專利名稱：基于電化學(xué)電容器的液體檢測(cè)裝置、方法及紙尿褲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于電化學(xué)電容器的液體檢測(cè)裝置、方法及紙尿褲。
背景技術(shù)：
液體檢測(cè)在人們?nèi)粘Ｉ钪袝?huì)經(jīng)常接觸到，例如在洗衣機(jī)、太陽能熱水器、抽洗機(jī)、咖啡壺等家電設(shè)備中都需要用到水位檢測(cè)、水位控制或水位報(bào)警。除此之外，液體檢測(cè)還經(jīng)常用于水濕報(bào)警、水浸報(bào)警、尿濕指示、尿濕報(bào)警，以及空氣相對(duì)濕度檢測(cè)等。液體檢測(cè)通常包括檢測(cè)所述液體(例如水)是否存在，存在量的多少，以及液面的高低、濕度的大小
坐寸o目前現(xiàn)有的液體檢測(cè)技術(shù)主要是基于電阻式及電容式來進(jìn)行的。請(qǐng)參照?qǐng)DI所示，這是現(xiàn)有技術(shù)的電阻式水位檢測(cè)裝置原理結(jié)構(gòu)示意圖。電阻式水位檢測(cè)主要是通過金屬電極檢測(cè)水的導(dǎo)電性來實(shí)現(xiàn)。圖中10為水溶液,水位高度為L，11、12分別為浸泡于水中的電極，一般采用不銹金屬來擔(dān)當(dāng)，其中11為陽極，12為陰極。當(dāng)在陽極11及陰極12之間加上一個(gè)電壓時(shí)，這個(gè)電壓通常會(huì)令水發(fā)生分解反應(yīng)而產(chǎn)生電流，通過對(duì)所述電流的檢測(cè)便可知道電極之間是否有水(或其它包含電解質(zhì)的液體)的存在。采用上述電阻式水位檢測(cè)方法一般只會(huì)知道電極之間是否有水的存在而很難確定水位的高低，因?yàn)樗碾娮璐笮∨c水中包含的電解質(zhì)(例如水溶性礦物質(zhì)，或自來水消毒時(shí)殘留的氯離子等)有關(guān)，電解質(zhì)含量越高，水的導(dǎo)電能力就越強(qiáng)，這直接影響了水位檢測(cè)的精確性。電阻式水位檢測(cè)的另一個(gè)缺點(diǎn)是水中接通直流電會(huì)出現(xiàn)氧化還原電解反應(yīng)，電解反應(yīng)會(huì)造成陽極的侵蝕并加速水垢在電極上的沉積，令電極老化及污染水質(zhì)。為了解決 這個(gè)問題，人們于是提出了電容式的水位檢測(cè)方案。下面請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D2所示，這是現(xiàn)有技術(shù)的電容式水位檢測(cè)裝置原理結(jié)構(gòu)示意圖。電容式水位檢測(cè)則是對(duì)電阻式水位檢測(cè)的一個(gè)改進(jìn)，主要是通過浸泡于水中的絕緣電極來實(shí)現(xiàn)水位的檢測(cè)。圖中20為水溶液，L為水位的高度，21、22為金屬電極，25、26則為覆蓋于金屬電極上的絕緣涂層(通常為絕緣塑料或橡膠)。由于25、26的存在，金屬電極21、22與水(或其它液體)之間沒有直接的接觸，因而也就不會(huì)有水的分解情況發(fā)生，金屬電極會(huì)因此得到較好的保護(hù)，不會(huì)出現(xiàn)陽極氧化的情況。圖中，金屬電極21、22之間的電容量與水位L的高低有關(guān)，因?yàn)樗慕殡姵?shù)比空氣介電常數(shù)大，水位越高金屬電極21、22間的電容量就越大。但不管水位多高，金屬電極21、22之間呈現(xiàn)的電容量始終都是很小的(通常在幾皮法到幾百皮法之間)，為了能實(shí)施對(duì)所述電容的檢測(cè)，通常會(huì)將金屬電極21、22與一個(gè)高頻振蕩器電路的輸入端連接，金屬電極21、22間的電容量越小，振蕩頻率就越高，通過對(duì)振蕩頻率的檢測(cè)便可知道水位的高低狀況了。圖2展示的實(shí)際上是一個(gè)電介質(zhì)電容器的結(jié)構(gòu)，金屬電極21、22上覆蓋的絕緣涂層(例如油漆、塑膠、橡膠材料等)25、26，以及金屬電極21、22之間存在的水及空氣都是電介質(zhì)，這種電介質(zhì)電容器又稱為非化學(xué)電容器(non chemical capacitor),因?yàn)槠涔ぷ鬟^程中沒有牽涉到化學(xué)或電化學(xué)的過程。非化學(xué)電容器的特點(diǎn)是頻率高、電容量小及無極性。而其最大不足就是電容量太小，特別是在低水位時(shí)容易有自激現(xiàn)象的出現(xiàn)，造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
上述兩種技術(shù)用于紙尿褲的尿濕檢測(cè)方面也會(huì)面對(duì)同樣的問題電阻式檢測(cè)無法檢測(cè)尿濕的程度，而電容式檢測(cè)對(duì)尿濕檢測(cè)則很不可靠，因?yàn)槿梭w的電容效應(yīng)會(huì)大大干擾檢測(cè)的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種使用穩(wěn)定、測(cè)量精確的基于電化學(xué)電容器的液體檢測(cè)裝置、方法及紙尿褲。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于電化學(xué)電容器的液體檢測(cè)裝置，包括
可與待測(cè)包含電解質(zhì)的液體直接接觸的兩個(gè)電極；
電源裝置，電氣連接在所述電極之間，用于向由所述電極及所述待測(cè)液體組成的電化學(xué)電容器注入電流，并由此產(chǎn)生一個(gè)特定的偏置電壓；以及
測(cè)量裝置，電氣連接在所述電極之間，用于在所述電源裝置向由所述電極及所述待測(cè)液體組成的電化學(xué)電容器注入電流的過程中測(cè)量所述電極之間在所述特定偏置電壓下的直流電容量，并根據(jù)所述電容量的大小判斷所述待測(cè)液體是否與所述電極相接觸、接觸面積的大小和/或液位的高低。本發(fā)明還提供一種基于電化學(xué)電容器的液體檢測(cè)方法，所述電化學(xué)電容器由兩個(gè)電極及待測(cè)包含電解質(zhì)的液體組成，所述電極均可與所述待測(cè)液體直接接觸，所述液體檢測(cè)方法包括以下步驟
向所述電極注入電流，并由此產(chǎn)生一個(gè)特定的偏置電壓；
在向所述電極注入電流的過程中測(cè)量所述電極之間在所述特定偏置電壓下的直流電容量；以及
根據(jù)所述電容量的大小判斷所述待測(cè)液體是否與所述電極相接觸、接觸面積的大小和/或液位的高低。本發(fā)明還提供一種基于電化學(xué)電容器的尿濕檢測(cè)裝置，包括
尿液吸收裝置，用于當(dāng)發(fā)生尿濕時(shí)吸收尿液；
兩條感應(yīng)線，設(shè)置在所述尿液吸收裝置上，均可與待測(cè)尿液直接接觸；
電源裝置，電氣連接所述感應(yīng)線之間，用于向由所述感應(yīng)線及所述待測(cè)尿液組成的電化學(xué)電容器注入電流，并由此產(chǎn)生一個(gè)特定的偏置電壓；以及
測(cè)量裝置，電氣連接所述感應(yīng)線之間，用于在所述電源裝置向由所述感應(yīng)線及所述待測(cè)尿液組成的電化學(xué)電容器注入電流的過程中測(cè)量所述感應(yīng)線之間在所述特定偏置電壓下的直流電容量，并根據(jù)所述電容量的大小判斷所述感應(yīng)線區(qū)域尿濕狀況。本發(fā)明還提供一種基于電化學(xué)電容器的尿濕護(hù)理用品，包括
尿液吸收裝置，用于當(dāng)發(fā)生尿濕時(shí)吸收尿液，所述尿液吸收裝置包括干爽層、吸濕層和防漏層；
至少兩條感應(yīng)線，設(shè)置在所述尿液吸收裝置上，均可與待測(cè)尿液直接接觸；電源輸入端，電氣連接在所述感應(yīng)線之間，作為向由所述感應(yīng)線及所述待測(cè)尿液組成的電化學(xué)電容器注入電流并產(chǎn)生一個(gè)特定的偏置電壓的端口；以及
電容測(cè)量端，電氣連接在所述感應(yīng)線之間，作為在通過所述電源輸入端向由所述感應(yīng)線及所述待測(cè)尿液組成的電化學(xué)電容器注入電流過程中測(cè)量所述感應(yīng)線之間于所述特定偏置電壓下的直流電容量，并根據(jù)所述電容量的大小判斷所述感應(yīng)線區(qū)域尿濕狀況的端□。本發(fā)明還提供一種尿濕檢測(cè)發(fā)訊器，可分離地連接在尿濕護(hù)理用品上，所述尿濕檢測(cè)發(fā)訊器包括
電源裝置，電氣連接所述電源輸入端，用于向由所述感應(yīng)線及所述待測(cè)尿液組成的電化學(xué)電容器注入電流，并由此產(chǎn)生一個(gè)特定的偏置電壓；以及
測(cè)量裝置，電氣連接所述電容測(cè)量端，用于在所述電源裝置向由所述感應(yīng)線及所述待 測(cè)尿液組成的電化學(xué)電容器注入電流的過程中測(cè)量所述感應(yīng)線之間在所述特定偏置電壓下的直流電容量，并根據(jù)所述電容量的大小判斷所述感應(yīng)線區(qū)域尿濕狀況。本發(fā)明還提供一種基于電化學(xué)電容器的一次性紙尿褲，包括干爽層、吸濕層和防漏層，還包括
至少兩條感應(yīng)線，每條感應(yīng)線均可與待測(cè)尿液直接接觸；
電源輸入端，設(shè)置在所述感應(yīng)線上，作為向由所述感應(yīng)線及所述待測(cè)尿液組成的電化學(xué)電容器注入電流并產(chǎn)生一個(gè)特定的偏置電壓的端口 ；以及
電容測(cè)量端，設(shè)置在所述感應(yīng)線上，作為在通過所述電源輸入端向由所述感應(yīng)線及所述待測(cè)尿液組成的電化學(xué)電容器注入電流過程中測(cè)量所述感應(yīng)線之間于所述特定偏置電壓下的直流電容量，并根據(jù)所述電容量的大小判斷所述感應(yīng)線區(qū)域尿濕狀況的端口。本發(fā)明所提供的基于電化學(xué)電容器的液體檢測(cè)裝置、方法及紙尿褲，可實(shí)現(xiàn)精確可靠的液體檢測(cè)或尿濕檢測(cè)或尿濕程度檢測(cè)，為相關(guān)的應(yīng)用提供了全新及有效的解決方案。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I是現(xiàn)有技術(shù)的電阻式水位檢測(cè)裝置原理示意圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)的電容式水位檢測(cè)裝置原理示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例基于電化學(xué)電容器的液體檢測(cè)裝置原理示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例基于電解電容器的液體檢測(cè)裝置原理示意圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例基于超級(jí)電容器的液體檢測(cè)裝置原理示意圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施例一基于電化學(xué)電容器的液體檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明實(shí)施例一中基于電化學(xué)電容器的液體檢測(cè)裝置液位/電容關(guān)系曲線圖。圖8是本發(fā)明實(shí)施例二基于電化學(xué)電容器的液體檢測(cè)方法的流程示意圖。
圖9是本發(fā)明實(shí)施例二基于電化學(xué)電容器的液體檢測(cè)方法的又一流程示意圖。圖10是本發(fā)明實(shí)施例三基于電化學(xué)電容器的濕度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖11是本發(fā)明實(shí)施例三基于電化學(xué)電容器的濕度傳感器的又一結(jié)構(gòu)示意圖。圖12是本發(fā)明實(shí)施例四基于電化學(xué)電容器的尿濕護(hù)理用品體現(xiàn)為一次性紙尿褲的外觀示意圖。
圖13是圖12所示A-A向截面圖。圖14是本發(fā)明實(shí)施例五尿濕檢測(cè)發(fā)訊器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖15是本發(fā)明實(shí)施例六包括尿濕護(hù)理用品及可分離的尿濕檢測(cè)發(fā)訊器的尿濕檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖16是本發(fā)明實(shí)施例七基于電化學(xué)電容器的尿濕檢測(cè)方法的流程示意圖。圖17是本發(fā)明實(shí)施例八基于電化學(xué)電容器的尿濕檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖18是本發(fā)明實(shí)施例八中一次性紙尿褲的等效尿濕線路示意圖。圖19是本發(fā)明實(shí)施例九基于電化學(xué)電容器的尿濕檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖20是本發(fā)明實(shí)施例十包括尿濕護(hù)理用品及可分離的尿濕檢測(cè)發(fā)訊器的尿濕檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面參考附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述。本發(fā)明實(shí)施例對(duì)液體的檢測(cè)基于電化學(xué)電容器(electro chemical capacitor)的原理。所謂電化學(xué)電容器，在這里是泛指工作中有電解液參與電容過程的電容器，例如電解電容器、超級(jí)電容器等。這些電容器主要由電容的陽極、陰極及電解液組成，并且所述的陽極、陰極直接與電解液相接觸(浸泡于電解液中)，電解液參與了電容器的工作過程，其電容量比同等體積的非電化學(xué)電容器要大41個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)電化學(xué)電容器只適合工作于直流模式(或低頻交流模式)，與非電化學(xué)電容器在材料及工作原理上有實(shí)質(zhì)性區(qū)別。圖3為本發(fā)明實(shí)施例基于電化學(xué)電容器的液體檢測(cè)裝置原理示意圖。如圖3所示，電解質(zhì)溶液30 (待測(cè)液體)在實(shí)際應(yīng)用中可為水溶液(例如水位檢測(cè))，也可以是尿液(例如在尿濕檢測(cè)的應(yīng)用中)，因?yàn)樗?包括自來水、天然水)或尿液均包含有水溶性電解質(zhì)，在裝置中可擔(dān)當(dāng)電解液的角色。31為裝置的陽極，32為裝置的陰極，31、32可直接浸泡于液體30之中，從而組成了一個(gè)由陽極31、陰極32及電解液30組成的電化學(xué)電容器(或簡(jiǎn)稱化學(xué)電容器)，所述電化學(xué)電容器包括電解電容器及雙電層電容器(或稱為超級(jí)電容器)。當(dāng)在電極31、32之間加上一個(gè)特定的直流偏置電壓時(shí)，31、32與液體30會(huì)產(chǎn)生一系列的電化學(xué)過程，并會(huì)在31、32之間呈現(xiàn)出一個(gè)比圖2所示的傳統(tǒng)電容式裝置(指介質(zhì)電容裝置)要大得多的電容(電化學(xué)電容)效應(yīng)來，使系統(tǒng)的工作更穩(wěn)定可靠，同時(shí)還可使電極間呈現(xiàn)高直流阻抗特征，可有效防止電解反應(yīng)出現(xiàn)及陽極的氧化侵蝕。下面分別通過圖4和圖5以電解電容器和超級(jí)電容器為例，說明在本發(fā)明實(shí)施例中，基于電化學(xué)電容器進(jìn)行液體檢測(cè)的原理。參照?qǐng)D4所示，這是本發(fā)明實(shí)施例基于電解電容器的液體檢測(cè)裝置原理示意圖。本實(shí)施例以鋁電解質(zhì)電容器為例，圖中40為電解質(zhì)液體(待測(cè)液體，包括水溶液)，液位高度為L，41為經(jīng)過陽極氧化處理(化成處理)的鋁電極(作為電解電容器的陽極)，在陽極41上覆蓋有一層金屬氧化膜(氧化鋁)43，所述氧化膜43具有單向?qū)щ娦?，?dāng)陽極電壓為正，電解液40電壓為負(fù)時(shí)，氧化膜具有絕緣性，其可承受的耐壓值與氧化膜的厚度有關(guān)，大約為I. 2nm/V,即I. 2納米的厚度可承受約I伏特的電壓，I微米厚度的氧化膜則可承受高達(dá)800V的電壓，在一般情況下，20納米的厚度已經(jīng)足夠。圖中42為液體檢測(cè)裝置的陰極，可用任何導(dǎo)電體組成，在實(shí)際應(yīng)用中同樣可用鋁電極，至于是否經(jīng)過化成處理都沒有關(guān)系(如果陰極作了化成處理，則陰極上也會(huì)覆蓋上一層氧化鋁膜，但由于陰極的電位為負(fù)值，氧化鋁膜的單向?qū)щ娦圆粫?huì)影響陰極與電解質(zhì)液體之間的導(dǎo)電性)。陰極42在裝置中的作用是將外部施加的電壓傳遞給電解液40，而電解液40在液體檢測(cè)裝置中是實(shí)際上的陰極。當(dāng)在陽極、陰極41、42之間施加一個(gè)直流正向偏置電壓時(shí)，由于金屬氧化膜43在正向電壓下呈絕緣性，這個(gè)電壓便疊加在金屬氧化膜43的兩邊，這時(shí)陽極41會(huì)產(chǎn)生一個(gè)正電荷層46,與正電荷層46相對(duì)應(yīng)的電解液40上會(huì)形成一個(gè)負(fù)電荷層48，本實(shí)施例將所述的正、負(fù)兩個(gè)電荷層簡(jiǎn)稱為“雙電層”。由于這個(gè)雙電層的間距非常小(小于I微米)，因此電極41、42間呈現(xiàn)的電容值較圖2所示的傳統(tǒng)電介質(zhì)電容式水位檢測(cè)的電容值大3飛個(gè)數(shù)量級(jí)，這使得對(duì)電極間的電容檢測(cè)更容易、更可靠并且不會(huì)出現(xiàn)自激現(xiàn)象。同時(shí)這個(gè)電容量與兩電極的間距無關(guān)(只與金屬氧化膜43的厚度有關(guān))，這樣在安裝調(diào)試和使用上都會(huì)更加方便。電解電容器的陽極材料主要有金屬鋁及金屬鉭，其對(duì)應(yīng)的金屬氧化膜主要成分是三氧化二鋁及五氧化二鉭。鋁是一種常用金屬，用鋁做電極比較符合成本效益。同時(shí)自然狀態(tài)下的金屬鋁也有一層氧化膜，這個(gè)天然生成的氧化膜的擊穿電壓一般在I. 5V左右，如果電極工作電壓(即施加的特定偏置電壓)低于I. 5V，則所有的鋁材料都可以作陽極來使用，這將大大方便應(yīng)用。另外如果陰極也作了化成處理，則陰極也可作陽極來使用(這時(shí)原來的陽極就自動(dòng)變?yōu)殛帢O)，這樣應(yīng)用時(shí)就不需要考慮極性的問題，這也會(huì)給使用者帶來方便。請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D5所示，為本發(fā)明實(shí)施例基于超級(jí)電容器的液位檢測(cè)裝置原理示意圖。圖中50為電解液(待測(cè)液體，包括含電解質(zhì)的水溶液)，液位高度為L，51、52分別為用特殊材料制成的陽極及陰極，當(dāng)在陽極51及陰極52之間施加一個(gè)小于電解液50分解電壓的電壓值(對(duì)于水來說是小于1.23V)，這時(shí)電解液50中的正、負(fù)離子在電場(chǎng)的作用下會(huì)迅速向兩極運(yùn)動(dòng)，并分別在兩個(gè)電極的表面形成緊密的電荷層，即雙電層(包括陽極側(cè)的雙電層56及陰極側(cè)的雙電層58)，它所形成的雙電層和傳統(tǒng)電容器中的電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的極化電荷相似，從而產(chǎn)生電容效應(yīng)，由于緊密的電荷層間距極小(小于I納米)，從而產(chǎn)生極大的電容量(比常規(guī)電介質(zhì)電容器大4-8個(gè)數(shù)量級(jí)(視乎不同的電極材料及處理工藝))，因此這個(gè)電容就被稱為“超級(jí)電容”。對(duì)于超級(jí)電容(或稱為雙電層電容器)來說，電極材料是重要的，目前常用的超級(jí)電容器的電極材料主要有純碳材料、碳復(fù)合材料、導(dǎo)電橡膠材料、金屬氧化物以及水合物材料、金屬復(fù)合材料、導(dǎo)電聚合物電極材料等，用這些材料制成電極通常有較大的表比面積， 因此可以產(chǎn)生更大的電容量。在本發(fā)明實(shí)施例中，電極之間的電容量在Iu廣IOOOuF之間是較合適的，在這種情況下幾乎所有的導(dǎo)電材料(不限于大表比面積的材料)都可以使用，只要控制電極之間的偏置電壓不超過水解電壓既可。例如，在實(shí)際應(yīng)用中，可采用碳性導(dǎo)電油墨(或其它導(dǎo)電油墨)按需要印刷出所需的電極，在這種情況下，每平方厘米表面產(chǎn)生的雙電層電容量大約在幾微法至幾十微法之間，這便可有效滿足本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)用要求。
在一般情況下，電解電容器及超級(jí)電容器都是有極性的(包括陽極及陰極)，但亦可制作成無極性的電解電容器及雙電層電容器。在無極性電解電容器中，陽極及陰極都做了氧化處理，這樣任一電極既可作為陽極使用，亦可作為陰極使用，這樣會(huì)為應(yīng)用帶來方便。至于雙電層電容器，更可以設(shè)計(jì)成無極性的，例如可用導(dǎo)電油墨印刷出兩條一模一樣的電極，每個(gè)電極既可以作為陽極，亦可作為陰極，這會(huì)給實(shí)際應(yīng)用帶來方便。上述關(guān)于陽極、陰極的分析可以看作為無極性電容的其中一種特定工作狀態(tài)。實(shí)施例一:
下面再請(qǐng)參照?qǐng)D6所示，為本發(fā)明實(shí)施例一基于電化學(xué)電容器(包括電解電容器及超級(jí)電容器)的液體檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中63所示為一液體裝載容器，在實(shí)際應(yīng)用中可以為鍋爐、熱水器、洗衣機(jī)、咖啡機(jī)的水箱，水箱中有電解液(例如水溶液)60。本實(shí)施例液體 檢測(cè)裝置(以基于電解電容器結(jié)構(gòu)為例)包括陽極61、陰極62，電源裝置68以及測(cè)量裝置69。陽極61和陰極62浸泡于電解液60之中形成一個(gè)電化學(xué)電容器。如前所述,本發(fā)明實(shí)施例中對(duì)陽極和陰極的區(qū)分并無特殊要求，為方便應(yīng)用，電化學(xué)電容器通常設(shè)計(jì)為無極性，這樣任一電極既可作為陽極使用，亦可作為陰極使用。在本實(shí)施例及后續(xù)實(shí)施例中，為便于描述，將電極具體稱為陽極或陰極，但應(yīng)理解的是，這并不能視為是對(duì)陽極或陰極的限制。電源裝置68包括有恒流輸出裝置，分別與陽極61及陰極62電氣連接，向由陽極61和陰極62及電解液60組成的電化學(xué)電容器注入電流，并由此產(chǎn)生一個(gè)特定的偏置電壓。如果電流從陽極61流入并從陰極62流出(即向陽極61注入正向電流)，則產(chǎn)生的特定的偏置電壓為正向偏置電壓，在此正向偏置電壓下，陽極61端的液體界面上將生成一個(gè)間距極小的雙電層，陽極61呈現(xiàn)大直流電阻特性。如果電流從陰極62流入并從陽極61流出(即向陽極61注入反向電流，或可視為釋放電流)，則產(chǎn)生的特定的偏置電壓為反向偏置電壓，在此反向偏置電壓下，陰極62端的液體界面上將生成一個(gè)間距極小的雙電層，陰極62呈現(xiàn)大直流電阻特性。前述正向或反向電流系針對(duì)選定的陽極，由于電極61、62均可作為陽極，因此對(duì)于選定61為陽極時(shí)(1)電流從陽極61流入并從陰極62流出即是為陽極61注入正向電流；(2)電流從陰極62流入并從陽極61流出即是為陽極61注入反向電流。對(duì)于第(2)種情形，也可以認(rèn)為相當(dāng)于選定62為陽極，那么相對(duì)于“陽極62”而言，注入的即是正向電流。當(dāng)然，注入電流或釋放電流也與正向或反向有關(guān)，例如，對(duì)陽極61注入正向電流(電流從陽極61流入并從陰極62流出)則相當(dāng)于從陰極62釋放電流；反之，對(duì)陽極61注入反向電流(電流從陰極62流入并從陽極61流出)則相當(dāng)于從陽極61釋放電流。在電源裝置68中還包括一個(gè)極性控制裝置，用于控制恒流輸出裝置向陽極或陰極輸出正向或反向的恒定電流，使陽極和陰極與所述待測(cè)液體組成的電化學(xué)電容器的偏置電壓發(fā)生變化，以便于電容器電容量的反復(fù)測(cè)量。作為一種替代，電源裝置68還包括放電裝置，用于為陽極和陰極之間的電容提供放電回路，并通過放電回路調(diào)節(jié)電容器的偏置電壓，以便于電容器電容量的反復(fù)測(cè)量。電氣連接在電極61、62之間的便是測(cè)量裝置69，測(cè)量裝置69包括電壓測(cè)量裝置。為了測(cè)試兩電極間的直流電容量，電源裝置68會(huì)輸出一個(gè)已知的恒定電流對(duì)電極間電容進(jìn)行充電(或放電)，然后測(cè)量裝置69便可在充電(或放電)過程中實(shí)現(xiàn)兩極間的電容量測(cè)量，具體可采用c = q/v = I * t/v = I/(v/t)的測(cè)量公式，當(dāng)電流為一恒定值時(shí)，電容量c與電容兩端的電壓變化率(v/t)成反比。在水位檢測(cè)的實(shí)際應(yīng)用中，充、放電電流可在0. IuA IOmA之間選擇。本實(shí)施例的液體檢測(cè)裝置的電極間電容量c還與電解液60的電極接觸面積成正t匕，也就是與電解液的液位高度L成正比。當(dāng)圖中的電解液低于LI位置時(shí)，電極與電解液之間無接觸，這時(shí)電極間的電容量c接近零，測(cè)量裝置69測(cè)量到的電壓變化率接近無限大；當(dāng)液位高于LI位置時(shí)，兩電極間的電容量幾乎是線性增長的，由此可通過對(duì)兩電極間的電容量(或電壓變化率)的測(cè)量來判斷液位L的高低。由于電極間的電容量除與電解液的接觸面積有關(guān)之外，還與電極材料及液體中的電解質(zhì)含量有關(guān)，而電極長時(shí)間工作時(shí)其參數(shù)也可能會(huì)發(fā)生變化(例如受污染、結(jié)垢、老化等因素影響)。為了能對(duì)電容量c與液位高度L的關(guān)系進(jìn)行校正，本實(shí)施例在電極61、62上均對(duì)應(yīng)設(shè)置防液絕緣涂層(例如采用油漆、塑膠、橡膠等材料)，使電極在此處不與電解液直接接觸，其中65為陽極上的絕緣涂層，66為陰極上的絕緣涂層。絕緣涂層65、66具有相同的寬度和相對(duì)高度差，并且當(dāng)待測(cè)液體60的液面于絕緣涂層區(qū)域間變動(dòng)時(shí)，陽極61和陰極62與待測(cè)液體60的實(shí)際接觸面積保持不變?？梢岳斫獾氖?，本實(shí)施例中絕緣涂層也可單獨(dú) 設(shè)置在陽極61或陰極62上。如圖所示，當(dāng)液位到達(dá)L2位置時(shí)兩極間的電容量不會(huì)進(jìn)一步增加(因?yàn)殡姌O與電解液的接觸面積沒有增加)，可以通過這個(gè)現(xiàn)象判斷液位是否到達(dá)L2的位置。這個(gè)做法的意義在于可對(duì)通過測(cè)量裝置69計(jì)算得出的液位高度L進(jìn)行校正，使L的計(jì)算值與實(shí)際數(shù)值相一致，從而使本實(shí)施例液體檢測(cè)裝置具有自動(dòng)液體適應(yīng)能力(適應(yīng)不同電解質(zhì)含量的液體)以及時(shí)間老化適應(yīng)能力。如果對(duì)結(jié)果要求更精確，還可以在陽極61和/或陰極62上分隔設(shè)置多段絕緣涂層，使得可以在例如L3、L4位置上對(duì)液位進(jìn)行進(jìn)一步校正。圖7是本發(fā)明實(shí)施例一中基于電化學(xué)電容器的液體檢測(cè)裝置液位/電容關(guān)系曲線圖。圖中橫坐標(biāo)L為液位(或水位)，縱坐標(biāo)C為陽極及陰極間的電容量。當(dāng)液位處于LO至LI之間時(shí)，由于液體和電極之間并無接觸，因此化學(xué)電容不起作用，電極間只有空氣介質(zhì)電容的存在，由于這個(gè)電容量非常小，可忽略不計(jì)。當(dāng)液位上升到LI位置后，電解液開始與電極接觸，并產(chǎn)生化學(xué)電容效應(yīng)，其電容量與液位成線性比例關(guān)系，液位越高電容量越大。但當(dāng)液位上升到L2位置時(shí)，由于L2覆蓋有防液(防水)絕緣層，液體與電極在這個(gè)位置上并無接觸，因此電容量在L2的整個(gè)絕緣區(qū)間內(nèi)均無變化，而本實(shí)施例液體檢測(cè)裝置正是利用這個(gè)特性來判斷液位是否處于L2的區(qū)間位置。同樣地，液位于L3、L4這兩個(gè)絕緣區(qū)間內(nèi)也不會(huì)令電極間的電容量發(fā)生變化，而在無絕緣層的區(qū)間內(nèi)電容量的變化是呈線性上升的。根據(jù)這些特性，本實(shí)施例液體檢測(cè)裝置可以準(zhǔn)確判斷液體處于哪一個(gè)電極區(qū)間之內(nèi)。進(jìn)一步地，本實(shí)施例液體檢測(cè)裝置還可以利用這個(gè)結(jié)構(gòu)特性對(duì)電容/液位的關(guān)系作進(jìn)行校正，使液位的測(cè)量更加精確及可靠，這個(gè)結(jié)構(gòu)原理可自動(dòng)適應(yīng)不同水質(zhì)對(duì)電容量的影響，以及可有效消除電極老化對(duì)液體測(cè)量精度的影響。至于本實(shí)施例中電極材料，均可從前述分別以電解電容器和超級(jí)電容器為例，說明在本發(fā)明實(shí)施例中，基于電化學(xué)電容器進(jìn)行液體檢測(cè)的原理時(shí)提到的材料中選擇。如果按電解電容器原理為例，則陽極材料選擇可生成單向?qū)щ娦越饘傺趸さ慕饘俨牧?，陰極材料為任意導(dǎo)電體，并且本實(shí)施例的特定偏置電壓須小于金屬氧化膜的擊穿電壓。如果按超級(jí)電容器原理為例，則陽極和陰極的材料為任意導(dǎo)電材料，其中包括但不限于以下其中一種碳纖維材料、純碳材料、碳復(fù)合材料、碳性導(dǎo)電油墨材料、導(dǎo)電橡膠材料、金屬氧化物以及水合物材料、金屬復(fù)合材料、導(dǎo)電聚合物材料，并且本實(shí)施例的特定偏置電壓須小于待測(cè)液體的分解電壓。在本實(shí)施例的一個(gè)實(shí)際應(yīng)用中，電極61、62為碳纖維電極，絕緣涂層絕緣油漆，其的寬度和非絕緣部分的寬度一致，均為2CM，電極上高度L1、L2、L3、L4分別為2CM、5CM、9CM、13CM。在容器63中以恒定速度注入自來水60，并測(cè)量電極間的電容CO、Cl、C2、C3分別約為0uF、20uF、40uF、60uF，證明兩電極間的電容量與水位高度基本上成正比的。更換大小不同及性能不同的電極，C的數(shù)值會(huì)發(fā)生變化，數(shù)值范圍在1UF 0. IF不等，這要比常規(guī)介質(zhì)電容式水位檢測(cè)的幾PF到幾百pF電容大41次方倍不等。這樣使得電容量的測(cè)量更容易，液體的檢測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確。實(shí)施例二 :
對(duì)應(yīng)于本發(fā)明實(shí)施例一的液體檢測(cè)裝置，本發(fā)明實(shí)施例二提供一種基于電化學(xué)電容器的液體檢測(cè)方法，所述電化學(xué)電容器由兩個(gè)電極及待測(cè)包含電解質(zhì)的液體組成，所述電極 均可與所述待測(cè)液體直接接觸，所述液體檢測(cè)方法包括以下步驟
向所述電極注入電流，并由此產(chǎn)生一個(gè)特定的偏置電壓；
在向所述電極注入電流的過程中測(cè)量所述電極之間在所述特定偏置電壓下的直流電容量；以及
根據(jù)所述電容量的大小判斷所述待測(cè)液體是否與所述電極相接觸、接觸面積的大小和/或液位的高低。具體步驟請(qǐng)參照?qǐng)D8所示
步驟S801為設(shè)置一個(gè)陽極，與包含電解質(zhì)的液體(待測(cè)液體)之間無電介質(zhì)分隔，可以直接與所述液體相接觸；
步驟S802為設(shè)置一個(gè)陰極，所述陰極與所述液體之間無電介質(zhì)分隔，所述陰極可以直接與所述液體相接觸；
步驟S803為將所述的陽極及陰極固定于液體裝載容器之內(nèi)；
步驟S804為向所述液體裝載容器注入所述液體；
步驟S805為于所述陽極及陰極中注入電流，所述電流從所述陽極流入并從所述陰極流出；
步驟S806為于所述陽極中建立起一個(gè)特定的正向偏置電壓，所述偏置電壓的建立是通過對(duì)所述陽極注入電流來實(shí)現(xiàn)的；
步驟S807為于所述陽極與所述液體的接觸界面上生成一個(gè)雙電荷層，其中所述陽極表面生成正電荷層，所述液體界面上生成負(fù)電荷層，所述正、負(fù)電荷層的間距不超過I微米，令所述陽極具備直流隔離能力并呈現(xiàn)大電容特性，這個(gè)雙電層的生成是通過對(duì)所述陽極注入電流來實(shí)現(xiàn)的；
步驟S808為通過所述電流的注入令所述陽極與陰極之間的電容出現(xiàn)充電效應(yīng)，并令所述陽極與陰極之間的電壓發(fā)生變化；
步驟S809為檢測(cè)所述陽極與陰極之間的電壓變化率，并根據(jù)所述電壓變化率計(jì)算出液位參數(shù)；
步驟S810為于所述陽極與陰極中注入反方向電流，或?qū)λ鲫枠O與陰極之間的電容實(shí)施放電處理，或等待一段電容自然放電時(shí)間，令所述液體檢測(cè)功能可以重復(fù)進(jìn)行。
作為對(duì)本實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，請(qǐng)參照?qǐng)D9所示，在步驟S801、S802分別設(shè)置陽極、陰極時(shí)，增加步驟S901，即在陽極或陰極的特定位置上覆蓋絕緣涂層。絕緣涂層可以單獨(dú)設(shè)置在陽極或陰極上，也可以同時(shí)對(duì)應(yīng)設(shè)置在陽極和陰極上。絕緣涂層使電極在此處不與電解液直接接觸，并且當(dāng)電解液的液面于絕緣涂層區(qū)域間變動(dòng)時(shí)，陽極和陰極與電解液的實(shí)際接觸面積保持不變。如此，在步驟S809檢測(cè)電壓變化率中，進(jìn)一步包括步驟S902，于所述液體注入過程中連續(xù)測(cè)量所述陽極與陰極之間的電壓變化率，當(dāng)所述電壓變化率由大向小發(fā)生突變時(shí)判斷所述液體到達(dá)最低液面位置，當(dāng)所述電壓變化率不跟隨所述液體的注入而改變時(shí)判斷所述液體到達(dá)所述絕緣涂層位置；或于所述液體釋放過程中連續(xù)測(cè)量所述陽極與陰極之間的電壓變化率，當(dāng)所述電壓變化率不因液體釋放而改變時(shí)判斷所述液體處于所述絕緣涂層位置，當(dāng)所述電壓變化率從小向大發(fā)生突變時(shí)判斷所述液體到達(dá)最低液面位置。而后增加步驟S903，根據(jù)所述于最低液面位置及絕緣層位置對(duì)在步驟S809中計(jì)算得到的液位參數(shù)進(jìn)行校正。本實(shí)施例中，電流為恒定電流，特定的偏置電壓小于待測(cè)液體的分解電壓(當(dāng)采用超級(jí)電容器原理時(shí))，或小于陽極氧化膜的擊穿電壓(當(dāng)采用電解電容器原理時(shí))，電極特定材料可以為電化學(xué)電容器常用的陽極材料，包括以下其中一種材料或其組合碳纖維材料、純碳材料、碳復(fù)合材料、碳性導(dǎo)電油墨材料、導(dǎo)電橡膠材料、金屬氧化物以及水合物材料、金屬復(fù)合材料、導(dǎo)電聚合物材料、鋁材料、鉭材料。在本發(fā)明實(shí)施例中，由于需要的電容量也不需要太大，因此除上述材料之外，幾乎任何導(dǎo)電材料都可以用來構(gòu)成本實(shí)施例的雙電層電容器的電極，包括陽極及陰極。以上是本發(fā)明實(shí)施例于液位檢測(cè)方面的應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，本發(fā)明實(shí)施例還可應(yīng)用于液體存在檢測(cè)及濕度檢測(cè)方面，例如檢測(cè)墻壁、地面、物體表面或物體里面是否潮濕或水浸等。在這種情況下，可將檢測(cè)所需的陽極、陰極制作成柔軟的薄膜貼于檢測(cè)位置上，只要陽極及陰極之間有潮濕便可令兩電極之間的電容發(fā)生變化，檢測(cè)電容的變化程度便可檢測(cè)潮濕的面積或潮濕的程度。在這個(gè)應(yīng)用中，既可以用鋁箔來制作陽極及陰極，也可以采用碳性導(dǎo)電油墨印刷于親水性薄膜(例如高分子聚乙烯醇PVA等)上作為化學(xué)電容的陽極及陰極制成濕度傳感器以實(shí)現(xiàn)濕度的檢測(cè)。
實(shí)施例三:
請(qǐng)參照?qǐng)D10所示，系本發(fā)明實(shí)施例三基于電化學(xué)電容器的濕度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中101、102為濕度傳感器的兩條感應(yīng)線，同時(shí)也作為電化學(xué)電容器的陽極及陰極，并被配置于親水性薄膜105之上，108則為電源裝置及測(cè)量裝置，當(dāng)感應(yīng)線101、102之間存在一個(gè)潮濕區(qū)100時(shí)，電源裝置及測(cè)量裝置108便可檢測(cè)到直流電容的存在，電容越大，則說明潮濕的區(qū)域越大，或潮濕的程度越嚴(yán)重。感應(yīng)線101、102可以是柔軟性的鋁箔材料，也可以采用碳性導(dǎo)電油墨直接印刷于親水性薄膜105之上。為了使感濕效果更好，可以先將親水性薄膜105于電解質(zhì)液體(例如鹽水)中浸泡然后再曬干使用，這樣感濕傳感器的靈敏度及可靠性會(huì)更佳。如圖11所示，系本實(shí)施例基于電化學(xué)電容器的濕度傳感器的又一結(jié)構(gòu)示意圖。圖中115為經(jīng)電解質(zhì)液體浸泡曬干的親水性薄膜，111、112為碳性導(dǎo)電油墨于115上印刷的感應(yīng)線，可作為電化學(xué)電容器的陽極及陰極，而通過對(duì)111、112之間的直流電容的檢測(cè)便可知道115的濕度。由于這個(gè)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)電極間距很小，并且有較大的相對(duì)面積，因此感濕靈敏度會(huì)更高及更穩(wěn)定，并可以作為空氣相對(duì)濕度檢測(cè)之用。與目前現(xiàn)有及最常用的感濕電阻式及交流電容式濕度檢測(cè)技術(shù)相比，本實(shí)施例的直流電容式濕度傳感器在濕度檢測(cè)上具有更高的靈敏度(特別是于高濕度情況下)，以及更加省電(因?yàn)榫哂懈咧绷麟娮杓盁o需振蕩式檢測(cè)線路)，可作為新一代濕度感應(yīng)器件來使用。為了能檢測(cè)上述濕度傳感器的電容值，與傳感器陽極及陰極連接的電源裝置及測(cè)量裝置是必不可少的，電源裝置用于為陽極提供一個(gè)特定的偏置電壓；而測(cè)量裝置則用于在這個(gè)特定偏置電壓下測(cè)量陽極及陰極間的直流電容量，并根據(jù)電容量的大小判斷濕度的聞低。 上述的電源裝置一般還包括恒流輸出裝置、極性控制裝置或放電裝置，可對(duì)陽極及陰極實(shí)施充、放電功能。而測(cè)量裝置一般還包括電壓測(cè)量裝置，當(dāng)恒流輸出裝置對(duì)陽極及陰極實(shí)施充、放電時(shí)，電壓測(cè)量裝置可得到陽極及陰極間的電壓變化率，這個(gè)電壓變化率與陽極及陰極間的電容量成反比，與親水性薄膜的濕度成反比。特定的偏置電壓一般設(shè)定小于水的分解電壓，或小于電極金屬氧化膜的擊穿電壓即可。陽極材料除了鋁箔和碳性導(dǎo)電油墨外，其它電化學(xué)電容器的電極材料也是可用的(參前述實(shí)施例)，此處不再贅述。至于親水性薄膜可采用高分子膜材料，例如聚乙烯醇(PVA)等。上述的濕度傳感器除可用于潮濕檢測(cè)及空氣相對(duì)濕度檢測(cè)之外，在現(xiàn)實(shí)生活中還特別適用于嬰兒、老人的尿濕檢測(cè)，在這些應(yīng)用中尿液是被當(dāng)作電解液來使用的。如此，濕度傳感器則成為一種基于電化學(xué)電容器的尿濕檢測(cè)裝置，這樣的尿濕檢測(cè)裝置包括尿液吸收物，用于當(dāng)發(fā)生尿濕時(shí)吸收尿液；兩條感應(yīng)線，設(shè)置在尿液吸收物上，具體是設(shè)在與尿液吸收物相接觸的薄膜上，每條感應(yīng)線均可作為電化學(xué)電容器的陽極或陰極，均可與待測(cè)尿液直接接觸；電源裝置，電氣連接在所述感應(yīng)線之間，用于向由所述感應(yīng)線及所述待測(cè)尿液組成的電化學(xué)電容器注入電流，并由此產(chǎn)生一個(gè)特定的偏置電壓；測(cè)量裝置，電氣連接在所述感應(yīng)線之間，用于在所述電源裝置向由所述感應(yīng)線及所述待測(cè)尿液組成的電化學(xué)電容器注入電流的過程中測(cè)量所述感應(yīng)線之間在所述特定偏置電壓下的直流電容量，并根據(jù)所述電容量的大小判斷所述感應(yīng)線區(qū)域尿濕狀況。實(shí)施例四
結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例一、二、三，可將液體檢測(cè)(尿濕檢測(cè))技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的產(chǎn)品當(dāng)中，由此本發(fā)明實(shí)施例四提供一種基于電化學(xué)電容器的尿濕護(hù)理用品，這種尿濕護(hù)理用品可以是廣義上的吸濕用衛(wèi)生用品，包括尿褲、尿片、紙尿褲、紙尿片、一次性紙尿褲、一次性紙尿
坐/I寸o請(qǐng)參照?qǐng)D12所示，本發(fā)明實(shí)施例四基于電化學(xué)電容器的尿濕護(hù)理用品體現(xiàn)為一次性紙尿褲的外觀示意圖。一次性紙尿褲125 (也可以是多次性使用尿褲，或其它吸濕用品)上設(shè)置有尿濕感應(yīng)線121、122，其同時(shí)可作為電化學(xué)電容器的陽極及陰極來使用。本實(shí)施例中，尿濕感應(yīng)線為121作為陽極，尿濕感應(yīng)線122作為陰極。這兩條感應(yīng)線可用柔軟的鋁箔材料來做(組成一個(gè)電解電容器)，也可以采用碳性導(dǎo)電油墨于紙尿褲上直接印刷出來(組成一個(gè)超級(jí)電容器)。圖12中尿濕區(qū)域120橫跨紙尿褲的陽極121及陰極122，作為電解液的尿液將陽極121、陰極122連在一起,組成了一個(gè)廣義的電化學(xué)電容器。由于電化學(xué)電容器的電容量比傳統(tǒng)電介質(zhì)電容式檢測(cè)的電容量大:T8個(gè)數(shù)量級(jí)(根據(jù)不同設(shè)置，在121、122間測(cè)量到的直流電容可以分別大于I微法、10微法或100微法)，因此可有效消除人體電容效應(yīng)對(duì)尿濕檢測(cè)的影響，使檢測(cè)精度及可靠性都得到有效的保證，是一種有別于現(xiàn)有尿濕檢測(cè)技術(shù)的全新的尿濕檢測(cè)理論和實(shí)踐模式。圖13為圖12所示A-A向截面圖。如圖所示，紙尿褲通常包括干爽層(也稱為內(nèi)層)133、吸濕層(也稱為夾層)135和防漏層(也稱為外層)138。干爽層為紙尿褲的最內(nèi)層，當(dāng)使用者尿失禁時(shí)，尿液可穿過干爽層為吸濕層所吸收，從而使干爽層得以保持干爽。防漏層 可以在吸濕層吸濕能力下降后防止尿液漏出。圖12中分別作為陽極和陰極的感應(yīng)線121、122在圖13中顯示的側(cè)剖面標(biāo)示為131，其被印刷在紙尿褲的防漏層138之上，在實(shí)際應(yīng)用中也可以印刷在紙尿褲的干爽層133的下面，總之是能夠與吸濕層135緊密接觸的地方，以提高尿濕檢測(cè)的可靠性。為了能給紙尿褲的陽極及陰極提供一個(gè)特定的偏置電壓，以及可以有效測(cè)量陽極及陰極之間的直流電容(有別于現(xiàn)有技術(shù)的交流電容檢測(cè))，在陽極及陰極尿濕感應(yīng)線中還必須設(shè)置一個(gè)電源輸入端及電容測(cè)量端，以便與外部的電源裝置及測(cè)量裝置實(shí)施電氣連接。電源輸入端，電氣連接在所述感應(yīng)線之間，作為向由所述感應(yīng)線及所述尿液組成的電化學(xué)電容器注入電流并產(chǎn)生一個(gè)特定的偏置電壓的端口 ；電容測(cè)量端，電氣連接在所述感應(yīng)線之間，作為在通過所述電源輸入端向由所述感應(yīng)線及所述尿液組成的電化學(xué)電容器注入電流過程中測(cè)量所述感應(yīng)線之間于所述特定偏置電壓下的直流電容量，并根據(jù)所述電容量的大小判斷所述感應(yīng)線區(qū)域尿濕狀況的端口。電源輸入端及電容測(cè)量端在實(shí)際應(yīng)用中可以有各種不同的設(shè)計(jì)，最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)是采用一個(gè)夾子直接夾在陽極及陰極上面將信號(hào)引出以實(shí)現(xiàn)所述的功能，在這樣的設(shè)計(jì)中紙尿褲的電源輸入端及電容測(cè)量端就是陽極及陰極本身。如果需要其它電氣連接方式，則要根據(jù)所需的方式來設(shè)計(jì)該電源輸入端及電容測(cè)量端，這里不作詳述。感應(yīng)線的寬度設(shè)置需要考慮其本身電阻對(duì)測(cè)量電容量的影響。如果過窄，則其電阻較大，在注入的恒定電流維持不變的情況下，產(chǎn)生的偏置電壓就會(huì)增大，有可能出現(xiàn)超過待測(cè)尿液分解電壓或金屬箔擊穿電壓，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確；而如果減小注入的恒定電流，則充電時(shí)間將延長，導(dǎo)致檢測(cè)周期過長。另外，感應(yīng)線的寬窄還和紙尿褲的實(shí)際應(yīng)用相關(guān)，如果過窄，電源輸入端及電容測(cè)量端不易設(shè)置(如采用夾子會(huì)因太窄無法有效接觸)；如果過寬，則會(huì)消耗更多的感應(yīng)線材料(例如使用更多的導(dǎo)電油墨)，這會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。所以，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，在本發(fā)明實(shí)施例中(包括所有提到感應(yīng)線的實(shí)施例)，感應(yīng)線的寬度設(shè)置為4毫米到10毫米是合適的。由于紙尿褲具有柔軟性，為了防止陽極及陰極短路，必須采用適當(dāng)?shù)姆椒▉韺㈦姌O分開，例如將陽極及陰極分開一定的距離印刷在(或貼在)紙尿褲的防漏層(外層)或干爽層(內(nèi)層)上，在這里將分開陽極及陰極的物體統(tǒng)稱為分隔物，例如圖12中的128。由于尿濕護(hù)理用品常因尿濕而需更換，而電源裝置及測(cè)量裝置則可反復(fù)使用，因此本實(shí)施例的尿濕護(hù)理用品并未將電源裝置及測(cè)量裝置包括在內(nèi)，而是將電源裝置及測(cè)量裝置設(shè)計(jì)為外接裝置，通過電源輸入端及電容測(cè)量端分別接入。這樣做的好處在于可以避免不必要的浪費(fèi)，降低成本，使用也更為方便。在家庭、醫(yī)院等護(hù)理場(chǎng)所，只用為護(hù)理對(duì)象配備一套電源裝置及測(cè)量裝置，尿濕護(hù)理用品作為隨時(shí)可更換的消耗品，使用時(shí)將二者電氣插接即可。實(shí)施例五
下面請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D14所示，為本發(fā)明實(shí)施例五提供的與如本發(fā)明實(shí)施例四尿濕護(hù)理用品(一次性紙尿褲)配合使用的可分離的尿濕檢測(cè)發(fā)訊器結(jié)構(gòu)示意圖。圖中140為所述可分離的尿濕檢測(cè)發(fā)訊器，該發(fā)訊器可通過連接機(jī)構(gòu)143與紙尿褲上的陽極感應(yīng)線141及陰極感應(yīng)線142電氣連接,亦可通過分離機(jī)構(gòu)145與紙尿褲上的陽極感應(yīng)線141及陰極感應(yīng)線142電氣分離。所述感應(yīng)線141、142的信號(hào)在發(fā)訊器140內(nèi)部被進(jìn)一步與電源裝置146及測(cè)量裝置147電氣連接，其檢測(cè)結(jié)果(尿濕數(shù)據(jù)或尿濕報(bào)警信號(hào))則最終通過輸出裝置148進(jìn)行輸出。在電源裝置146中包括有恒流輸出裝置，可以用于向紙尿褲的陽極141注入(或釋 放)電流，并由此產(chǎn)生一個(gè)特定的偏置電壓。電源裝置146進(jìn)一步包括極性控制裝置或放電裝置，其中，極性控制裝置用于控制所述恒流輸出裝置向所述電極輸出正向或反向的恒定電流；放電裝置則用于為所述電極之間的電容提供放電回路，并通過所述放電回路調(diào)節(jié)所述電容器的偏置電壓。本實(shí)施例中，極性控制裝置和放電裝置的目的均是為所述電容器電容量的反復(fù)測(cè)量提供方便。測(cè)量裝置147用于測(cè)量由紙尿褲陽極、陰極及尿液組成的化學(xué)電容器的電容值，并根據(jù)這個(gè)電容值來判斷紙尿褲是否被尿濕，以及尿濕的程度。測(cè)量裝置147中包括有電壓測(cè)量裝置，所述的恒流輸出裝置對(duì)紙尿褲陽極及陰極進(jìn)行充、放電操作時(shí)(在實(shí)際應(yīng)用中，紙尿褲的尿濕檢測(cè)充放電電流可在50nA飛OuA之間選擇)，電壓測(cè)量裝置可檢測(cè)電極間的電壓變化率，檢測(cè)到的電壓變化率與紙尿褲陽極及陰極間的電容量成反比，與尿液及電極接觸面積成反比。實(shí)施例六:
如圖15所示，本發(fā)明實(shí)施例六提供一種包括尿濕護(hù)理用品及可分離的尿濕檢測(cè)發(fā)訊器的尿濕檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中155為紙尿褲，151、152為設(shè)置于紙尿褲上的陽極及陰極感應(yīng)線(簡(jiǎn)稱陽極及陰極)，150為尿濕區(qū)域，而158為可分離的尿濕檢測(cè)發(fā)訊器，這些結(jié)構(gòu)組成與圖12 14基本上是一致的。本實(shí)施例要表達(dá)的是可將基于電化學(xué)電容器的尿濕檢測(cè)系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，第一部分包括了前述的陽極、陰極、電源輸入端、電容測(cè)量端、尿液吸收物、分隔物等部分，這些部分被稱為尿濕護(hù)理用品，包括廣義上的吸濕用衛(wèi)生用品，例如尿褲、尿片、紙尿褲、紙尿片、一次性紙尿褲、一次性紙尿片，或其它一次性吸濕用衛(wèi)生用品。而第二部分則包括了可對(duì)上述一次性尿濕護(hù)理用品的尿濕感應(yīng)電極施加特定偏置電壓，以及對(duì)兩電極間的電容進(jìn)行充、放電，并在充、放電過程中實(shí)施對(duì)電容的檢測(cè)，并得到尿濕程度的數(shù)據(jù)，以及將尿濕信號(hào)/數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出的裝置。在本實(shí)施例中，第一部分為一次性用品，用后即棄；第二部分為多次性使用，可以與不同的一次性尿濕護(hù)理用品配合使用。因此第一部分與第二部分是可以相互組合與分離的，以提高產(chǎn)品使用的靈活性和成本上的經(jīng)濟(jì)性。實(shí)施例七:
下面請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D16所示，為本發(fā)明實(shí)施例七基于電化學(xué)電容器的尿濕檢測(cè)方法流程圖，該方法包括以下步驟
步驟S161為設(shè)置一個(gè)陽極，所述陽極由特定材料組成，與尿液之間無電介質(zhì)分隔，可以直接與所述尿液相接觸；
步驟S162為設(shè)置一個(gè)陰極，所述陰極與尿液之間無電介質(zhì)分隔，所述陰極可以直接與所述尿液相接觸；
步驟S163為采用分隔物將所述陽極與陰極進(jìn)行分隔及固定，防止所述陽極及陰極之間短路；
步驟S164為將尿液吸收物鋪設(shè)于所述陽極及陰極上，用于吸收尿液并使所述尿液與所述陽極及陰極具有良好的接觸；
步驟S165為于所述陽極及陰極中注入電流，所述電流從所述陽極流入并從所述陰極流出；
步驟S166為于所述陽極中建立起一個(gè)特定偏置電壓，所述特定偏置電壓的建立是通 過對(duì)所述陽極注入電流來實(shí)現(xiàn)的；
步驟S167為于所述陽極與所述尿液的接觸界面上生成一個(gè)雙電荷層，其中所述陽極表面生成正電荷層，所述尿液界面上生成負(fù)電荷層，所述正、負(fù)電荷層的間距不超過I微米，所述陽極在特定偏置電壓下具備直流隔離能力并呈現(xiàn)大電容特性，這個(gè)雙電層的生成是通過對(duì)所述陽極注入電流來實(shí)現(xiàn)的；
步驟S168為通過所述電流的注入令所述陽極與陰極之間的電容出現(xiàn)充電效應(yīng)，并令所述陽極與陰極之間的電壓發(fā)生變化；
步驟S169為檢測(cè)所述陽極與陰極之間的電壓變化率，并根據(jù)所述電壓變化率判斷所述陽極及陰極之間是否有尿液存在，以及尿濕的程度；
步驟S16A于所述陽極及陰極中注入反方向電流，或?qū)λ鲫枠O及陰極間的電容進(jìn)行放電處理，或等待一段電容自然放電時(shí)間，令所述尿濕檢測(cè)功能可以重復(fù)進(jìn)行。實(shí)施例八:
請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D17所示，這是本發(fā)明實(shí)施例八基于電化學(xué)電容器的尿濕檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。與圖12所示實(shí)施例四相似，本實(shí)施例中，一次性紙尿褲175 (也可以是多次性使用尿褲，或其它吸濕用品)上設(shè)置有尿濕感應(yīng)線171、172，其同時(shí)可作為電化學(xué)電容器的陽極及陰極來使用。本實(shí)施例中，尿濕感應(yīng)線為171作為陽極，尿濕感應(yīng)線172作為陰極。這兩條感應(yīng)線可用柔軟的鋁箔材料來做(組成一個(gè)電解電容器)，也可以采用碳性導(dǎo)電油墨于紙尿褲上直接印刷出來(組成一個(gè)超級(jí)電容器)。尿濕感應(yīng)線171、172設(shè)有電源輸入端和電容測(cè)量端，分別與數(shù)字化尿濕檢測(cè)發(fā)訊器178相連接而實(shí)現(xiàn)前述的尿濕檢測(cè)功能。尿濕檢測(cè)發(fā)訊器178的結(jié)構(gòu)、原理、功能均與實(shí)施例五、六相同。本實(shí)施例與圖12所示實(shí)施例四不同的是，在圖17中包括有兩個(gè)尿濕區(qū)域，分別為170A及170B，170A及170B均橫跨紙尿褲的陽極171及陰極172，作為電解液的尿液可通過所述尿濕區(qū)域?qū)㈥枠O、陰極尿濕感應(yīng)線171、172聯(lián)系起來，組成一個(gè)廣義上的化學(xué)電容器。相較于實(shí)施例四，本實(shí)施例的一次性紙尿褲不但可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化尿濕程度的檢測(cè)，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)尿濕位置的檢測(cè)。圖17中170B比170A離尿濕檢測(cè)發(fā)訊器178更遠(yuǎn)，也就是說尿濕檢測(cè)發(fā)訊器的充電及放電電流要流經(jīng)更長的尿濕感應(yīng)線才能到達(dá)170B的尿濕位置，由于尿濕感應(yīng)線本身有電阻(特別是由碳性導(dǎo)電油墨印刷生成的導(dǎo)電感應(yīng)線)，從尿濕檢測(cè)發(fā)訊器178端看過去的直流阻抗對(duì)不同位置的尿濕是不同的，這就有可能通過對(duì)回路電阻的檢測(cè)來判斷尿濕的位置。
圖18所示為本實(shí)施例一次性紙尿褲的等效尿濕線路示意圖。圖中C170A、C170B分別為尿濕區(qū)域170AU70B于尿濕感應(yīng)線171、172之間生成的等效尿濕電容(假設(shè)其電容量分別為Ca及Cb)，而R171A、R172A分別為尿濕檢測(cè)發(fā)訊器178與尿濕區(qū)域170A之間的尿濕感應(yīng)線的等效電阻，R171B、R172B分別為尿濕區(qū)域170A與尿濕區(qū)域170B之間的尿濕感應(yīng)線的等效電阻。至于尿濕檢測(cè)發(fā)訊器端與尿濕區(qū)域170B間的等效電阻則分別為(R171A+R171B)及(R172A+R172B)。如果以充放電回路的總電阻值來看，則對(duì)C170A充放電的回路總電阻為Ra=R171A+R172A，而對(duì)C170B充放電的回路總電阻為Rb = R171A + R172A+ R171B + R172B。
假設(shè)尿濕檢測(cè)發(fā)訊器178在電容C170A、C170B的初始電壓值為Vl時(shí)分別對(duì)C170A、C170B實(shí)施恒流充電操作，以及在電容C170A、C170B初始電壓值為V2時(shí)分別對(duì)C170A、C170B實(shí)施恒流放電操作。假設(shè)充放電的電流為I，充放電時(shí)間為t，則有計(jì)算結(jié)果如表一、表二所不
表一尿濕檢測(cè)發(fā)訊器分別對(duì)C170A和C170B實(shí)施恒流充電的參數(shù)及計(jì)算結(jié)果一覽表
尿濕區(qū)域I尿濕電容I回路電阻I初始電壓I充電過程中的電壓 I電壓變化f
170A Ca_Ra_Vl_Vl+I*Ra+I*t/Ca I/Ca_
170B |cbI Rb|vi|vi+I*Rb+I*t/Cb |l/Cb
表二 尿濕檢測(cè)發(fā)訊器分別對(duì)C170A和C170B實(shí)施恒流放電的參數(shù)及計(jì)算結(jié)果一覽表
尿濕區(qū)域I尿濕電容I回路電阻I初始電壓I充電過程中的電壓 I電壓變化f
170A Ca_Ra_V2_V2-I*Ra-I*t/Ca -I/Ca_
170B |cbI Rb|V2|v2-I*Rb-I*t/Cb |-I/Cb
從表一、表二中可以看到，不管尿濕發(fā)生的區(qū)域是170A還是170B，在充、放電時(shí)電極兩
端產(chǎn)生的電壓變化率與尿濕電容(尿濕面積)成反比而與尿濕位置(回路電阻)無關(guān)，但可以
通過對(duì)尿濕電容充放電瞬間(t=0)的電壓突變值(I*Ra、I*Rb，或-I*Ra、_I*Rb)來計(jì)算回路
的電阻(Ra、Rb)，然后可根據(jù)這個(gè)回路電阻計(jì)算出尿濕發(fā)生的位置信息，因?yàn)槟驖裎恢?與
尿濕檢測(cè)發(fā)訊器的距離)與回路電阻成正比。本實(shí)施例的一個(gè)典型應(yīng)用如下尿濕感應(yīng)線171、172采用碳性導(dǎo)電油墨于PE (聚乙烯)膜上進(jìn)行凹版印刷而成，其長度為900mm，寬度為8mm，由171、172構(gòu)成的回路總電阻為lOOKohm。在實(shí)際尿濕測(cè)試中，可測(cè)量到回路電阻Ra為25Kohm，Rb為75Kohm，C170A(Ca)及C170B (Cb)分別約為100uF。在實(shí)際測(cè)試中Vl為0V，I采用IuA恒流，對(duì)于尿濕區(qū)域107A進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果為充電瞬間電壓突變值(I*Ra)為25mV，恒流充電過程中的電壓為25+10*t (mV),電壓變化率為10mV/S ;而對(duì)于尿濕區(qū)域107B進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果為充電瞬間電壓突變值(I*Rb)為75mV，恒流充電過程中的電壓為75+10*t (mV),電壓變化率為10mV/S。根據(jù)上述情況可以判斷尿濕區(qū)域170A約位于尿濕感應(yīng)線的25%處，而170B約位于尿濕感應(yīng)線的75%處，170A與170B的大小相當(dāng)，尿濕面積約為整個(gè)紙尿褲區(qū)域的25%。上述測(cè)量的尿濕感應(yīng)線間的電容量從幾十UF到幾百UF不等。通過更換尿濕感應(yīng)線的電極材料(根據(jù)前述的“電極材料”選擇范圍)及改變其寬度/長度/間距，測(cè)量到的電容量可以在Iu廣0. IF之間變化，這要比常規(guī)介質(zhì)電容式尿濕檢測(cè)的幾十pF到幾百pF的電容大31次方倍不等。實(shí)施例九
請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D19所示，為本發(fā)明實(shí)施例九基于電化學(xué)電容器的尿濕檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中193為紙尿褲的干爽層，195為紙尿褲的吸濕層，198為紙尿褲的防漏層，在防漏層上印刷有兩條尿濕感應(yīng)線191、192，其中191充當(dāng)陽極，192充當(dāng)陰極，尿液190從干爽層193進(jìn)入形成干爽層尿濕區(qū)域190A，并進(jìn)而穿過干爽層進(jìn)入吸濕層195形成吸濕層尿濕區(qū)域190B，最后透過吸濕層進(jìn)入防漏層198形成防漏層尿濕區(qū)域190C，然后尿濕區(qū)域190C與尿濕感應(yīng)線191、192組成一個(gè)可實(shí)現(xiàn)尿濕檢測(cè)的化學(xué)電容器，這些和前述的本發(fā)明實(shí)施例八的情形是相似的。與本發(fā)明實(shí)施例八不同的地方在于，本實(shí)施例的干爽層193上也設(shè)置有兩條尿濕感應(yīng)線，分別為196及197，這兩條感應(yīng)線也可以與尿濕區(qū)域190A組成另外一個(gè)化學(xué)電容器，在這個(gè)化學(xué)電容器中196充當(dāng)電容器的陽極，197充當(dāng)電容器的陰極，190A中的尿液為電容器的電解液，這樣便可以在紙尿褲的干爽層193上也實(shí)現(xiàn)尿濕程度的檢測(cè)。在同一紙尿褲的不同層上實(shí)現(xiàn)尿濕狀況的檢測(cè)具有不同的檢測(cè)效果和意義。由于尿濕發(fā)生的過程是先經(jīng)過干爽層進(jìn)入吸濕層，然后再到達(dá)防漏層的，于是在干爽層上的尿濕檢測(cè)便能更快檢測(cè)到尿濕的發(fā)生。然而在干爽層上實(shí)現(xiàn)尿濕檢測(cè)的意義遠(yuǎn)不止如此，由于在尿失禁發(fā)生過程中干爽層檢測(cè)到的電容量是比較大的(因?yàn)槟蛞褐苯恿茉诟伤瑢拥哪驖窀袘?yīng)線上)，而當(dāng)尿失禁過程結(jié)束后，由于吸濕層的作用，尿液被鎖定在吸濕層上，這時(shí)干爽層會(huì)變得較為干爽，因此檢測(cè)到的電容量會(huì)比尿失禁發(fā)生過程中的數(shù)值為小。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，干爽層上的尿濕檢測(cè)還可以用來實(shí)現(xiàn)尿失禁過程的檢測(cè)，包括失禁何時(shí)發(fā)生，失禁歷時(shí)的長短，并由此可記錄尿失禁發(fā)生的次數(shù)、時(shí)間及估算排尿量。除此之外，根據(jù)不同層上的尿濕程度檢測(cè)還可以得到更多有關(guān)紙尿褲狀況的信息。例如將干爽層尿濕發(fā)生時(shí)間、程度與防漏層尿濕發(fā)生時(shí)間、程度相比較，便可以分析紙尿褲的吸濕能力如何，以及分析排尿量是否已接近或超過了紙尿褲的吸濕能力。例如當(dāng)干爽層記錄到尿濕而防漏層檢測(cè)不到尿濕時(shí)，證明紙尿褲的尿濕狀況輕微；當(dāng)失禁過程停止后干爽層的尿濕電容很快由大變小，證明紙尿褲的吸濕能力很強(qiáng)；當(dāng)尿失禁過程停止后干爽層的尿濕電容變小速度變慢，并且防漏層開始變得越來越濕時(shí)，說明尿液正逐步積累于吸濕層并接近飽和；當(dāng)干爽層和防漏層同時(shí)變得很濕時(shí)，說明紙尿褲的吸尿量已達(dá)到或超過了紙尿褲的吸濕能力。上述這些數(shù)據(jù)對(duì)紙尿褲的尿濕情況判斷具有很重要的作用。在紙尿褲干爽層上設(shè)置尿濕感應(yīng)線的另一個(gè)意義在于實(shí)現(xiàn)大便排泄物的檢測(cè)。這個(gè)檢測(cè)的機(jī)理是基于大便缺乏流動(dòng)性，會(huì)較長久沾在干爽層上，使干爽層的尿濕電容增大并且保持較長的時(shí)間，在這種情況下就需要提示護(hù)理人員盡早更換紙尿褲了。這個(gè)檢測(cè)功能對(duì)于嬰兒大便檢測(cè)更為有效，因?yàn)閶雰旱呐判刮镙^為濕潤，更易沾在干爽層上，出現(xiàn)檢測(cè)錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)也更小。如果要更準(zhǔn)確檢測(cè)整個(gè)紙尿褲的狀態(tài)，還可以在紙尿褲的吸濕層上設(shè)置尿濕感應(yīng)線，及于各層上設(shè)置多條(而不僅是兩條)尿濕感應(yīng)線，以及將不同感應(yīng)線分別組合來實(shí)現(xiàn)更多樣化的尿濕檢測(cè)。例如將191作陽極，197作陰極于紙尿褲的干爽層與防漏層間實(shí)現(xiàn)尿濕檢測(cè)，以及將196作陽極，192作陰極進(jìn)行檢測(cè)等，不同感應(yīng)線之間的尿濕檢測(cè)具有一些不同的效果及意義。例如，在圖19中尿液是從干爽層193通過吸濕層195流向防漏層198的，每?jī)蓷l感應(yīng)線之間的電容值有不同的含義。例如196/197呈大電容而191/192呈小電 容證明尿只濕了紙尿褲的表面；而如果196/197及191/192之間都呈現(xiàn)大電容，則證明紙尿褲上下都濕透了。另外如果197/191呈大電容而196/192呈小電容，則說明只濕了一邊。要留意的是，在實(shí)施例中，每一條尿濕感應(yīng)線都可以作為電容器的陽極或陰極來使用，當(dāng)作為陽極使用時(shí)，將會(huì)對(duì)陽極注入正向電流，以此類推。實(shí)施例十:
下面請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D20所示，本發(fā)明實(shí)施例十提供一種包括尿濕護(hù)理用品及可分離的尿濕檢測(cè)發(fā)訊器的尿濕檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。這是對(duì)前述圖15所示實(shí)施例六的一個(gè)擴(kuò)展和補(bǔ)充。圖中205為紙尿褲，在205中有復(fù)數(shù)條尿濕感應(yīng)線(這里具體為4條)，尿濕感應(yīng)線201,202設(shè)置于紙尿褲防漏層上，其中201充當(dāng)陽極，202充當(dāng)陰極(或反之)。圖中200為尿濕區(qū)域，而208為可分離的尿濕檢測(cè)發(fā)訊器，這些結(jié)構(gòu)組成與前述的圖15基本上是一致的，可參考圖15的相關(guān)描述。而與圖15不同的地方是圖20中除了防漏層上的尿濕感應(yīng)線201,202之外，還包括了干爽層上的尿濕感應(yīng)線206、207，以及在尿濕檢測(cè)發(fā)訊器中包括有 尿濕程度檢測(cè)單元、尿濕位置分析單元、大小便判別單元，可實(shí)現(xiàn)尿濕程度、尿濕位置的檢測(cè)及大小便的判斷，有關(guān)功能描述可參考圖12 19的相關(guān)描述。除此之外，圖20還包括有4個(gè)連接端子(作電源輸入端及電容測(cè)量端)，分別為201A、206A、202A、207A，可分別與紙尿褲上的4條尿濕感應(yīng)線201、206、202、207相連接，實(shí)現(xiàn)201與202之間，以及206與207之間的尿濕電容檢測(cè)。為了使系統(tǒng)具有更強(qiáng)的尿濕檢測(cè)功能，208內(nèi)部還包括有尿濕感應(yīng)線切換矩陣單元，可以切換任意兩條感應(yīng)線，供測(cè)量裝置測(cè)量所述感應(yīng)線之間的直流電容量，例如防漏層的201與干爽層的206之間，以及干爽層的207與防漏層的202之間的尿濕電容等，實(shí)現(xiàn)立體化的尿濕檢測(cè)功能，使尿濕檢測(cè)更為精確及可靠。同樣地，在圖20中每一條尿濕感應(yīng)線都可根據(jù)需要用作電容器的陽極或陰極來使用。需要說明的是，在前述本發(fā)明各實(shí)施例中，“尿濕狀況”為一概括性用語，其包括是否發(fā)生尿濕、尿濕發(fā)生的時(shí)間、尿濕的面積、尿濕的位置、尿濕的程度等各種情形，并且隨裝置的不同結(jié)構(gòu)反映出來的具體尿濕情形也有所不同。例如，在實(shí)施例四 七中，尿濕狀況為是否發(fā)生尿濕以及尿濕程度；實(shí)施例八中尿濕狀況則增加了尿濕位置；實(shí)施例九中尿濕狀況更包括尿濕發(fā)生的時(shí)間及長短、尿濕發(fā)生的次數(shù)、排尿量等。以上所揭露的僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
權(quán)利要求
1.ー種基于電化學(xué)電容器的液體檢測(cè)裝置，其特征在于，包括 可與待測(cè)包含電解質(zhì)的液體直接接觸的兩個(gè)電極； 電源裝置，電氣連接在所述電極之間，用于向由所述電極及所述待測(cè)液體組成的電化學(xué)電容器注入電流，并由此產(chǎn)生ー個(gè)特定的偏置電壓；以及 測(cè)量裝置，電氣連接在所述電極之間，用于在所述電源裝置向由所述電極及所述待測(cè)液體組成的電化學(xué)電容器注入電流的過程中測(cè)量所述電極之間在所述特定偏置電壓下的直流電容量，并根據(jù)所述電容量的大小判斷所述待測(cè)液體是否與所述電極相接觸、接觸面積的大小和/或液位的高低。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液體檢測(cè)裝置，其特征在干， 作為陽極的電極材料為可生成單向?qū)щ娦越饘傺趸さ慕饘俨牧希? 作為陰極的電極材料為導(dǎo)電體； 所述特定的偏置電壓小于所述金屬氧化膜的擊穿電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液體檢測(cè)裝置，其特征在于，作為陰極的電極材料為可生成單向?qū)щ娦越饘傺趸さ慕饘俨牧稀?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的液體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述金屬材料為經(jīng)過化成處理的鋁或鉭。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液體檢測(cè)裝置，其特征在干， 所述電極的材料均為以下其中ー種碳纖維材料、純碳材料、碳復(fù)合材料、碳性導(dǎo)電油墨材料、導(dǎo)電橡膠材料、金屬氧化物以及水合物材料、金屬復(fù)合材料、導(dǎo)電聚合物材料； 所述特定的偏置電壓小于所述待測(cè)液體的分解電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的液體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述電極表面設(shè)置絕緣涂層，使所包裹的電極部分不與所述待測(cè)液體接觸，并且當(dāng)所述待測(cè)液體的液面于所述絕緣涂層區(qū)域間變動(dòng)時(shí)，所述電極與所述待測(cè)液體的實(shí)際接觸面積保持不變。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述測(cè)量裝置還用于 在所述待測(cè)液體注入過程中連續(xù)測(cè)量所述電極之間的電壓變化率，當(dāng)所述電壓變化率由大向小發(fā)生突變時(shí)判斷所述液體到達(dá)最低液面位置，當(dāng)所述電壓變化率不跟隨所述液體的注入而改變時(shí)判斷所述液體到達(dá)所述絕緣涂層位置；或 在所述待測(cè)液體釋放過程中連續(xù)測(cè)量所述電極之間的電壓變化率，當(dāng)所述電壓變化率不因液體釋放而改變時(shí)判斷所述液體處于所述絕緣涂層位置，當(dāng)所述電壓變化率從小向大發(fā)生突變時(shí)判斷所述液體到達(dá)最低液面位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述測(cè)量裝置進(jìn)ー步包括 電壓測(cè)量裝置，用于在所述電源裝置向由所述電極及所述待測(cè)液體組成的電化學(xué)電容器注入電流的過程中測(cè)量所述電極之間的電壓變化率；以及 計(jì)算裝置，用于根據(jù)所述電壓變化率計(jì)算所述電極之間在所述特定偏置電壓下的直流電容量。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述電源裝置進(jìn)ー步包括恒流輸出裝置，用于向所述電極注入正向或反向的恒定電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的液體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述電源裝置還包括 極性控制裝置，用于控制所述恒流輸出裝置向所述電極注入正向或反向的恒定電流，使由所述電極與所述待測(cè)液體組成的電化學(xué)電容器的偏置電壓發(fā)生變化，以便于所述電容器電容量的反復(fù)測(cè)量；或 放電裝置，用于為所述電極之間的電容提供放電回路，并通過所述放電回路調(diào)節(jié)所述電容器的偏置電壓，以便于所述電容器電容量的反復(fù)測(cè)量。
11.ー種基于電化學(xué)電容器的液體檢測(cè)方法，所述電化學(xué)電容器由兩個(gè)電極及待測(cè)包含電解質(zhì)的液體組成，所述電極均可與所述待測(cè)液體直接接觸，所述液體檢測(cè)方法包括以下步驟 向所述電極注入電流，并由此產(chǎn)生ー個(gè)特定的偏置電壓； 在向所述電極注入電流的過程中測(cè)量所述電極之間在所述特定偏置電壓下的直流電容量；以及 根據(jù)所述電容量的大小判斷所述待測(cè)液體是否與所述電極相接觸、接觸面積的大小和/或液位的高低。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的液體檢測(cè)方法，其特征在干，向所述電極注入電流具體包括 控制電流從作為陽極的電極流入并從作為陰極的電極流出，產(chǎn)生特定的正向偏置電壓；或 控制電流從作為陰極的電極流入并從作為陽極的電極流出，產(chǎn)生特定的反向偏置電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的液體檢測(cè)方法，其特征在于，在向所述電極注入電流的過程中測(cè)量所述電極之間在所述特定偏置電壓下的直流電容量具體包括 在向所述電極注入電流的過程中測(cè)量所述電極之間在所述特定偏置電壓下的電壓變化率； 根據(jù)所述電壓變化率計(jì)算所述直流電容量。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的液體檢測(cè)方法，其特征在于，還包括步驟 向所述電極注入反方向電流，或?qū)λ鲭姌O之間的電容實(shí)施放電處理，或等待一段電容自然放電時(shí)間，使所述液體檢測(cè)方法可以重復(fù)進(jìn)行。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的液體檢測(cè)方法，其特征在于，還包括步驟 在所述電極上設(shè)置絕緣涂層，使所包裹的電極部分不與所述待測(cè)液體接觸，并且當(dāng)所述待測(cè)液體的液面于所述絕緣涂層區(qū)域間變動(dòng)時(shí)，所述電極與所述待測(cè)液體的實(shí)際接觸面積保持不變。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的液體檢測(cè)方法，其特征在于，還包括步驟 于所述液體注入過程中連續(xù)測(cè)量所述電極之間的電壓變化率，當(dāng)所述電壓變化率由大向小發(fā)生突變時(shí)判斷所述液體到達(dá)最低液面位置，當(dāng)所述電壓變化率不跟隨所述液體的注入而改變時(shí)判斷所述液體到達(dá)所述絕緣涂層位置；或 于所述液體釋放過程中連續(xù)測(cè)量所述電極之間的電壓變化率，當(dāng)所述電壓變化率不因液體釋放而改變時(shí)判斷所述液體處于所述絕緣涂層位置，當(dāng)所述電壓變化率從小向大發(fā)生突變時(shí)判斷所述液體到達(dá)最低液面位置。
17.ー種基于電化學(xué)電容器的尿濕檢測(cè)裝置，其特征在于，包括 尿液吸收裝置，用于當(dāng)發(fā)生尿濕時(shí)吸收尿液；兩條感應(yīng)線，設(shè)置在所述尿液吸收裝置上，均可與待測(cè)尿液直接接觸； 電源裝置，電氣連接所述感應(yīng)線之間，用于向由所述感應(yīng)線及所述待測(cè)尿液組成的電化學(xué)電容器注入電流，并由此產(chǎn)生ー個(gè)特定的偏置電壓；以及 測(cè)量裝置，電氣連接所述感應(yīng)線之間，用于在所述電源裝置向由所述感應(yīng)線及所述待測(cè)尿液組成的電化學(xué)電容器注入電流的過程中測(cè)量所述感應(yīng)線之間在所述特定偏置電壓下的直流電容量，并根據(jù)所述電容量的大小判斷所述感應(yīng)線區(qū)域尿濕狀況。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的尿濕檢測(cè)裝置，其特征在干， 所述作為陽極的感應(yīng)線材料為可生成單向?qū)щ娦越饘傺趸さ娜嵝越饘俨牧希? 所述作為陰極的感應(yīng)線材料為導(dǎo)電體； 所述特定的偏置電壓小于所述金屬氧化膜的擊穿電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的尿濕檢測(cè)裝置，其特征在于，所述作為陰極的感應(yīng)線材料為可生成單向?qū)щ娦越饘傺趸さ娜嵝越饘俨牧稀?br> 20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的尿濕檢測(cè)裝置，其特征在于，所述柔性金屬箔材料為柔性鋁箔或柔性鉭箔。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的尿濕檢測(cè)裝置，其特征在干， 所述感應(yīng)線的材料為以下其中ー種碳纖維材料、純碳材料、碳復(fù)合材料、碳性導(dǎo)電油墨材料、導(dǎo)電橡膠材料、金屬氧化物以及水合物材料、金屬復(fù)合材料、導(dǎo)電聚合物材料； 所述特定的偏置電壓小于所述待測(cè)尿液的分解電壓。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的尿濕檢測(cè)裝置，其特征在于，所述電源裝置進(jìn)ー步包括恒流輸出裝置，用于向所述感應(yīng)線注入正向或反向的恒定電流。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的尿濕檢測(cè)裝置，其特征在于，所述電源裝置還包括 極性控制裝置，用于控制所述恒流輸出裝置向所述感應(yīng)線注入正向或反向的恒定電流，使由所述感應(yīng)線與所述待測(cè)液體組成的電化學(xué)電容器的偏置電壓發(fā)生變化，以便于所述電容器電容量的反復(fù)測(cè)量；或 放電裝置，用于為所述感應(yīng)線之間的電容提供放電回路，并通過所述放電回路調(diào)節(jié)所述電容器的偏置電壓，以便于所述電容器電容量的反復(fù)測(cè)量。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的尿濕檢測(cè)裝置，其特征在于，所述測(cè)量裝置進(jìn)ー步包括 電壓測(cè)量裝置，用于在所述電源裝置向由所述感應(yīng)線及所述待測(cè)液體組成的電化學(xué)電容器注入電流的過程中測(cè)量所述感應(yīng)線之間的電壓變化率；以及 計(jì)算裝置，用于根據(jù)所述電壓變化率計(jì)算所述感應(yīng)線之間在所述特定偏置電壓下的直流電容量。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的尿濕檢測(cè)裝置，其特征在于，還包括 連接機(jī)構(gòu)，用于使所述電源裝置及測(cè)量裝置與所述感應(yīng)線電氣連接；以及 分離機(jī)構(gòu)，用于使所述電源裝置及測(cè)量裝置與所述感應(yīng)線電氣分離。
26.ー種基于電化學(xué)電容器的尿濕護(hù)理用品，其特征在于，包括 尿液吸收裝置，用于當(dāng)發(fā)生尿濕時(shí)吸收尿液，所述尿液吸收裝置包括干爽層、吸濕層和防漏層； 至少兩條感應(yīng)線，設(shè)置在所述尿液吸收裝置上，均可與待測(cè)尿液直接接觸； 電源輸入端，電氣連接在所述感應(yīng)線之間，作為向由所述感應(yīng)線及所述待測(cè)尿液組成的電化學(xué)電容器注入電流并產(chǎn)生ー個(gè)特定的偏置電壓的端ロ；以及 電容測(cè)量端，電氣連接在所述感應(yīng)線之間，作為在通過所述電源輸入端向由所述感應(yīng)線及所述待測(cè)尿液組成的電化學(xué)電容器注入電流過程中測(cè)量所述感應(yīng)線之間于所述特定偏置電壓下的直流電容量，并根據(jù)所述電容量的大小判斷所述感應(yīng)線區(qū)域尿濕狀況的端□。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的尿濕護(hù)理用品，其特征在于，所述感應(yīng)線的材料為柔性鋁箔，所述特定偏置電壓小于所述柔性鋁箔經(jīng)化成處理生成的氧化膜的擊穿電壓。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的尿濕護(hù)理用品，其特征在于，所述感應(yīng)線的材料為碳性導(dǎo)電油墨，所述特定偏置電壓小于所述尿液的分解電壓。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的尿濕護(hù)理用品，其特征在于，所述感應(yīng)線均設(shè)置在所述干爽層、吸濕層和防漏層中的同一層上。
30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的尿濕護(hù)理用品，其特征在于，所述感應(yīng)線為四條，其中兩條設(shè)置在所述干爽層上，另兩條設(shè)置在所述防漏層上。
31.根據(jù)權(quán)利要求26所述的尿濕護(hù)理用品，其特征在于，所述感應(yīng)線中至少有一條與其余感應(yīng)線分別設(shè)置在所述干爽層、吸濕層和防漏層中的不同層上。
32.根據(jù)權(quán)利要求26所述的尿濕護(hù)理用品，其特征在于，所述作為陽極和陰極的感應(yīng)線之間設(shè)置有分隔物，用以防止所述感應(yīng)線之間發(fā)生短路。
33.根據(jù)權(quán)利要求26-32任一項(xiàng)所述的尿濕護(hù)理用品，其特征在于，所述尿液吸收裝置為紙尿褲、紙尿片或紙尿墊。
34.ー種尿濕檢測(cè)發(fā)訊器，其特征在于，其可分離地連接在如權(quán)利要求26-32任ー項(xiàng)所述的尿濕護(hù)理用品上，所述尿濕檢測(cè)發(fā)訊器包括 電源裝置，電氣連接所述電源輸入端，用于向由所述感應(yīng)線及所述待測(cè)尿液組成的電化學(xué)電容器注入電流，并由此產(chǎn)生ー個(gè)特定的偏置電壓；以及 測(cè)量裝置，電氣連接所述電容測(cè)量端，用于在所述電源裝置向由所述感應(yīng)線及所述待測(cè)尿液組成的電化學(xué)電容器注入電流的過程中測(cè)量所述感應(yīng)線之間在所述特定偏置電壓下的直流電容量，并根據(jù)所述電容量的大小判斷所述感應(yīng)線區(qū)域尿濕狀況。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的尿濕檢測(cè)發(fā)訊器，其特征在干，所述電源裝置進(jìn)ー步包括恒流輸出裝置，用于向所述感應(yīng)線注入正向或反向的恒定電流。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的尿濕檢測(cè)發(fā)訊器，其特征在于，所述電源裝置還包括 極性控制裝置，用于控制所述恒流輸出裝置向所述感應(yīng)線注入正向或反向的恒定電流，使所述感應(yīng)線與所述待測(cè)液體組成的電化學(xué)電容器的偏置電壓發(fā)生變化，以便于所述電容器電容量的反復(fù)測(cè)量；或 放電裝置，用于為所述感應(yīng)線之間的電容提供放電回路，并通過所述放電回路調(diào)節(jié)所述電容器的偏置電壓，以便于所述電容器電容量的反復(fù)測(cè)量。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的尿濕檢測(cè)發(fā)訊器，其特征在于，所述測(cè)量裝置進(jìn)ー步包括 電壓測(cè)量裝置，用于在所述電源裝置向由所述感應(yīng)線及所述待測(cè)液體組成的電化學(xué)電容器注入電流的過程中測(cè)量所述感應(yīng)線之間的電壓變化率；以及 計(jì)算裝置，用于根據(jù)所述電壓變化率計(jì)算所述感應(yīng)線之間在所述特定偏置電壓下的直流電容量。
38.根據(jù)權(quán)利要求34所述的尿濕檢測(cè)發(fā)訊器，其特征在于，還包括 連接機(jī)構(gòu)，用于使所述電源裝置及測(cè)量裝置與所述感應(yīng)線電氣連接；以及 分離機(jī)構(gòu)，用于使所述電源裝置及測(cè)量裝置與所述感應(yīng)線電氣分離。
39.根據(jù)權(quán)利要求34所述的尿濕檢測(cè)發(fā)訊器，其特征在于，還包括輸出裝置，用于輸出尿濕狀況的檢測(cè)結(jié)果。
40.根據(jù)權(quán)利要求34所述的尿濕檢測(cè)發(fā)訊器，其特征在于，還包括感應(yīng)線切換單元，用于切換任意兩條感應(yīng)線，供所述測(cè)量裝置測(cè)量所述感應(yīng)線之間的直流電容量。
41.ー種基于電化學(xué)電容器的紙尿褲，包括干爽層、吸濕層和防漏層，其特征在于，還包括 至少兩條感應(yīng)線，每條感應(yīng)線均可與待測(cè)尿液直接接觸； 電源輸入端，設(shè)置在所述感應(yīng)線上，作為向由所述感應(yīng)線及所述待測(cè)尿液組成的電化學(xué)電容器注入電流并產(chǎn)生ー個(gè)特定的偏置電壓的端ロ ；以及 電容測(cè)量端，設(shè)置在所述感應(yīng)線上，作為在通過所述電源輸入端向由所述感應(yīng)線及所述待測(cè)尿液組成的電化學(xué)電容器注入電流過程中測(cè)量所述感應(yīng)線之間于所述特定偏置電壓下的直流電容量，并根據(jù)所述電容量的大小判斷所述感應(yīng)線區(qū)域尿濕狀況的端ロ。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的紙尿褲，其特征在于，所述感應(yīng)線均設(shè)置在所述干爽層、吸濕層和防漏層中的同一層上。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的紙尿褲，其特征在于，所述感應(yīng)線為四條，其中兩條設(shè)置在所述干爽層上，另兩條設(shè)置在所述防漏層上。
44.根據(jù)權(quán)利要求41所述的紙尿褲，其特征在于，所述感應(yīng)線中至少有一條與其余感應(yīng)線分別設(shè)置在所述干爽層、吸濕層和防漏層中的不同層上。
45.根據(jù)權(quán)利要求41所述的紙尿褲，其特征在于，所述感應(yīng)線之間設(shè)置有分隔物，用以防止所述感應(yīng)線之間發(fā)生短路。
46.根據(jù)權(quán)利要求41所述的紙尿褲，其特征在于，所述感應(yīng)線之間的直流電容量大于I微法。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的紙尿褲，其特征在于，所述感應(yīng)線之間的直流電容量大于10微法。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的紙尿褲，其特征在于，所述感應(yīng)線之間的直流電容量大于100微法。
49.根據(jù)權(quán)利要求41所述的紙尿褲，其特征在于，所述感應(yīng)線的材料為碳性導(dǎo)電油墨，所述特定的偏置電壓小于所述待測(cè)尿液的分解電壓。
50.根據(jù)權(quán)利要求49任一項(xiàng)所述的紙尿褲，其特征在于，所述感應(yīng)線的寬度為4毫米到10毫米。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于電化學(xué)電容器的液體檢測(cè)裝置、方法及紙尿褲，其中，紙尿褲包括干爽層、吸濕層和防漏層，還包括至少兩條感應(yīng)線，每條感應(yīng)線均可與待測(cè)尿液直接接觸；電源輸入端，設(shè)置在所述感應(yīng)線上，作為向由所述感應(yīng)線及所述尿液組成的電化學(xué)電容器注入電流并產(chǎn)生一個(gè)特定的偏置電壓的端口；以及電容測(cè)量端，設(shè)置在所述感應(yīng)線上，作為在通過所述電源輸入端向由所述感應(yīng)線及所述尿液組成的電化學(xué)電容器注入電流過程中測(cè)量所述感應(yīng)線之間于所述特定偏置電壓下的直流電容量，并根據(jù)所述電容量的大小判斷所述感應(yīng)線區(qū)域尿濕狀況的端口。本發(fā)明可精確可靠地實(shí)現(xiàn)液體檢測(cè)及尿濕檢測(cè)。
文檔編號(hào)A61F13/42GK102650608SQ20111043386
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者徐菲, 黃新凱 申請(qǐng)人:徐菲