一、文献综述
(一)国内外研究现状
智能尿不湿系统传感器信息报警模块主要应用于没有自理能力的卧床者,例如婴儿、老人或病人等,在其遗尿时,该报警器会及时发光或发出声和光,提醒看护人进行护理。现有的尿不湿报警模块主要由电容式湿度传感器、压力传感器、中央控制单元和声光报警模块等部分构成。
1.电容式湿度传感器的研究现状
已掌握的资料显示,电容式湿度传感器广泛应用于各类产品,其具有鲜明的竞争优势同时也存在一定不足。电容型湿度传感器主要由检测电极和湿敏介质组成,其中电极有双层平板或单层指状电容两种类型,湿敏材料涂覆于平板电极间或叉指电极上以实现感湿。电容型湿度传感器的感湿特性体现在电容值与湿度值的线性关系上,而电容值主要由不同湿度下材料的介电常数特性变化决定。可采用looyenga半经验公式预测湿敏薄膜的介电常数ε随湿度的变化。通常使用的敏感层材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等高分子材料,电极为叉指电极,可增加水蒸气与敏感层表面的相互作用。电容传感器具有响应快、线性度高、湿滞低以及长期稳定性好等特点。近年来,鉴于CMOS-MEMS、纳米技术和电容技术的新一代湿度传感器已问世,新的器件响应时间更短,与通常使用的器件相比,其响应时间大约减少90%以上。
电容式湿度传感器的测试值往往受环境温度变化的影响。其在一定频率下,湿敏材料和凝结水的电荷或离子的极化受温度影响,因此,湿度检测时的电容值也会被环境温度变化所干扰。应用在实际环境中,温度的变化会导致湿度传感器测试结果产生线性漂移,造成一定程度的计量误差。同时,电容式湿度传感器的典型响应时间在5~60s,虽然在特殊领域这个响应时间过长,但其适用于本模块的开发。此外,它的准确度仅为百分之几相对湿度,当在相对湿度0%~10%和90%~100% 的极端范围下使用,准确度会更低。器件还存在较高的湿滞现象,湿度增大或减小时会明显影响器件的输出。但纳米颗粒与主体聚合物的协同耦合是改善湿度传感器选择性差、灵敏度低的有效途径。电容式湿度传感器最高工作温度通常在80~120℃,满足本模块开发要求。
2.压力传感器的研究现状
基于现有文献,压力传感器应用广泛,近年来出现的柔性压力传感器备受关注。压力传感作为传感器最基础的功能,可通过检测接触力、按压力等来感知物体粗糙度和硬度等信息,弹性体基材在受到压力后会发生变形,导电填料之间的间距会减小,材料本身的导电性增强,呈现出电阻值随着压力的增加而减小的趋势,可用于检测人体心跳、脉搏等生理信号,且还可以感知机械手的拾取和抓握运动。因此,压力传感器被广泛应用于医疗健康监测、可穿戴式传感器、智能服装等领域。
对于柔性压力传感器而言,制备具有高灵敏度和宽传感范围的可穿戴电子仍然是一个严峻的挑战。郑州大学郑教授及其团队正在研发一种带夹层结构的压力传感器。该传感器可用于检测和区分各类人群的生理信号,如帕金森早期震颤、手指关节运动及手腕脉搏等信号。这种精心设计的夹层结构为开发可用于人体健康信号监测的仪器和研发下一代可穿戴电子设备提供了崭新的设计思路。姚教授及其团队采用双层基底软硬质滤膜的方式,制备了一种具有高灵敏度(107Omega;/kPa)、宽传感范围(0~20kPa)及低滞后性(<3%)的压力传感器,可用于医疗可穿戴设备及检测脉搏波速度。该制备工艺利用均匀分布的环形微裂纹结构和金属薄膜的低迟滞性改善了由于软聚合物的固有粘弹性导致的机电迟滞性,有效提高了人体健康监测数据的准确性和可靠性。
3.智能尿不湿系统传感器信息报警模块的研究现状
