健康床墊的制作方法

本發明涉及健康護理技術領域，尤其涉及一種健康床墊。

背景技術：

隨著社會的發展及科技的進步，人們的物質生活越來越豐富，但隨之而來的則是人們的生活節奏和壓力也越來越大，使得很多人都處于亞健康狀態，無法在患病的初期就有所察覺，而一旦發現患病時往往病情已經發展到中后期，尤其是一些比較嚴重的疾病或易在夜間發作的急癥，由于沒有及時發現往往會危及人們的生命。

技術實現要素：

針對上述問題，本申請提供了一種健康床墊，通過設置傳感器陣列來實時獲取躺在該床墊上使用者身體的各項生理機能信息，進而能夠使得人們及時的發現生理機能異常，尤其是針對人們睡眠的過程中突發疾病時，能夠及時的觸發報警器進行報警，以提升搶救成功的概率。

本發明解決技術問題所采用的技術方案為：

一種健康床墊，包括：床墊本體，設置有感應區；多個傳感器，分布于所述感應區中，以感測躺在所述床墊本體上人體的生理機能參數；其中，每個所述傳感器均包括至少一個MEMS傳感元件。

優選的，上述的健康床墊中，所述生理機能參數可包括心率；其中，所述至少一個MEMS傳感元件可包括至少一個MEMS心率傳感元件，以感測躺在所述床墊本體上人體的心率。

優選的，上述的健康床墊中，所述生理機能參數還可包括體溫、血壓、脈搏、呼吸頻率；所述傳感器還可包括用以感測所述血壓、所述脈搏及所述呼吸頻率的壓力傳感元件和用以感測所述呼吸頻率的溫度傳感元件。

優選的，上述的健康床墊中，所述傳感器還可包括：濕度傳感器，用以感測所述床墊本體所處環境的濕度。

優選的，上述的健康床墊中，所述壓力傳感元件和/或所述溫度傳感元件和/或所述濕度傳感元件可為MEMS器件。

優選的，上述的健康床墊中，所述壓力傳感元件可分別與所述心率傳感元件、所述溫度傳感元件及所述濕度傳感元件通訊連接，以啟動/關閉所述心率傳感元件、所述溫度傳感元件及所述濕度傳感元件。

優選的，上述的健康床墊還可包括：觸發單元，所述觸發單元分別與所述壓力傳感元件、所述心率傳感元件、所述溫度傳感元件及所述濕度傳感元件通訊連接；其中，所述觸發單元根據從所述壓力傳感元件接收的壓力信號開啟或關閉所述心率傳感元件、所述溫度傳感元件及所述濕度傳感元件。

優選的，上述的健康床墊中，所述傳感器還可包括：感測數據接收/處理單元，分別與所述壓力傳感元件、所述心率傳感元件、所述溫度傳感元件及所述濕度傳感元件通訊連接，用以將接收的模擬信號轉換為數字信號并發送至終端設備。

優選的，上述的任意一項健康床墊中，所述壓力傳感元件為石墨烯壓力傳感器。

優選的，上述的健康床墊中，所述壓力傳感元件可包括：襯底；絕緣層，設置于所述襯底之上；空腔，貫穿所述絕緣層的上下表面；兩個電極，分別設置所述空腔相對兩側的所述絕緣層之上；石墨烯薄膜，覆蓋所述空腔的開口并延伸至所述電極之上；其中，所述壓力傳感元件通過所述石墨烯薄膜的產生的形變來感測所承受壓力的大小。

優選的，上述的健康床墊中，所述壓力傳感元件還可包括：承壓板，通過一立柱壓覆在位于所述空腔之上的所述石墨烯薄膜。

優選的，上述的健康床墊還可包括：傳感設備，包括所述多個傳感器；數據處理器，與所述傳感設備通信連接；判斷器，與所述數據處理器通信連接；存儲器，與所述判斷器通訊連接，并預存有用戶的病歷信息以及各種疾病的判斷依據數據；終端設備，與所述數據處理通訊連接；報警器，與所述判斷器通訊連接；其中，所述多個傳感器將感測到的人體的生理機能參數信號發送至所述數據處理器進行處理，以生成實時的生理機能參數；所述終端設備及所述判斷器獲取所述實時的生理機能參數，且所述判斷器根據從所述存儲器中存儲的用戶的病歷信息以及各種疾病的判斷依據數據生成并發送觸發消息至所述報警器進行報警。

優選的，上述的健康床墊中，所述多個傳感器可以陣列排布的方式均勻分布于所述感應區中的所述床墊本體上。

優選的，上述的健康床墊中，在所述感應區中，所述多個傳感器可對應躺在床墊上人體的肩部和/或臀部和/或腰部和/或肋部和/或膝部和/或腳部位置分布的密度大于其他位置分布的密度。

優選的，上述的健康床墊中，可基于大數據分析來設定所述床墊本體上所述感應區的位置、形狀及面積。

優選的，上述的健康床墊中，所述床墊本體包括：床墊芯；面料層，包裹所述床墊芯；其中，所述傳感器設置于所述面料層的表面上和/或所述面料層之中和/或所述床墊芯與所述面料層之間。

優選的，上述的健康床墊中，所述床墊本體還包括：填充物層，位于所述面料層與所述床墊芯之間；其中，所述傳感器設置于所述面料層的表面上或所述面料層之中。

本申請還提供了另一種健康床墊，可包括：床墊本體，設置有感應區；多個傳感器，分布于所述感應區中，以感測躺在所述床墊本體上人體的生理機能參數；其中，所述傳感器為MEMS傳感器，且所述MEMS傳感器包括至少一個微型心率傳感單元。

優選的，上述的健康床墊中，所述MEMS傳感器還包括微型壓力傳感單元、微型溫度傳感單元和微型濕度傳感單元。

優選的，上述的健康床墊中，所述MEMS傳感器還包括相互電連接的微型電源和無線電能接收器；其中，采用一無線電能發送器通過所述無線電能接收器以無線供電的方式向所述微型電源充電。

附圖說明

參考所附附圖，以更加充分的描述本發明的實施例。然而，所附附圖僅用于說明和闡述，并不構成對本發明范圍的限制。

圖1為實施例中床墊的結構示意圖；

圖2為實施例中設置有兩個感應區域的雙人床墊的結構示意圖；

圖3為實施例中設置有一個感應區域的雙人床墊的結構示意圖；

圖4為實施例中傳感器陣列交錯排列的示意圖；

圖5為圖1沿A-A方向床墊的剖面結構示意圖；

圖6為實施例中一種傳感單元器件的結構示意圖；

圖7為實施例中另一種傳感單元器件的結構示意圖；

圖8為實施例中石墨烯壓力傳感器的結構示意圖；

圖9為圖8中所示壓力傳感器改進后的結構示意圖；

圖10為實施例中傳感系統的模塊結構示意圖。

具體實施方式

本發明將通過實施例的方式結合附圖予以闡述。在附圖中，各個圖中相同或相關結構或功能元素會以相似的標號表示。附圖中元件的尺寸和特點僅是作為方便闡述的目的。它們不對本發明的范圍有所界定，且并不一定表示實際尺寸和比例關系。

下面結合附圖對本申請的技術內容進行舉例說明。

如圖1所示，在本申請的一個實施例中，床墊(即床墊本體)1上可設置有用以布置多個傳感器3的感應區2及臨近該感應區2用于放置枕頭4的枕墊區(圖中未標示，可認為該床墊1上位于枕頭4下方的區域)，該感應區2主要是通過設置在其內的傳感器3來實時感測躺在其上人體的各項生理機能參數(如體溫、心率、脈搏、呼吸頻率、血壓等)；其中，上述的感應區2的位置、形狀及面積等參數均可依據實際床墊的尺寸及其所承載人體軀干的部分對應設定，以使得床墊1上設置的傳感器3能夠精準的獲取人體各項生理機能參數。

在實際的生產及制造過程中，為了降低生產成本也可僅對應床墊1用以承載人體軀干幾個主要部位的區域而對應設置，例如該感應區2可僅對應床墊所承載人體軀干的肩部和/或臀部和/或腰部等部位分別設置，而為了提升傳感器感測的精準性還可對應人體躺在床墊上其肋部和/或膝部和/或腳部等部位所對應的區域位置處也設置傳感器3，即只要所設定的感應區2所涵蓋的區域中設置的感應器3能夠精準的獲取躺在其上的人體的各項生理機能參數即可。

需要說明的是，由于大部分的人在睡眠的過程中會翻來覆去，所以上述設置的感應區2所涵蓋的區域一般要大于其所對應的人體軀干所對應的面積；例如可基于大數據分析(如采集一定量的樣本通過觀察其在睡眠過程中的活動范圍，并通過數據分析來獲取大部分人在睡眠過程各部位移動的范圍)的基礎上，來設定上述的感應區2的位置、形狀及面積等參數，進而能夠在以設置最小的感測區2來降低生產成本同時又能確保傳感器3感測數據精準。

進一步的，可針對人體在睡眠過程中人體整體活動的區域設置一個對應大小的感應區3，例如單人床墊就將其位于中部的大部分區域設置為感應區3(參見圖1所示)，而若是雙人床墊則可對應兩個枕頭放置的位置而分別設置一個感應區3(參見圖2所示)，同時也可像圖1所示那樣對應床墊1上用以承載人體的表面的中部設置為一個感應區3(參見圖3所示)，即雖然圖2所示的結構的床墊1的生產成本相較于圖3所示的床墊其成本會有所降低，但圖3中所示的床墊其所感測的人體生理機能參數的精準度大大優于圖2中所示的床墊。

當然，若是想進一步的提升傳感器所采集數據的數據精確性，可將床墊用以承載人體的整個面均作為傳感區，進而能夠確保使用者無論夜間如何移動，均能夠進一步的提升測量人體各項生理機能參數的精準性。

參見圖1～4所示，在本申請的一個實施例中，上述的感應區2中均可設置有多個傳感器3，而該多個傳感器3可以是以陣列方式均勻分布于感應區2中，例如可如圖1～3所示以行、列方向相互垂直方式進行排布，或者如圖4所示以行之間相互平行而列之間則相互交錯的方式進行排布，當然也可以以其他的排列方式將上述的多個傳感器3排布在感應區2中，只要達到均勻分布的目的即可，這樣就能確保躺在床墊上的人體軀干無論以何種睡姿進行休息，都能確保床墊1上承載區域中均有對應的傳感器3能夠精準的獲取人體的生理機能參數。當然，為了達到節省成本的目的，也可參考感應區2設置的方式，即基于大數據分析的基礎上對應人體與床墊1可能接觸較多的區域對應設置較密集的傳感器3，而接觸較少的區域則設置較為稀疏的傳感器(即可相較于均勻分布的方式以非均勻分布的方式進行排布傳感器)，進而可基于同等數目或更少的傳感器以更加精準或更小成本來獲取人體的生理機能參數。

需要說明的是，上述的感應區2中無論是以均勻或非均勻分布方式設置的傳感器，相鄰的傳感器相互之間的距離可依據其自身的尺寸及需要測量的精準度而設定，只要其相互之間不會對彼此的感測操作產生不利影響且不會遺漏針對人體重要部位的感測(傳感器之間的空白區域不能大于人體在蜷曲、側躺、平躺等各種躺位式與床墊之間的接觸面)即可。

參見圖5所示，在本申請的一個實施例中，上述的床墊1可包括面料層11及該面料層11所包裹的床墊芯12，該面料層11可為經過防螨、消毒等處理后的全面布料層，以起到殺菌滅螨的效果，而作為床墊核心的床墊芯12則可包括結網及分布在結網上的彈簧，且彈簧在結網上的分布率一般大于結網表面面積的60％。另外，在面料層11與床墊芯12之間還可設置有填充物，例如平行網、代棕、海綿、針織纖維棉、無紡布等，以提升床墊的舒適性及耐用程度等性能。

上述的傳感器3優選的可設置在面料層11之上和/或之中(不同的傳感器可位于不同的層之中)，以使得傳感器3能夠與躺在床墊1上的人體近距離接觸甚至可直接與人體皮膚接觸，進而提升傳感器3的感測精準性；而與人體皮膚接觸的傳感器3的部分材質還可進行一些特殊加工或采用一些親膚材料，以提升人體的舒適感。

當然，若是采用的面料層11的厚度及材質均不影響傳感器3的感測或者影響在可接受范圍內，則還可將上述的傳感器3設置在面料層11與床墊芯12之間的任一層的表面上或相鄰層之間的位置(如圖5所示)，這樣在確保感測精準性的同時，還能對傳感器3起到一定的保護作用，以延長傳感器的使用壽命。

需要注意的是，上述的床墊1的各個層可以是單層結構也可是復合層結構，具體可依據實際需求而設定；另外，在本申請的實施例中僅是以床墊1的一個用以人體平躺的表面進行說明的，而在實際的生活當中，一般的床墊都有兩個用以平躺的相對的兩個表面，一般是一個表面躺著感覺較軟而另一個表面則躺著感覺較硬，或者，一個表面設置有棉布料而另一個表面則設置有涼席等；所以，為了使得人們無論使用哪個表面均能得到相應的健康護理，可在上述兩個相對的表面上均設置有上述的感應區2，而針對不同表面的情況還可將傳感器分布的方式進行適應性調整，如可根據較冷天氣人體睡眠時活動較少而天氣較熱時睡眠相對活動頻繁的特點，將用于感測棉布料的表面傳感器可設置為重點區域密集分布而其余區域則相對稀疏分布的非均勻方式排布，而將用于感測設置有涼席的表面的傳感器可均勻分布，且相較于其相對的表面其感應區2設置的范圍更大，以使得在不同的季節或天氣均能較為精準的感測人體生理機能參數。當然，若是傳感器3具有兩面感測功能，且設置在床墊中也不會對傳感器的感測功能產生不利的影響或產生的影響在可接受范圍內，也可在床墊1中設置僅一套上述的傳感器系統，只要能夠實現正常的感測即可。

參見圖6所示，本申請實施例中的傳感器3可為多個傳感器元件集成的傳感器件，如可包括壓力傳感元件31、心率傳感元件32、溫度傳感元件33、濕度傳感元件(用以感測周圍環境的濕度，可應用某些對濕度有特殊要求的醫療場所中，如可應用于針對風濕病及支氣管炎等疾病的治療及預防)34等多種傳感器元件(每種傳感器元件可為多個，尤其是壓力傳感單元31的數目可設置多個)和與該多種傳感器元件分別通訊連接的感測數據接收/處理單元35，該感測數據接收/處理單元35可利用其內置的諸如數/模轉換器件等，在將其接收的從傳感器元件中發送的模擬信號轉換為數字信號后，以有線或無線通訊的方式發送出去(即圖中所示的輸出數據)至其他的設備或終端。在一些可選的實施例中，單個的傳感器3也可僅集成有上述的傳感器元件，而感測數據接收/處理單元35則可被信號收發裝置替代，進而該傳感器3便以模擬信號的方式將傳感器元件接收的感測數據直接發送出去，這樣便能使得傳感器3的尺寸及體積更小，便于在床墊1上排布。

進一步的，上述的壓力傳感元件31可用以感測是否在感應區2所承載的人體，一旦感測到有人體壓覆于床墊1的感應區2中，則可觸發剩余的諸如心率傳感元件32、溫度傳感元件33及濕度傳感元件34等傳感器元件開始工作，而在感測感應區2中在預設的時間段后無承載物體或承載物體所產生的壓力沒有達到預設值時，則斷開上述傳感器元件的電源；這樣壓力傳感元件31作為開關元件既能確保及時的對躺在床墊上的人體進行生理機能參數進行感測的同時，又能在床墊空載時及時的切斷傳感器元件的電源進而節省能源的同時，進而可提升傳感器元件的工作壽命。

需要注意的是，上述的壓力傳感元件31也可直接控制諸如心率傳感元件32、溫度傳感元件33及濕度傳感元件34等傳感器元件的工作狀態(如圖6所示)，相應的在壓力傳感元件31中要集成有觸發單元，而心率傳感元件32、溫度傳感元件33及濕度傳感元件34等傳感器元件則要集成有與上述觸發單元匹配的開關單元，這樣在觸發單元根據壓力傳感元件31所檢測的壓力信號來發送觸發信號(如高電平)至每個傳感器元件上的開關單元時，該開關單元閉合以啟動對應的傳感器元件；反之，觸發單元則發送關閉信號(如低電平)至每個傳感器元件上的開關單元時，則該開關單元斷開以關閉對應的傳感器元件。

另外，壓力傳感元件31還能夠通過感測躺在床墊1上的人體規律性且幅度較小的活動(如呼吸、心跳、脈動等)，尤其是對壓力感測更加敏感的石墨烯傳感器，來精準的感測人體的諸如血壓、心率、脈搏、呼吸頻率等生理參數，以輔助諸如心率傳感元件32等其他傳感元件或單獨的實現人體生理參數的量測。

參見圖7所示，在本申請的另一個實施例中，上述的壓力傳感元件31中也可不用設置觸發單元，而將該觸發單元集成至感測數據接收/處理單元35中(圖中未標示)，即感測數據接收/處理單元35基于壓力傳感元件31發送來的壓力信號來控制上述各個傳感器元件的工作狀態，這樣壓力傳感元件31的體積及尺寸相對較小，進而可大大利于傳感器3的排布，同時也可降低床墊1的生產成本。

基于圖6～7中所示的結構，上述的心率傳感元件32可主要用于人體生理機能參數中心率的檢測，同時也可實現對脈搏及呼吸頻率等其他參數的感測；而為了提升心率傳感元件32的精準性可采用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微機電系統)心率傳感器進行心率及其相關人體生理機能參數的檢測。在一個實施例中每個傳感器3中要至少設置一個心率傳感元件(如MEMS心率傳感器)32，以利用其對患有心腦血管相關疾病(如心肌梗塞、心臟病等)及哮喘相關疾病等夜間突發急癥病人的檢測及預警。

由于MEMS器件微機電系統為集微傳感器、微執行器、微機械結構、微電源、微能源、信號處理和控制電路、高性能電子集成器件、接口、通信等于一體的微型器件或系統，故其具有體積小、耗能低、響應時間短等特點，所以可以將上述的心率傳感元件32、溫度傳感元件33及濕度傳感元件34等傳感器元件均采用MEMS器件，以使得每個傳感器元件均具有相對獨立的傳感功能，進而提升傳感精準性的同時還能大大減小設置的傳感器器件的尺寸及應用成本，還便于傳感器3的排布。

更進一步的，還可將傳感器3整體設置為MEMS器件，而上述的各個傳感器元件均為該MEMS傳感器中的一個微型傳感單元模塊(微型心率傳感單元、微型壓力傳感單元、微型溫度傳感單元和微型濕度傳感單元等)，而上述的微電源可采用微型機械發電結構(即人體在床墊上活動時帶動微型機械發電結構發電)，以向整個傳感器3提供工作電能；同時，該MEMS傳感器還可集成有微型的信號處理等結構，進而可單獨的構成一個傳感系統，來通過有線或無線的方式將檢測的數據直接發送至相應的終端設備或觸發報警裝置。由于MEMS傳感器具有非常小的尺寸，而單個的MEMS傳感器又能單獨的實現自供電且獨立工作，這樣大大增大在傳感區2中設置傳感器的便利性及靈活性，且MEMS傳感器感測的精準性及反應速度也得到進一步的提升。

優選的，上述的微電源也可以為微型蓄電池，同時可采用有線或無線充電的方式對該微型蓄電池(或微電源)進行充電(圖中未示出)；考慮到實際應用的便利及安全性，較優的可采用無線充電的方式對上述的微型蓄電池進行充電，以向MEMS傳感器供電；具體的，采用至少一個無線電能發射器向每個MEMS傳感器的微型電源供電，如可在床墊上設置一個或多個無線電能接收器，使得每個無線電能接收器通過接收上述無線電能發射器發送的電力來向與其電連接的MEMS傳感器(即其內部設置的微型電源)供電，甚至可在該床墊上僅設置一個無線電能接收器來統一向每個MEMS傳感器充電，這樣可節約生產成本同時使得MEMS傳感器的尺寸相對較小；而為了使得每個MEMS能夠獨立工作，使得在床墊上盡量少的布置物理導電線路來提升床墊的安全性能及MEMS傳感器的靈活性，可在每個MEMS傳感器中均對應集成一個無線電能接收器以對其中內置的微型蓄電池進行充電；其中，優選的可基于電磁感應式充電技術采用MEMS器件來實現上述的無線充電操作，當然也可在確保安全供電的前提下采用諧振式充電技術并利用MEMS器件來實現上述的無線充電操作。需要注意的是，上述無線充電特征可應用于本申請所包含的任意一技術方案中。

另外，由于MEMS器件的微型結構所限制，其所發送的信號強度有限，還可在床墊1之中或鄰近床墊1放置的位置處設置一個信號放大器，即MEMS器件發送的信號通過信號放大器進行放大后，再發送到相應的終端設備或觸發報警裝置報警，以提升信號傳輸的距離及精確性。

在本申請的一個實施例中，上述的壓力傳感元件31可為石墨烯壓力傳感器；參見圖8所示，該壓力傳感元件31包括襯底301及設置于襯底301之上的絕緣層302，在貫穿該絕緣層302至襯底301的表面開設有空腔305，在空腔兩側的絕緣層302的之上還設置有電極303，一石墨烯薄膜304覆蓋上述的電極303并將覆蓋上述的空腔305的開口及臨近該開口絕緣層302的暴露的表面直至上述的電極303附近；由于石墨烯薄膜具有優良的機械、電學性能，進而使得石墨烯壓力傳感器相較于傳統的傳感器具有更好的靈敏度及準確性。

進一步的，基于圖8所示的結構，如圖9所示，為了進一步的提升壓力傳感元件31的靈敏度及準確性，還可在石墨烯薄膜304之上對應空腔305的位置設置以承壓板307，而承壓板307通過一立柱306壓覆至上述空腔305之上的石墨烯薄膜304的上表面，由于承壓板307的上表面面積遠大于立柱306壓覆于石墨烯薄膜304表面上的面積，這樣就能在很小的壓力下便能使得石墨烯薄膜304產生更大的形變，進而進一步的提升壓力傳感器的靈敏度及準確性。

需要說明的是，基于上述的石墨烯壓力傳感器所具有的靈敏度及準確性等諸多優點，故可將該石墨烯壓力傳感器設置于相對遠離人體的床墊之中，進而能在確保壓力傳感器感測效果的同時來提升床墊的舒適度。

如圖10所示，本申請另一健康床墊的實施例中，可包括一傳感系統，具體可包括設置于床墊中的傳感設備(如上述實施例中的集成有多種傳感器元件的傳感器3)51、數據處理器52、判斷器53、存儲器54、終端設備55及報警器56等，上述的傳感設備51用以感測床墊上人體的生理機能參數信號并其發送至數據處理器52，該數據處理器52可對接收的人體的生理機能參數信號進行轉換及其他處理操作后，以獲取相應的人體當前(或實時)的生理機能參數，并將該人體的生理機能參數發送至終端設備(手機、電腦等電子設備)55，便于醫護人員根據該人體的生理機能參數判斷當前躺在床墊上人體的各項機能是否有恙。

另外，上述的數據處理器52還可將上述的人體的生理機能參數發送至判斷器53，該判斷器53調取存儲器54中預存的躺在床墊上用戶的病歷信息以及存儲器54中預存的各種疾病的判斷依據數據來判定當前躺在床墊上的人體是否患有疾病，尤其是針對夜間急癥病情，一旦判定患有急癥則立即觸發報警器報警，并將相應的病情信息發送至終端設備及其他對應的醫護人員或陪護人員的所對應的手持終端設備上，同時還可啟動對應的智能急救設備對病人進行急救，以減小搶救時間，提升搶救成功的概率。

需要說明的是，本申請實施例中的健康床墊相關的技術特征及技術方案均可設置對應設置于枕頭、抱枕、坐墊、沙發、椅子等生活起居用品中，以便于隨時隨地可對人體的機能進行感測監控；同時各個物件之間可以互連互通，構成一個物聯網傳感系統，以對該物聯網傳感系統中所限定的空間中活動的人體進行健康呵護。

以上結合具體實施例描述了本發明的技術方案，但本領域的技術人員應該理解，上述內容僅是舉例說明，本發明的保護范圍由權利要求書內容所限定。本領域技術人員在不違背本發明的技術原理和實質內容的前提下，可對實施方案進行多種變更或更改，這些變更和更改均應落入本發明的保護范圍。