器的使用降低了尿片的人体工程学，因为需要在电子板中设计每个传感器的电路，并且会增加电子板的重量和尺寸。在这些发明中，尿液由水分传感器检测，粪便由气体传感器检测。但是在本发明中，设计了一种传感器，可以高精度地同时检测尿液和粪便，而不是使用两个单独的传感器来检测尿液和粪便；事实上，在本发明中，尿液和粪便是以传感器的形式检测的。

发明US8975465B2在尿片中放置多根导电线，导线的把手远程连接到发射机套件上；在该发明的描述中，除了导电线之外，还可以使用金属片和金属条，但是在权利要求和技术方案中也提到了导电线。尿片内部的电线可能会从尿片表面突出，造成伤害或损坏。此外，由于大量的电线或金属条，尿片的重量增加，并且其人体工程学下降，这会引起人们的不适。该发明通过测量内部电阻(阻抗)来检测尿液和粪便水分；尿片中的尿液可能不会被该方法中的系统检测到，因为尿液的电阻会变化且不具有恒定值，这取决于肾脏排泄的物质的类型和数量，例如离子。例如，一种药物可能被穿着尿片的人服用，最终通过肾脏排入尿液中，而尿液中的药物化合物可能会改变尿液的电阻，尿片系统可能无法检测到尿液。所描述的文本和发明KR1020160144273的第2号权利要求也在此发明中阐明了尿液是基于导线电阻的变化来检测的。

在发明US20180325743A1中，水分检测传感器由两个或更多个彼此相邻放置的片状电极带组成，并且在该发明的描述中提到，盐已经用于促进水分的导电性，以使更容易检测水分的存在。该发明还在尿片内部的不同区域使用了多个温度检测传感器，这可能降低尿片的人体工程学。在尿片温度传感器位于其内部的尿片中，在每次使用尿片或传感器后，它们会随尿片一起被丢弃，在这种情况下，这对用户来说是一个很大的成本。

但是，在本发明中，没有使用任何物质来增加尿片内部水分的导电性，水分检测电子电路被设计为检测低水分如成人粪便水分而产生的弱电流。另外，本发明的温度检测传感器位于尿片的外部，可以连续使用，它通过接收从身体散发到非接触的热浪来检测体温。

发明CN106691699中放置的水分传感器由三个片状电极组成。在本发明的技术图和详细说明中，清楚地解释了水分传感器条(图1、图21、图22、图23和图5和图6，标号5和标6)是分层的，但这些条彼此平行放置。根据尿片内部放置电极或导电条的模型可知，该发明不具备检测成人粪便的能力；但如果存在这一特征，由于导电条共存，就有可能使皮肤表面的水分与尿片内部的所有导电条发生碰撞，将皮肤表面的水分误认为是尿液或粪便；但是在本发明中通过参考“图2、技术地图“和”具体实施方式”，可以看出，放置在尿片内部的电极4和5在彼此顶部和底部上分层且彼此平行匹配，在设计传感器时使用该方法是因为，根据电子电路检测低水分弱电流时的高功率，由于出汗或其他因素导致的皮肤表面水分无法与两个电极接触，因此提高了设备检测水分的准确性；这在成人粪便的水分比皮肤表面上的水分更多时，系统会检测到。

发明US10624796B2利用生物电发生法和在尿片内放置正负片来检测尿液。

本发明使用片状传感器检测尿液，其正、负电极呈锯齿状并相邻放置。其中一个电极由铝制成，另一个电极是碳和催化剂的混合物。在该方法中，当电极与尿液接触时生成电，所生成的电被传递给电子线路，该电子线路的板位于尿片内部，并存储在电路中的电容器中。如果生成的电压超过阈值并充满电容器；则由蓝牙模块发出警报信号。在本发明的描述中已经说明，使用升压器来检测少量尿液。根据所给出的描述，该系统不能检测粪便，特别是成人粪便，并且只能检测尿液，因为粪便中的水分非常低，以至于电极组合物中的催化剂无法生成电极，并且在产生正极和负极的情况下，生成的电流和电压非常弱，以至于它们没有给电容器充电的电力。另一方面，本发明只讨论了尿液检测，本系统没有讨论粪便检测。另外，在本发明中，检测体温的温度传感器附接在皮肤上并测量体温；然而，测量体温获得的信息并不由传感器显示给用户，并且这一特征仅用于确定尿片是否被覆盖，以防止不切实际的警报。此外，在高水分的环境中将物体粘附在皮肤上会引起皮肤过敏。处理水分传感器和温度传感器信息的电子电路板位于尿片内部，并且蓝牙模块位于尿片外部。将电子板插入尿片内部，降低了人体工程学和舒适性，并对使用尿片的人造成不适。另一方面，位于尿片内部的带有温度传感器的板是一次性的，每次使用后都被丢弃，这给使用尿片的人带来了很高的成本；但是在本发明中，尿片中的水分以不同的方式检测；如下文更详细阐述，除了检测尿液外，还可以检测婴儿和成人的粪便，系统中的温度检测传感器会在不接触身体的情况下检测体温并显示给用户。

2020年2月13日，MIT大学新闻网站http://news.mit.edu/发布了一份关于可以告知水分存在的智能尿片的报告。在该尿片中，使用RFID标签来检测尿液，该标签被安装在尿片中间层的内部和下方，高吸水粉末位于其中。高吸水粉末通常用于大多数尿片，当暴露在高水分下时，它们吸收水分并增加体积。此外，通过吸收水分，它们具有较差的导电性，并且这种导电性增加了由设备检测到的尿片上标签的无线电信号。使用该方法，只能检测尿液，而不能检测粪便，因为粪便中的水分，尤其是成年人的水分比尿液中的水分少得多，在某些情况下，水分没有能力通过尿片层并与高吸粉末接触，并且如果水分到达高吸收粉末，其量不足以在所述粉末中生成导电性质。

该系统的无线电波接收器能够在距离尿片约一米的地方接收信号，而在更远的地方则无法检测到电波。此外，无法在系统中放置温度检测传感器。

但是在本发明中，除了尿液，还检测婴儿和成人粪便，并且电子板电路中的蓝牙系统可以与手机等设备进行远比上述尿片更远的距离通信。

总之，所有的尿片可以分为三类。第一类别是使用小而硬的传感器的尿片。在这一类别中，由于使用的湿度传感器很小，而且湿度传感器没有覆盖尿片的整个长度，可能没有检测粪便的能力；而如果它们能检测到粪便，几个传感器将位于尿片的不同区域中，增加了厚度，并且降低了柔软性和柔韧性，最终降低了尿片的人体工程学。在这些尿片中，传感器可能直接接触水分，并且可以重复使用，这种情况下需要对传感器进行洗涤消毒才能重复使用，这在卫生上是不正确的，它可能将疾病传播给其他人。然而，传感器可能是一次性的，并且每次与尿片一起使用后都会被丢弃，这也增加了成本。

第二类别是基于电阻检测尿片内部水分的尿片。在这些系统中，尿液检测的误差很高，并且尿液可能无法被系统检测到，因为肾脏从体内排出的物质的种类和数量并不总是恒定的，可能会根据人们的饮食而改变；排泄的这种变化会引起尿液电阻的变化。

第三类别是使用带有片状导体条的水分检测传感器的尿片。在这些发明中，片状传感器彼此平行地定位并覆盖尿片的整个长度。然而，这些尿片要么不具备检测粪便的能力，要么如果确实具备检测粪便的能力，可能会错误检测出因出汗或其他因素导致的皮肤表面水分。实际上，当潮湿身体与尿片内表面碰撞时，由于水分检测传感器导体条是并排的，导致皮肤表面的水分与导电条接触，并被误认为是尿液或粪便。应当注意的是，在这些发明中的一些发明中，已经使用了各种盐和物质来增加水分的导电性，这增加了导电性。这些系统检测水分的精确度很低，并且因为粪便的水分，尤其是成年人的粪便，不足以与放置在尿片中的物质结合且无法被系统检测到，所以无法检测到其中的粪便。

而在本发明中，通过设计一种电极彼此平行放置的片状水分传感器，解决了所有上述问题。此外，该系统的电子电路对水分传感器信号的接收精度高，并具有检测微弱信号的能力，因此不需要在尿片内部放置不同的材料，如各种盐来增加水分的导电性。

附图简述

图1是尿片的总体视图，并且显示了电子板与水分传感器电极的直接连接；

图2是拆解视图，并且显示了湿度传感器电极是如何被放置在尿片内的；

图3是电子板的拆解视图，并且显示了水分检测传感器是如何放置在电子板框架中；

图4是尿片上的电子板和温度传感器通过电线连接到电子板的视图；

图5是尿片连同电子板和温度检测传感器的视图。

具体实施方式

本发明所使用的水分检测传感器由两个铝制片状电极组成，并且电极在顶部和底部处分层。第一层是位于顶部(4)处的电极，并且具有小孔和大孔，并且第二层(3)是放置在两个电极之间(第一层和第三层之间)且具有非常高渗透性的薄的非导电织物，并且第三层(5)是位于底部处的电极。为了防止尿片渗透性；第三层也是多孔和穿孔的，但是层中的孔与第一层不匹配。为了防止传感器的第一层与身体直接接触，当尿片在上电极上制成时，一层可渗透和不导电的织物(2)会覆盖传感器。

为了通过电路检测水分，电子板9连接到电极4和5，并且通过放置在电路中的电池在电极中生成弱电荷，其中一个电极带负电荷，另一个带正电荷。当尿片中放置尿液或粪便时，来自尿液和粪便的水分与顶部处电极相同的第一层(4)接触，并且第一层(4)被湿润；然后，水分通过第一层表面上的孔并与第二层(3)接触；由于第二层吸收水分，可渗透且薄，水分通过它到达与位于底部处电极相同的第三层(5)。这样，导电材料与两个电极接触并且电路闭合。当电路闭合时，电流在阳极和阴极之间流动，并且此电流被电路检测到。为了保护环境，放置在电路中的电池不是一次性的，并且由Micro USB端口充电。

尿液由于存在各种离子而具有很高的导电性，并且婴儿粪便由于其水的特性也是电的良导体。然而，来自成人粪便的水分很低，因此没有高的导电性，并且当来自粪便的水分被放置在电极之间时，电极之间建立了非常弱的电流，仅有该电流时电路是无法检测到的。为了解决这个问题，晶体管被用来放大微弱的输入电流，而没有副产物被用来增加尿片内部的水分导电性。为了通过该系统更好地检测粪便，上电极或肛门区域的第一层(4)中的孔被设计成比其他区域稍大。

该系统(9)的电子板放置在尿片外部，并具有连续移动和使用的能力，尿片内部除水分检测传感器外没有任何部件和设备。由于传感器的薄片和柔性特性，以及电子板中的水分检测和温度检测系统的电路设计，尿片的人体工程学得到了维持，并适用于尿片。

本发明采用分层式水分传感器是由于电子电路对弱电流的检测精度高。如果电极彼此并排平行放置，当身体撞击传感器时，皮肤表面汗中的水分可能会被吸收，并在尿液或粪便中被错误地检测到。但是为了解决本发明中的问题，电极在尿片中相互平行但上下放置(图2)，并且来自汗液的水分只与第一层(4)接触而不通过它；因为皮肤表面上的水分小于尿液和粪便中的水分，被覆盖在顶部电极处的第2层吸收；并且由于电极4由铝制成并且耐水分渗透，皮肤表面上的水分不会渗透到下层。应当注意的是，设置在电极4表面上的孔被设计成使尿液和粪便等更多的水分通过；而汗液中的水分，由于被层2吸收，没有动力通过电极4表面中的孔。根据所作的解释，在尿片中使用护肤霜并没有限制，并且在发出警报后无法更换尿片的情况下，这一功能非常有用。电子板通过位于尿片外部的夹具或小磁连接器直接连接到片状电极(4和5)。在本发明中，不使用导线将片状电极连接到电子板上。

电子板(9)通过蓝牙与手机、PC等具有蓝牙系统的设备连接，并且当检测到尿片内有水分时，蓝牙系统发出警报信号，并通过安装在手机上的应用程序生成的声音警报通知家长或护士尿片内有尿液或粪便。应用程序被设计来接收和存储各种平台的警报；例如，应用程序安装在手机上，除了创建换尿片的音频警报外，它还具有按照日期和时间的顺序自动保存警报、警报的分类，以及根据日期和时间在图表上显示警报的能力。

红外线接收传感器(8)位于尿片外部，接收并处理人体热量发出的热波，与红外线相同，它会根据人体发出的红外线辐射强度来检测体温。电路中的系统微控制器是这样编程的，如果护士或家长用应用程序激活该功能，则系统会自动在预设的间隔时间内感知体温，并通过蓝牙传输到手机上，体温以摄氏度为单位显示，如果温度超过37.5摄氏度，则会激活音频警报。

位于尿片外侧的传感器(8)通过导线(10)与电子板(9)连接，并且被放置于电子板盖框架内；为了使用它，传感器从框架中滑出并通过机械夹具(6)以使其在皮肤前面的方式附接到尿片或衣服的边缘。传感器不与身体直接接触，也不粘附在身体上，但为了使温度传感器中的误差最小化，传感器所在的框架(8)被设计成传感器应尽可能靠近身体，使得该传感器能够很好地接收从身体表面发出的热浪。

在这个部分中，还可以根据日期和时间自动保存体温和高烧警报、警报的分类以及在图表上的显示。