基于摩擦发电机的智能监测头帽以及监测设备的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于摩擦发电机的智能监测头帽以及监测设备，其中，基于摩擦发电机的智能监测头帽包括：至少一个摩擦发电机和头帽本体；至少一个摩擦发电机设置于头帽本体上；摩擦发电机包括：第一摩擦部件和第二摩擦部件；来自外部的动脉信号和/或碰撞信号触发第一摩擦部件和第二摩擦部件接触摩擦，产生电信号。本实用新型提供的基于摩擦发电机的智能监测头帽结构简单、携带方便、制作成本低。
【专利说明】
基于摩擦发电机的智能监测头帽以及监测设备
技术领域
[0001]本实用新型涉及传感器技术领域，具体涉及一种基于摩擦发电机的智能监测头帽以及监测设备。
【背景技术】
[0002]体育运动对于保持健康的生活方式是十分重要的，并且是很多人的娱乐的源头。有些体育运动者喜欢参加团体体育运动，例如足球或篮球，而其他体育运动者更喜欢参加个人的体育运动，例如跑步或滑雪或棒球等运动。而个人运动中的一些运动具有较大风险，例如滑雪或者棒球运动等，运动者一般需要佩戴帽子或者头盔用以保护头部。此外，运动伤害是不可避免的事，例如一个运动者受到撞击后，常常无法当场及时得知这些伤害会有多严重。
[0003]现有技术已经有监测设备可以监测运动者在体育运动中的信息，并且在一些情况中提供关于运动者表现的反馈。这些被监测信息可以是运动者的运动生理信息，也可以是运动者发生碰撞或者跌倒的报警信息。但是许多现有的监测设备大都存在结构复杂，携带笨重，价格昂贵而且缺乏足够的电池和/或处理能力的问题，以至于不能在严格的竞争或训练条件下长时间使用。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的发明目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种基于摩擦发电机的智能监测头帽以及监测设备，用于解决现有技术中的监测设备结构复杂、携带笨重、价格昂贵等问题，实现了对用户尤其是运动者的生理信息和/或碰撞情况的监测。
[0005]本实用新型提供一种基于摩擦发电机的智能监测头帽，包括:至少一个摩擦发电机和头帽本体;至少一个摩擦发电机设置于头帽本体上；
[0006]摩擦发电机包括:第一摩擦部件和第二摩擦部件;来自外部的动脉信号和/或碰撞信号触发第一摩擦部件和第二摩擦部件接触摩擦，产生电信号。
[0007]进一步，至少一个摩擦发电机设置于头帽本体的外侧表面或内侧表面。
[0008]进一步，头帽本体包括外表层和内表层;至少一个摩擦发电机设置于外表层与内表层之间。
[0009]进一步，第一摩擦部件和第二摩擦部件都包括电极层，第一摩擦部件和/或第二摩擦部件还包括至少一个高分子聚合物绝缘层;第一摩擦部件和第二摩擦部件之间形成两个摩擦表面。
[0010]进一步，第一摩擦部件和第二摩擦部件之间形成的两个摩擦表面中的至少一个表面上设置有微纳结构。
[0011]进一步，基于摩擦发电机的智能监测头帽还包括:监测电路，监测电路设置于头帽本体的内部或外部。
[0012]进一步，监测电路包括:信号采集电路、信号调理电路和信号处理电路；
[0013]信号采集电路与至少一个摩擦发电机连接，用于从动脉信号中获取心率的初始波形和/或从碰撞信号中获取碰撞的初始波形；
[0014]信号调理电路与信号采集电路连接，用于从心率的初始波形中提取出心率的波形，分析得到心率的信号大小和频率;和/或从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]信号处理电路与信号调理电路连接，用于根据心率的信号大小和频率获取用户的心率情况;和/或根据碰撞力的大小判断用户的受伤情况。
[0016]进一步，监测电路还包括:报警电路；
[0017]信号处理电路进一步用于根据心率的信号大小和频率判断用户的心率是否出现异常情况，在出现异常情况时输出异常信号；和/或根据碰撞力的大小判断用户的受伤情况，根据用户的受伤情况输出异常信号；
[0018]报警电路与信号处理电路连接，用于根据信号处理电路输出的异常信号发出报警信号。
[0019]本实用新型还提供了一种监测设备，包括上述的基于摩擦发电机的智能监测头帽，还包括:信号输出装置。
[0020]进一步，信号输出装置为显示装置或移动终端设备。
[0021]本实用新型提供的基于摩擦发电机的智能监测头帽以及监测设备通过将至少一个摩擦发电机设置于头帽本体上，使来自外部的动脉信号和/或碰撞信号能够触发至少一个摩擦发电机接触摩擦，从而产生电信号，然后根据所产生的电信号计算并输出用户的生理信息和/或碰撞情况。相比于现有的监测设备，本实用新型提供的基于摩擦发电机的智能监测头帽以及监测设备具有结构简单、携带方便以及制作成本低的优势。
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型提供的摩擦发电机的设置方式的示意图；
[0023]图2为本实用新型提供的基于摩擦发电机的智能监测头帽实施例一的截面结构示意图；
[0024]图3为本实用新型提供的监测设备实施例一的功能结构框图；
[0025]图4a为本实用新型提供的监测设备实施例二的功能结构框图；
[0026]图4b为本实用新型提供的监测设备实施例二的使用示意图。
【具体实施方式】
[0027]为充分了解本实用新型之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本实用新型做详细说明，但本实用新型并不仅仅限于此。
[0028]本实用新型提供了一种基于摩擦发电机的智能监测头帽，该基于摩擦发电机的智能监测头帽包括:至少一个摩擦发电机和头帽本体。至少一个摩擦发电机设置于头帽本体上。其中，摩擦发电机包括:第一摩擦部件和第二摩擦部件。来自外部的动脉信号和/或碰撞信号触发第一摩擦部件和第二摩擦部件接触摩擦，产生电信号。
[0029]本实用新型提供的基于摩擦发电机的智能监测头帽中的至少一个摩擦发电机无需外接电源，并且可将至少一个摩擦发电机设置于头帽本体上用作传感器，可持续地对用户的生理信息和/或碰撞情况进行监测。当将本实用新型提供的基于摩擦发电机的智能监测头帽用在滑冰、滑雪、棒球等任何需要佩戴帽子的运动中时，此时用户为运动者，通过基于摩擦发电机的智能监测头帽可以实现对运动者的生理信息和/或碰撞情况的实时监测，所监测到的碰撞情况可有助于评估运动者的受伤情况。
[0030]具体地，至少一个摩擦发电机可设置于头帽本体的外侧表面或内侧表面。图1为本实用新型提供的摩擦发电机的设置方式的示意图，如图1所示，摩擦发电机110设置于头帽本体100的外侧表面。另外，当头帽本体包括外表层和内表层时，为了提高佩戴的舒适性及人性化，优选地，至少一个摩擦发电机可设置于外表层与内表层之间。
[0031]图2为本实用新型提供的基于摩擦发电机的智能监测头帽实施例一的截面结构示意图，该基于摩擦发电机的智能监测头帽包括:至少一个摩擦发电机110和头帽本体(图中未示出)。其中，头帽本体包括外表层101和内表层102，至少一个摩擦发电机110设置于头帽本体的外表层101和内表层102之间。具体地，至少一个摩擦发电机110设置于头帽本体能够与用户的头部动脉相接触的位置，从而便于感触用户的动脉信号。其中，摩擦发电机110包括:第一摩擦部件和第二摩擦部件。来自外部的动脉信号能够触发第一摩擦部件和第二摩擦部件接触摩擦，产生电信号，以便根据所产生的电信号实现对用户的生理信息的实时监测。当将本实用新型提供的基于摩擦发电机的智能监测头帽用在滑冰、滑雪、棒球等任何需要佩戴帽子的运动中时，可以实现对运动者的实时监测。
[0032]其中，至少一个摩擦发电机可以为三层结构的摩擦发电机、四层结构的摩擦发电机以及五层结构的摩擦发电机中的一种或者其中两种或者三种的结合。第一摩擦部件和第二摩擦部件都包括电极层，另外，第一摩擦部件和/或第二摩擦部件还可包括至少一个高分子聚合物绝缘层，第一摩擦部件和第二摩擦部件之间形成两个摩擦表面。具体地，当摩擦发电机为三层结构的摩擦发电机时，摩擦发电机的第一摩擦部件可以包括第一电极层，第二摩擦部件可以包括第一高分子聚合物绝缘层和第二电极层，第一电极层和第一高分子聚合物绝缘层之间形成两个摩擦表面。当摩擦发电机为四层结构的摩擦发电机时，摩擦发电机的第一摩擦部件可以包括第一电极层和第一高分子聚合物绝缘层，第二摩擦部件可以包括第二高分子聚合物绝缘层和第二电极层，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层之间形成两个摩擦表面。当摩擦发电机为五层结构的摩擦发电机时，摩擦发电机的第一摩擦部件可以包括第一电极层和第一高分子聚合物绝缘层，第二摩擦部件可以包括居间薄膜层、第二高分子聚合物绝缘层和第二电极层。还有另外一种五层结构的摩擦发电机，该摩擦发电机的第一摩擦部件可以包括第一电极层和第一高分子聚合物绝缘层，第二摩擦部件可以包括居间电极层、第二高分子聚合物绝缘层和第二电极层。当摩擦发电机包含两层高分子聚合物绝缘层时，其中的第一高分子聚合物绝缘层可以为电正性高分子聚合物绝缘层，第二高分子聚合物绝缘层可以是电负性高分子聚合物绝缘层。
[0033]图2中所示的摩擦发电机110为四层结构的摩擦发电机，其中，第一摩擦部件包括第一电极层111和第一高分子聚合物绝缘层112，第二摩擦部件包括第二高分子聚合物绝缘层113和第二电极层114，第一高分子聚合物绝缘层112和第二高分子聚合物绝缘层113之间形成两个摩擦表面，来自外部的动脉信号触发第一高分子聚合物绝缘层112和第二高分子聚合物绝缘层113接触摩擦，产生电信号。为了减少外界对摩擦发电机110的干扰，还可以在摩擦发电机110的外侧设置封装层，如图2中所示的第一封装层103和第二封装层104。
[0034]为了使第一摩擦部件和第二摩擦部件能够更好地接触摩擦，第一摩擦部件和第二摩擦部件之间形成的两个摩擦表面中的至少一个表面上还可设置有微纳结构，如图2所示，第一高分子聚合物绝缘层112上设置有微纳结构115。当来自外部的动脉信号作用于摩擦发电机110上时，微纳结构115能够使第一高分子聚合物绝缘层112与第二高分子聚合物绝缘层113的相对表面更好地接触摩擦，并在第一电极层111和第二电极层114处感应出较多的电荷。其中，微纳结构115可以是微米级或纳米级的非常小的凹凸结构或纳米级孔状结构，图2中所示的微纳结构115为凹凸结构。
[0035]图3为本实用新型提供的监测设备实施例一的功能结构框图，如图3所示，该监测设备包括实施例一所描述的基于摩擦发电机的智能监测头帽300，还包括:信号输出装置320。除此之外，基于摩擦发电机的智能监测头帽300除了上面所描述的结构之外，还包括监测电路310，监测电路310可设置于头帽本体的内部或外部。本领域技术人员还可根据实际需要对监测电路310的位置进行具体设置，此处不做限定。
[0036]其中，监测电路310包括:信号采集电路311、信号调理电路312和信号处理电路313。
[0037]信号采集电路311与至少一个摩擦发电机301连接，用于从动脉信号中获取心率的初始波形;信号调理电路312与信号采集电路311连接，用于从心率的初始波形中提取出心率的波形，分析得到心率的信号大小和频率;信号处理电路313与信号调理电路312连接，用于根据心率的信号大小和频率获取用户的心率情况。
[0038]信号输出装置320与监测电路310之间的连接方式可以为无线连接方式或者有线连接方式。为了便于使用，优选地，信号输出装置320与监测电路310之间的连接方式为无线连接方式。具体地，信号输出装置320为显示装置(例如显示器)或移动终端设备(例如手机、平板电脑或笔记本电脑等)，与信号处理电路313连接，显示数据处理结果，并对一定时间段的运动数据进行分析，得出用户的运动体征评估报告。
[0039]本实用新型还提供了基于摩擦发电机的智能监测头帽实施例二，包括:至少一个摩擦发电机和头帽本体，其中，至少一个摩擦发电机设置于头帽本体上，摩擦发电机包括:第一摩擦部件和第二摩擦部件。基于摩擦发电机的智能监测头帽实施例二与基于摩擦发电机的智能监测头帽实施例一的区别在于:来自外部的动脉信号和碰撞信号都可触发第一摩擦部件和第二摩擦部件接触摩擦，产生电信号。其中，动脉信号能产生有规律并且幅值较小的波形，碰撞信号为脉冲信号，并且能产生幅值较大的波形，以此监测生理信息及碰撞情况。也就是说，基于摩擦发电机的智能监测头帽实施例二除了可以监测用户的生理信息，还可以监测用户的碰撞情况。由于至少一个摩擦发电机设置于头帽本体上，当用户跌倒或者用户的头部受到撞击等伤害时，至少一个摩擦发电机会产生较高的瞬时脉冲电信号，根据瞬时脉冲电信号就可判断用户的受伤情况。当将本实用新型提供的基于摩擦发电机的智能监测头帽用在滑冰、滑雪、棒球等任何需要佩戴帽子的运动中时，可以实现对运动者的生理信息以及碰撞情况的实时监测。
[0040]其中，至少一个摩擦发电机可以为三层结构的摩擦发电机、四层结构的摩擦发电机以及五层结构的摩擦发电机中的一种或者其中两种或者三种的结合。第一摩擦部件和第二摩擦部件都包括电极层，另外，第一摩擦部件和/或第二摩擦部件还可包括至少一个高分子聚合物绝缘层，第一摩擦部件和第二摩擦部件之间形成两个摩擦表面。实施例二中的摩擦发电机的具体结构和设置与实施例一中的摩擦发电机的具体结构和设置相同，此处不再赘述。
[0041 ]在上述各实施例中，其中，第一摩擦部件和第二摩擦部件可以选自现有柔性发电机技术中的摩擦材料，即第一摩擦部件和第二摩擦部件均为柔性材料层。具体地，第一电极层、第二电极层和居间电极层的材料选自铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金。其中金属是金、银、铀、钯、招、镍、铜、钛、络、锡、铁、锰、钼、钨或钒;合金是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、猛合金、镍合金、铅合金、锡合金、锦合金、祕合金、铟合金、镓合金、妈合金、钼合金、银合金或钽合金。其中，第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层的材料分别选自聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜中的一种。
[0042]图4a为本实用新型提供的监测设备实施例二的功能结构框图，如图4a所示，该监测设备包括基于摩擦发电机的智能监测头帽实施例二中所描述的基于摩擦发电机的智能监测头帽400，还包括:信号输出装置420。除此之外，基于摩擦发电机的智能监测头帽400除了上面所描述的结构之外，还包括监测电路410，监测电路410可设置于头帽本体的内部或外部。本领域技术人员还可根据实际需要对监测电路410的位置进行具体设置，此处不做限定。
[0043]其中，监测电路410包括:信号采集电路411、信号调理电路412、信号处理电路413和报警电路414。
[0044]信号采集电路411与至少一个摩擦发电机401连接，用于从动脉信号中获取心率的初始波形和从碰撞信号中获取碰撞的初始波形；信号调理电路412与信号采集电路411连接，用于从心率的初始波形中提取出心率的波形，分析得到心率的信号大小和频率，并从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;信号处理电路413与信号调理电路412连接，用于根据心率的信号大小和频率判断用户的心率是否出现异常情况，在出现异常情况时输出异常信号，并根据碰撞力的大小判断用户的受伤情况，根据用户的受伤情况输出异常信号，其中，异常情况可包括心率过慢或心率过快等。报警电路414与信号处理电路413连接，用于根据信号处理电路413输出的异常信号发出报警信号，报警信号可以是显示异常、声音提示、灯光报警和通过手机进行远程呼救中的一种或多种。
[0045]信号输出装置420与监测电路410之间的连接方式可以为无线连接方式或者有线连接方式。为了便于使用，优选地，信号输出装置420与监测电路410之间的连接方式为无线连接方式。具体地，信号输出装置420为显示装置(例如显示器)或移动终端设备(例如手机、平板电脑或笔记本电脑等)，与信号处理电路413连接，显示数据处理结果，并可对一定时间段的运动数据进行分析，得出运动体征评估报告，还可显示出用户是否受伤，如果经监测电路410监测得到用户已受伤，还可显示出用户具体的受伤情况。
[0046]图4b为本实用新型提供的监测设备实施例二的使用示意图，如图4b所示，当用户在进行棒球等可佩戴帽子的运动时，可佩戴本实用新型提供的基于摩擦发电机的智能监测头帽，该基于摩擦发电机的智能监测头帽中的至少一个摩擦发电机401设置于头帽本体402上，来自外部的动脉信号和碰撞信号能够触发至少一个摩擦发电机401的第一摩擦部件和第二摩擦部件接触摩擦，产生电信号。监测电路(图中未示出)对所产生的电信号进行采集与处理。图4b所示的信号输出装置420为手机，信号输出装置420可与监测电路无线连接，用于显示数据处理结果，并可对一定时间段的运动数据进行分析，得出运动体征评估报告，还可显示出用户是否受伤，如果经监测电路监测得到用户已受伤，还可显示出用户具体的受伤情况，从而实现对用户的实时监测。
[0047]本实用新型各实施例中，监测电路可以通过由各种分立器件组成的硬件电路来实现，而不依赖于软件。例如，信号调理电路包括滤波电路、放大电路、A/D转换器，信号处理电路可以为比较电路，报警电路可以为蜂鸣器报警。
[0048]本实用新型提供的上述基于摩擦发电机的智能监测头帽以及监测设备通过将至少一个摩擦发电机设置于头帽本体上，使来自外部的动脉信号和/或碰撞信号能够触发至少一个摩擦发电机接触摩擦，从而产生电信号，然后根据电信号计算并输出用户的生理信息和/或碰撞情况。相比于现有的监测设备，本实用新型提供的基于摩擦发电机的智能监测头帽以及监测设备具有结构简单、携带方便以及制作成本低的优势。
[0049]本实用新型中所提到的各种模块、电路均为由硬件实现的电路，虽然其中某些模块、电路集成了软件，但本实用新型所要保护的是集成软件对应的功能的硬件电路，而不仅仅是软件本身。
[0050]本领域技术人员应该理解，附图或实施例中所示的装置结构仅仅是示意性的，表示逻辑结构。其中作为分离部件显示的模块可能是或者可能不是物理上分开的，作为模块显示的部件可能是或者可能不是物理模块。
[0051]最后，需要注意的是:以上列举的仅是本实用新型的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本实用新型进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种基于摩擦发电机的智能监测头帽，其特征在于，包括:至少一个摩擦发电机和头帽本体;所述至少一个摩擦发电机设置于所述头帽本体上； 所述摩擦发电机包括:第一摩擦部件和第二摩擦部件;来自外部的动脉信号和/或碰撞信号触发所述第一摩擦部件和所述第二摩擦部件接触摩擦，产生电信号。2.根据权利要求1所述的基于摩擦发电机的智能监测头帽，其特征在于，所述至少一个摩擦发电机设置于所述头帽本体的外侧表面或内侧表面。3.根据权利要求1所述的基于摩擦发电机的智能监测头帽，其特征在于，所述头帽本体包括外表层和内表层； 所述至少一个摩擦发电机设置于所述外表层与所述内表层之间。4.根据权利要求1所述的基于摩擦发电机的智能监测头帽，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电极层，所述第一摩擦部件和/或所述第二摩擦部件还包括至少一个高分子聚合物绝缘层;所述第一摩擦部件和所述第二摩擦部件之间形成两个摩擦表面。5.根据权利要求1所述的基于摩擦发电机的智能监测头帽，其特征在于，所述第一摩擦部件和所述第二摩擦部件之间形成的两个摩擦表面中的至少一个表面上设置有微纳结构。6.根据权利要求1-5任一项所述的基于摩擦发电机的智能监测头帽，其特征在于，还包括:监测电路，所述监测电路设置于所述头帽本体的内部或外部。7.根据权利要求6所述的基于摩擦发电机的智能监测头帽，所述监测电路包括:信号采集电路、信号调理电路和信号处理电路； 所述信号采集电路与所述至少一个摩擦发电机连接，用于从动脉信号中获取心率的初始波形和/或从碰撞信号中获取碰撞的初始波形； 所述信号调理电路与所述信号采集电路连接，用于从所述心率的初始波形中提取出心率的波形，分析得到心率的信号大小和频率;和/或从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； 所述信号处理电路与所述信号调理电路连接，用于根据所述心率的信号大小和频率获取用户的心率情况;和/或根据所述碰撞力的大小判断用户的受伤情况。8.根据权利要求7所述的基于摩擦发电机的智能监测头帽，所述监测电路还包括:报警电路； 所述信号处理电路进一步用于根据所述心率的信号大小和频率判断用户的心率是否出现异常情况，在出现异常情况时输出异常信号;和/或根据所述碰撞力的大小判断用户的受伤情况，根据用户的受伤情况输出异常信号； 所述报警电路与所述信号处理电路连接，用于根据所述信号处理电路输出的异常信号发出报警信号。9.一种监测设备，其特征在于，包括权利要求7或8所述的基于摩擦发电机的智能监测头帽，还包括:信号输出装置。10.根据权利要求9所述的监测设备，其特征在于，所述信号输出装置为显示装置或移动终端设备。
【文档编号】A61B5/024GK205458652SQ201620034731
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月14日
【发明人】徐传毅
【申请人】纳智源科技（唐山）有限责任公司