基于摩擦發電機的智能監測頭帽以及監測設備的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于摩擦發電機的智能監測頭帽以及監測設備，其中，基于摩擦發電機的智能監測頭帽包括：至少一個摩擦發電機和頭帽本體；至少一個摩擦發電機設置于頭帽本體上；摩擦發電機包括：第一摩擦部件和第二摩擦部件；來自外部的動脈信號和/或碰撞信號觸發第一摩擦部件和第二摩擦部件接觸摩擦，產生電信號。本實用新型提供的基于摩擦發電機的智能監測頭帽結構簡單、攜帶方便、制作成本低。
【專利說明】
基于摩擦發電機的智能監測頭帽以及監測設備
技術領域
[0001]本實用新型涉及傳感器技術領域，具體涉及一種基于摩擦發電機的智能監測頭帽以及監測設備。
【背景技術】
[0002]體育運動對于保持健康的生活方式是十分重要的，并且是很多人的娛樂的源頭。有些體育運動者喜歡參加團體體育運動，例如足球或籃球，而其他體育運動者更喜歡參加個人的體育運動，例如跑步或滑雪或棒球等運動。而個人運動中的一些運動具有較大風險，例如滑雪或者棒球運動等，運動者一般需要佩戴帽子或者頭盔用以保護頭部。此外，運動傷害是不可避免的事，例如一個運動者受到撞擊后，常常無法當場及時得知這些傷害會有多嚴重。
[0003]現有技術已經有監測設備可以監測運動者在體育運動中的信息，并且在一些情況中提供關于運動者表現的反饋。這些被監測信息可以是運動者的運動生理信息，也可以是運動者發生碰撞或者跌倒的報警信息。但是許多現有的監測設備大都存在結構復雜，攜帶笨重，價格昂貴而且缺乏足夠的電池和/或處理能力的問題，以至于不能在嚴格的競爭或訓練條件下長時間使用。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的發明目的是針對現有技術的缺陷，提供了一種基于摩擦發電機的智能監測頭帽以及監測設備，用于解決現有技術中的監測設備結構復雜、攜帶笨重、價格昂貴等問題，實現了對用戶尤其是運動者的生理信息和/或碰撞情況的監測。
[0005]本實用新型提供一種基于摩擦發電機的智能監測頭帽，包括:至少一個摩擦發電機和頭帽本體;至少一個摩擦發電機設置于頭帽本體上；
[0006]摩擦發電機包括:第一摩擦部件和第二摩擦部件;來自外部的動脈信號和/或碰撞信號觸發第一摩擦部件和第二摩擦部件接觸摩擦，產生電信號。
[0007]進一步，至少一個摩擦發電機設置于頭帽本體的外側表面或內側表面。
[0008]進一步，頭帽本體包括外表層和內表層;至少一個摩擦發電機設置于外表層與內表層之間。
[0009]進一步，第一摩擦部件和第二摩擦部件都包括電極層，第一摩擦部件和/或第二摩擦部件還包括至少一個高分子聚合物絕緣層;第一摩擦部件和第二摩擦部件之間形成兩個摩擦表面。
[0010]進一步，第一摩擦部件和第二摩擦部件之間形成的兩個摩擦表面中的至少一個表面上設置有微納結構。
[0011]進一步，基于摩擦發電機的智能監測頭帽還包括:監測電路，監測電路設置于頭帽本體的內部或外部。
[0012]進一步，監測電路包括:信號采集電路、信號調理電路和信號處理電路；
[0013]信號采集電路與至少一個摩擦發電機連接，用于從動脈信號中獲取心率的初始波形和/或從碰撞信號中獲取碰撞的初始波形；
[0014]信號調理電路與信號采集電路連接，用于從心率的初始波形中提取出心率的波形，分析得到心率的信號大小和頻率;和/或從碰撞的初始波形中提取出碰撞力的波形，分析得到碰撞力的大小；
[0015]信號處理電路與信號調理電路連接，用于根據心率的信號大小和頻率獲取用戶的心率情況;和/或根據碰撞力的大小判斷用戶的受傷情況。
[0016]進一步，監測電路還包括:報警電路；
[0017]信號處理電路進一步用于根據心率的信號大小和頻率判斷用戶的心率是否出現異常情況，在出現異常情況時輸出異常信號；和/或根據碰撞力的大小判斷用戶的受傷情況，根據用戶的受傷情況輸出異常信號；
[0018]報警電路與信號處理電路連接，用于根據信號處理電路輸出的異常信號發出報警信號。
[0019]本實用新型還提供了一種監測設備，包括上述的基于摩擦發電機的智能監測頭帽，還包括:信號輸出裝置。
[0020]進一步，信號輸出裝置為顯示裝置或移動終端設備。
[0021]本實用新型提供的基于摩擦發電機的智能監測頭帽以及監測設備通過將至少一個摩擦發電機設置于頭帽本體上，使來自外部的動脈信號和/或碰撞信號能夠觸發至少一個摩擦發電機接觸摩擦，從而產生電信號，然后根據所產生的電信號計算并輸出用戶的生理信息和/或碰撞情況。相比于現有的監測設備，本實用新型提供的基于摩擦發電機的智能監測頭帽以及監測設備具有結構簡單、攜帶方便以及制作成本低的優勢。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型提供的摩擦發電機的設置方式的示意圖；
[0023]圖2為本實用新型提供的基于摩擦發電機的智能監測頭帽實施例一的截面結構示意圖；
[0024]圖3為本實用新型提供的監測設備實施例一的功能結構框圖；
[0025]圖4a為本實用新型提供的監測設備實施例二的功能結構框圖；
[0026]圖4b為本實用新型提供的監測設備實施例二的使用示意圖。
【具體實施方式】
[0027]為充分了解本實用新型之目的、特征及功效，借由下述具體的實施方式，對本實用新型做詳細說明，但本實用新型并不僅僅限于此。
[0028]本實用新型提供了一種基于摩擦發電機的智能監測頭帽，該基于摩擦發電機的智能監測頭帽包括:至少一個摩擦發電機和頭帽本體。至少一個摩擦發電機設置于頭帽本體上。其中，摩擦發電機包括:第一摩擦部件和第二摩擦部件。來自外部的動脈信號和/或碰撞信號觸發第一摩擦部件和第二摩擦部件接觸摩擦，產生電信號。
[0029]本實用新型提供的基于摩擦發電機的智能監測頭帽中的至少一個摩擦發電機無需外接電源，并且可將至少一個摩擦發電機設置于頭帽本體上用作傳感器，可持續地對用戶的生理信息和/或碰撞情況進行監測。當將本實用新型提供的基于摩擦發電機的智能監測頭帽用在滑冰、滑雪、棒球等任何需要佩戴帽子的運動中時，此時用戶為運動者，通過基于摩擦發電機的智能監測頭帽可以實現對運動者的生理信息和/或碰撞情況的實時監測，所監測到的碰撞情況可有助于評估運動者的受傷情況。
[0030]具體地，至少一個摩擦發電機可設置于頭帽本體的外側表面或內側表面。圖1為本實用新型提供的摩擦發電機的設置方式的示意圖，如圖1所示，摩擦發電機110設置于頭帽本體100的外側表面。另外，當頭帽本體包括外表層和內表層時，為了提高佩戴的舒適性及人性化，優選地，至少一個摩擦發電機可設置于外表層與內表層之間。
[0031]圖2為本實用新型提供的基于摩擦發電機的智能監測頭帽實施例一的截面結構示意圖，該基于摩擦發電機的智能監測頭帽包括:至少一個摩擦發電機110和頭帽本體(圖中未示出)。其中，頭帽本體包括外表層101和內表層102，至少一個摩擦發電機110設置于頭帽本體的外表層101和內表層102之間。具體地，至少一個摩擦發電機110設置于頭帽本體能夠與用戶的頭部動脈相接觸的位置，從而便于感觸用戶的動脈信號。其中，摩擦發電機110包括:第一摩擦部件和第二摩擦部件。來自外部的動脈信號能夠觸發第一摩擦部件和第二摩擦部件接觸摩擦，產生電信號，以便根據所產生的電信號實現對用戶的生理信息的實時監測。當將本實用新型提供的基于摩擦發電機的智能監測頭帽用在滑冰、滑雪、棒球等任何需要佩戴帽子的運動中時，可以實現對運動者的實時監測。
[0032]其中，至少一個摩擦發電機可以為三層結構的摩擦發電機、四層結構的摩擦發電機以及五層結構的摩擦發電機中的一種或者其中兩種或者三種的結合。第一摩擦部件和第二摩擦部件都包括電極層，另外，第一摩擦部件和/或第二摩擦部件還可包括至少一個高分子聚合物絕緣層，第一摩擦部件和第二摩擦部件之間形成兩個摩擦表面。具體地，當摩擦發電機為三層結構的摩擦發電機時，摩擦發電機的第一摩擦部件可以包括第一電極層，第二摩擦部件可以包括第一高分子聚合物絕緣層和第二電極層，第一電極層和第一高分子聚合物絕緣層之間形成兩個摩擦表面。當摩擦發電機為四層結構的摩擦發電機時，摩擦發電機的第一摩擦部件可以包括第一電極層和第一高分子聚合物絕緣層，第二摩擦部件可以包括第二高分子聚合物絕緣層和第二電極層，第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層之間形成兩個摩擦表面。當摩擦發電機為五層結構的摩擦發電機時，摩擦發電機的第一摩擦部件可以包括第一電極層和第一高分子聚合物絕緣層，第二摩擦部件可以包括居間薄膜層、第二高分子聚合物絕緣層和第二電極層。還有另外一種五層結構的摩擦發電機，該摩擦發電機的第一摩擦部件可以包括第一電極層和第一高分子聚合物絕緣層，第二摩擦部件可以包括居間電極層、第二高分子聚合物絕緣層和第二電極層。當摩擦發電機包含兩層高分子聚合物絕緣層時，其中的第一高分子聚合物絕緣層可以為電正性高分子聚合物絕緣層，第二高分子聚合物絕緣層可以是電負性高分子聚合物絕緣層。
[0033]圖2中所示的摩擦發電機110為四層結構的摩擦發電機，其中，第一摩擦部件包括第一電極層111和第一高分子聚合物絕緣層112，第二摩擦部件包括第二高分子聚合物絕緣層113和第二電極層114，第一高分子聚合物絕緣層112和第二高分子聚合物絕緣層113之間形成兩個摩擦表面，來自外部的動脈信號觸發第一高分子聚合物絕緣層112和第二高分子聚合物絕緣層113接觸摩擦，產生電信號。為了減少外界對摩擦發電機110的干擾，還可以在摩擦發電機110的外側設置封裝層，如圖2中所示的第一封裝層103和第二封裝層104。
[0034]為了使第一摩擦部件和第二摩擦部件能夠更好地接觸摩擦，第一摩擦部件和第二摩擦部件之間形成的兩個摩擦表面中的至少一個表面上還可設置有微納結構，如圖2所示，第一高分子聚合物絕緣層112上設置有微納結構115。當來自外部的動脈信號作用于摩擦發電機110上時，微納結構115能夠使第一高分子聚合物絕緣層112與第二高分子聚合物絕緣層113的相對表面更好地接觸摩擦，并在第一電極層111和第二電極層114處感應出較多的電荷。其中，微納結構115可以是微米級或納米級的非常小的凹凸結構或納米級孔狀結構，圖2中所示的微納結構115為凹凸結構。
[0035]圖3為本實用新型提供的監測設備實施例一的功能結構框圖，如圖3所示，該監測設備包括實施例一所描述的基于摩擦發電機的智能監測頭帽300，還包括:信號輸出裝置320。除此之外，基于摩擦發電機的智能監測頭帽300除了上面所描述的結構之外，還包括監測電路310，監測電路310可設置于頭帽本體的內部或外部。本領域技術人員還可根據實際需要對監測電路310的位置進行具體設置，此處不做限定。
[0036]其中，監測電路310包括:信號采集電路311、信號調理電路312和信號處理電路313。
[0037]信號采集電路311與至少一個摩擦發電機301連接，用于從動脈信號中獲取心率的初始波形;信號調理電路312與信號采集電路311連接，用于從心率的初始波形中提取出心率的波形，分析得到心率的信號大小和頻率;信號處理電路313與信號調理電路312連接，用于根據心率的信號大小和頻率獲取用戶的心率情況。
[0038]信號輸出裝置320與監測電路310之間的連接方式可以為無線連接方式或者有線連接方式。為了便于使用，優選地，信號輸出裝置320與監測電路310之間的連接方式為無線連接方式。具體地，信號輸出裝置320為顯示裝置(例如顯示器)或移動終端設備(例如手機、平板電腦或筆記本電腦等)，與信號處理電路313連接，顯示數據處理結果，并對一定時間段的運動數據進行分析，得出用戶的運動體征評估報告。
[0039]本實用新型還提供了基于摩擦發電機的智能監測頭帽實施例二，包括:至少一個摩擦發電機和頭帽本體，其中，至少一個摩擦發電機設置于頭帽本體上，摩擦發電機包括:第一摩擦部件和第二摩擦部件。基于摩擦發電機的智能監測頭帽實施例二與基于摩擦發電機的智能監測頭帽實施例一的區別在于:來自外部的動脈信號和碰撞信號都可觸發第一摩擦部件和第二摩擦部件接觸摩擦，產生電信號。其中，動脈信號能產生有規律并且幅值較小的波形，碰撞信號為脈沖信號，并且能產生幅值較大的波形，以此監測生理信息及碰撞情況。也就是說，基于摩擦發電機的智能監測頭帽實施例二除了可以監測用戶的生理信息，還可以監測用戶的碰撞情況。由于至少一個摩擦發電機設置于頭帽本體上，當用戶跌倒或者用戶的頭部受到撞擊等傷害時，至少一個摩擦發電機會產生較高的瞬時脈沖電信號，根據瞬時脈沖電信號就可判斷用戶的受傷情況。當將本實用新型提供的基于摩擦發電機的智能監測頭帽用在滑冰、滑雪、棒球等任何需要佩戴帽子的運動中時，可以實現對運動者的生理信息以及碰撞情況的實時監測。
[0040]其中，至少一個摩擦發電機可以為三層結構的摩擦發電機、四層結構的摩擦發電機以及五層結構的摩擦發電機中的一種或者其中兩種或者三種的結合。第一摩擦部件和第二摩擦部件都包括電極層，另外，第一摩擦部件和/或第二摩擦部件還可包括至少一個高分子聚合物絕緣層，第一摩擦部件和第二摩擦部件之間形成兩個摩擦表面。實施例二中的摩擦發電機的具體結構和設置與實施例一中的摩擦發電機的具體結構和設置相同，此處不再贅述。
[0041 ]在上述各實施例中，其中，第一摩擦部件和第二摩擦部件可以選自現有柔性發電機技術中的摩擦材料，即第一摩擦部件和第二摩擦部件均為柔性材料層。具體地，第一電極層、第二電極層和居間電極層的材料選自銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜、金屬或合金。其中金屬是金、銀、鈾、鈀、招、鎳、銅、鈦、絡、錫、鐵、錳、鉬、鎢或釩;合金是鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、錦合金、祕合金、銦合金、鎵合金、媽合金、鉬合金、銀合金或鉭合金。其中，第一高分子聚合物絕緣層、第二高分子聚合物絕緣層和居間薄膜層的材料分別選自聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜中的一種。
[0042]圖4a為本實用新型提供的監測設備實施例二的功能結構框圖，如圖4a所示，該監測設備包括基于摩擦發電機的智能監測頭帽實施例二中所描述的基于摩擦發電機的智能監測頭帽400，還包括:信號輸出裝置420。除此之外，基于摩擦發電機的智能監測頭帽400除了上面所描述的結構之外，還包括監測電路410，監測電路410可設置于頭帽本體的內部或外部。本領域技術人員還可根據實際需要對監測電路410的位置進行具體設置，此處不做限定。
[0043]其中，監測電路410包括:信號采集電路411、信號調理電路412、信號處理電路413和報警電路414。
[0044]信號采集電路411與至少一個摩擦發電機401連接，用于從動脈信號中獲取心率的初始波形和從碰撞信號中獲取碰撞的初始波形；信號調理電路412與信號采集電路411連接，用于從心率的初始波形中提取出心率的波形，分析得到心率的信號大小和頻率，并從碰撞的初始波形中提取出碰撞力的波形，分析得到碰撞力的大小;信號處理電路413與信號調理電路412連接，用于根據心率的信號大小和頻率判斷用戶的心率是否出現異常情況，在出現異常情況時輸出異常信號，并根據碰撞力的大小判斷用戶的受傷情況，根據用戶的受傷情況輸出異常信號，其中，異常情況可包括心率過慢或心率過快等。報警電路414與信號處理電路413連接，用于根據信號處理電路413輸出的異常信號發出報警信號，報警信號可以是顯示異常、聲音提示、燈光報警和通過手機進行遠程呼救中的一種或多種。
[0045]信號輸出裝置420與監測電路410之間的連接方式可以為無線連接方式或者有線連接方式。為了便于使用，優選地，信號輸出裝置420與監測電路410之間的連接方式為無線連接方式。具體地，信號輸出裝置420為顯示裝置(例如顯示器)或移動終端設備(例如手機、平板電腦或筆記本電腦等)，與信號處理電路413連接，顯示數據處理結果，并可對一定時間段的運動數據進行分析，得出運動體征評估報告，還可顯示出用戶是否受傷，如果經監測電路410監測得到用戶已受傷，還可顯示出用戶具體的受傷情況。
[0046]圖4b為本實用新型提供的監測設備實施例二的使用示意圖，如圖4b所示，當用戶在進行棒球等可佩戴帽子的運動時，可佩戴本實用新型提供的基于摩擦發電機的智能監測頭帽，該基于摩擦發電機的智能監測頭帽中的至少一個摩擦發電機401設置于頭帽本體402上，來自外部的動脈信號和碰撞信號能夠觸發至少一個摩擦發電機401的第一摩擦部件和第二摩擦部件接觸摩擦，產生電信號。監測電路(圖中未示出)對所產生的電信號進行采集與處理。圖4b所示的信號輸出裝置420為手機，信號輸出裝置420可與監測電路無線連接，用于顯示數據處理結果，并可對一定時間段的運動數據進行分析，得出運動體征評估報告，還可顯示出用戶是否受傷，如果經監測電路監測得到用戶已受傷，還可顯示出用戶具體的受傷情況，從而實現對用戶的實時監測。
[0047]本實用新型各實施例中，監測電路可以通過由各種分立器件組成的硬件電路來實現，而不依賴于軟件。例如，信號調理電路包括濾波電路、放大電路、A/D轉換器，信號處理電路可以為比較電路，報警電路可以為蜂鳴器報警。
[0048]本實用新型提供的上述基于摩擦發電機的智能監測頭帽以及監測設備通過將至少一個摩擦發電機設置于頭帽本體上，使來自外部的動脈信號和/或碰撞信號能夠觸發至少一個摩擦發電機接觸摩擦，從而產生電信號，然后根據電信號計算并輸出用戶的生理信息和/或碰撞情況。相比于現有的監測設備，本實用新型提供的基于摩擦發電機的智能監測頭帽以及監測設備具有結構簡單、攜帶方便以及制作成本低的優勢。
[0049]本實用新型中所提到的各種模塊、電路均為由硬件實現的電路，雖然其中某些模塊、電路集成了軟件，但本實用新型所要保護的是集成軟件對應的功能的硬件電路，而不僅僅是軟件本身。
[0050]本領域技術人員應該理解，附圖或實施例中所示的裝置結構僅僅是示意性的，表示邏輯結構。其中作為分離部件顯示的模塊可能是或者可能不是物理上分開的，作為模塊顯示的部件可能是或者可能不是物理模塊。
[0051]最后，需要注意的是:以上列舉的僅是本實用新型的具體實施例子，當然本領域的技術人員可以對本實用新型進行改動和變型，倘若這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍之內，均應認為是本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于摩擦發電機的智能監測頭帽，其特征在于，包括:至少一個摩擦發電機和頭帽本體;所述至少一個摩擦發電機設置于所述頭帽本體上； 所述摩擦發電機包括:第一摩擦部件和第二摩擦部件;來自外部的動脈信號和/或碰撞信號觸發所述第一摩擦部件和所述第二摩擦部件接觸摩擦，產生電信號。2.根據權利要求1所述的基于摩擦發電機的智能監測頭帽，其特征在于，所述至少一個摩擦發電機設置于所述頭帽本體的外側表面或內側表面。3.根據權利要求1所述的基于摩擦發電機的智能監測頭帽，其特征在于，所述頭帽本體包括外表層和內表層； 所述至少一個摩擦發電機設置于所述外表層與所述內表層之間。4.根據權利要求1所述的基于摩擦發電機的智能監測頭帽，其特征在于，所述第一摩擦部件和所述第二摩擦部件都包括電極層，所述第一摩擦部件和/或所述第二摩擦部件還包括至少一個高分子聚合物絕緣層;所述第一摩擦部件和所述第二摩擦部件之間形成兩個摩擦表面。5.根據權利要求1所述的基于摩擦發電機的智能監測頭帽，其特征在于，所述第一摩擦部件和所述第二摩擦部件之間形成的兩個摩擦表面中的至少一個表面上設置有微納結構。6.根據權利要求1-5任一項所述的基于摩擦發電機的智能監測頭帽，其特征在于，還包括:監測電路，所述監測電路設置于所述頭帽本體的內部或外部。7.根據權利要求6所述的基于摩擦發電機的智能監測頭帽，所述監測電路包括:信號采集電路、信號調理電路和信號處理電路； 所述信號采集電路與所述至少一個摩擦發電機連接，用于從動脈信號中獲取心率的初始波形和/或從碰撞信號中獲取碰撞的初始波形； 所述信號調理電路與所述信號采集電路連接，用于從所述心率的初始波形中提取出心率的波形，分析得到心率的信號大小和頻率;和/或從所述碰撞的初始波形中提取出碰撞力的波形，分析得到碰撞力的大小； 所述信號處理電路與所述信號調理電路連接，用于根據所述心率的信號大小和頻率獲取用戶的心率情況;和/或根據所述碰撞力的大小判斷用戶的受傷情況。8.根據權利要求7所述的基于摩擦發電機的智能監測頭帽，所述監測電路還包括:報警電路； 所述信號處理電路進一步用于根據所述心率的信號大小和頻率判斷用戶的心率是否出現異常情況，在出現異常情況時輸出異常信號;和/或根據所述碰撞力的大小判斷用戶的受傷情況，根據用戶的受傷情況輸出異常信號； 所述報警電路與所述信號處理電路連接，用于根據所述信號處理電路輸出的異常信號發出報警信號。9.一種監測設備，其特征在于，包括權利要求7或8所述的基于摩擦發電機的智能監測頭帽，還包括:信號輸出裝置。10.根據權利要求9所述的監測設備，其特征在于，所述信號輸出裝置為顯示裝置或移動終端設備。
【文檔編號】A61B5/024GK205458652SQ201620034731
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月14日
【發明人】徐傳毅
【申請人】納智源科技（唐山）有限責任公司