专利名称：基于电化学电容器的液体检测装置、方法及纸尿裤的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测领域，尤其涉及一种基于电化学电容器的液体检测装置、方法及纸尿裤。
背景技术：
液体检测在人们日常生活中会经常接触到，例如在洗衣机、太阳能热水器、抽洗机、咖啡壶等家电设备中都需要用到水位检测、水位控制或水位报警。除此之外，液体检测还经常用于水湿报警、水浸报警、尿湿指示、尿湿报警，以及空气相对湿度检测等。液体检测通常包括检测所述液体(例如水)是否存在，存在量的多少，以及液面的高低、湿度的大小
坐寸o目前现有的液体检测技术主要是基于电阻式及电容式来进行的。请参照图I所示，这是现有技术的电阻式水位检测装置原理结构示意图。电阻式水位检测主要是通过金属电极检测水的导电性来实现。图中10为水溶液,水位高度为L，11、12分别为浸泡于水中的电极，一般采用不锈金属来担当，其中11为阳极，12为阴极。当在阳极11及阴极12之间加上一个电压时，这个电压通常会令水发生分解反应而产生电流，通过对所述电流的检测便可知道电极之间是否有水(或其它包含电解质的液体)的存在。采用上述电阻式水位检测方法一般只会知道电极之间是否有水的存在而很难确定水位的高低，因为水的电阻大小与水中包含的电解质(例如水溶性矿物质，或自来水消毒时残留的氯离子等)有关，电解质含量越高，水的导电能力就越强，这直接影响了水位检测的精确性。电阻式水位检测的另一个缺点是水中接通直流电会出现氧化还原电解反应，电解反应会造成阳极的侵蚀并加速水垢在电极上的沉积，令电极老化及污染水质。为了解决 这个问题，人们于是提出了电容式的水位检测方案。下面请再参照图2所示，这是现有技术的电容式水位检测装置原理结构示意图。电容式水位检测则是对电阻式水位检测的一个改进，主要是通过浸泡于水中的绝缘电极来实现水位的检测。图中20为水溶液，L为水位的高度，21、22为金属电极，25、26则为覆盖于金属电极上的绝缘涂层(通常为绝缘塑料或橡胶)。由于25、26的存在，金属电极21、22与水(或其它液体)之间没有直接的接触，因而也就不会有水的分解情况发生，金属电极会因此得到较好的保护，不会出现阳极氧化的情况。图中，金属电极21、22之间的电容量与水位L的高低有关，因为水的介电常数比空气介电常数大，水位越高金属电极21、22间的电容量就越大。但不管水位多高，金属电极21、22之间呈现的电容量始终都是很小的(通常在几皮法到几百皮法之间)，为了能实施对所述电容的检测，通常会将金属电极21、22与一个高频振荡器电路的输入端连接，金属电极21、22间的电容量越小，振荡频率就越高，通过对振荡频率的检测便可知道水位的高低状况了。图2展示的实际上是一个电介质电容器的结构，金属电极21、22上覆盖的绝缘涂层(例如油漆、塑胶、橡胶材料等)25、26，以及金属电极21、22之间存在的水及空气都是电介质，这种电介质电容器又称为非化学电容器(non chemical capacitor),因为其工作过程中没有牵涉到化学或电化学的过程。非化学电容器的特点是频率高、电容量小及无极性。而其最大不足就是电容量太小，特别是在低水位时容易有自激现象的出现，造成系统的不稳定。
上述两种技术用于纸尿裤的尿湿检测方面也会面对同样的问题电阻式检测无法检测尿湿的程度，而电容式检测对尿湿检测则很不可靠，因为人体的电容效应会大大干扰检测的结果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种使用稳定、测量精确的基于电化学电容器的液体检测装置、方法及纸尿裤。为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于电化学电容器的液体检测装置，包括
可与待测包含电解质的液体直接接触的两个电极；
电源装置，电气连接在所述电极之间，用于向由所述电极及所述待测液体组成的电化学电容器注入电流，并由此产生一个特定的偏置电压；以及
测量装置，电气连接在所述电极之间，用于在所述电源装置向由所述电极及所述待测液体组成的电化学电容器注入电流的过程中测量所述电极之间在所述特定偏置电压下的直流电容量，并根据所述电容量的大小判断所述待测液体是否与所述电极相接触、接触面积的大小和/或液位的高低。本发明还提供一种基于电化学电容器的液体检测方法，所述电化学电容器由两个电极及待测包含电解质的液体组成，所述电极均可与所述待测液体直接接触，所述液体检测方法包括以下步骤
向所述电极注入电流，并由此产生一个特定的偏置电压；
在向所述电极注入电流的过程中测量所述电极之间在所述特定偏置电压下的直流电容量；以及
根据所述电容量的大小判断所述待测液体是否与所述电极相接触、接触面积的大小和/或液位的高低。本发明还提供一种基于电化学电容器的尿湿检测装置，包括
尿液吸收装置，用于当发生尿湿时吸收尿液；
两条感应线，设置在所述尿液吸收装置上，均可与待测尿液直接接触；
电源装置，电气连接所述感应线之间，用于向由所述感应线及所述待测尿液组成的电化学电容器注入电流，并由此产生一个特定的偏置电压；以及
测量装置，电气连接所述感应线之间，用于在所述电源装置向由所述感应线及所述待测尿液组成的电化学电容器注入电流的过程中测量所述感应线之间在所述特定偏置电压下的直流电容量，并根据所述电容量的大小判断所述感应线区域尿湿状况。本发明还提供一种基于电化学电容器的尿湿护理用品，包括
尿液吸收装置，用于当发生尿湿时吸收尿液，所述尿液吸收装置包括干爽层、吸湿层和防漏层；
至少两条感应线，设置在所述尿液吸收装置上，均可与待测尿液直接接触；电源输入端，电气连接在所述感应线之间，作为向由所述感应线及所述待测尿液组成的电化学电容器注入电流并产生一个特定的偏置电压的端口；以及
电容测量端，电气连接在所述感应线之间，作为在通过所述电源输入端向由所述感应线及所述待测尿液组成的电化学电容器注入电流过程中测量所述感应线之间于所述特定偏置电压下的直流电容量，并根据所述电容量的大小判断所述感应线区域尿湿状况的端□。本发明还提供一种尿湿检测发讯器，可分离地连接在尿湿护理用品上，所述尿湿检测发讯器包括
电源装置，电气连接所述电源输入端，用于向由所述感应线及所述待测尿液组成的电化学电容器注入电流，并由此产生一个特定的偏置电压；以及
测量装置，电气连接所述电容测量端，用于在所述电源装置向由所述感应线及所述待 测尿液组成的电化学电容器注入电流的过程中测量所述感应线之间在所述特定偏置电压下的直流电容量，并根据所述电容量的大小判断所述感应线区域尿湿状况。本发明还提供一种基于电化学电容器的一次性纸尿裤，包括干爽层、吸湿层和防漏层，还包括
至少两条感应线，每条感应线均可与待测尿液直接接触；
电源输入端，设置在所述感应线上，作为向由所述感应线及所述待测尿液组成的电化学电容器注入电流并产生一个特定的偏置电压的端口 ；以及
电容测量端，设置在所述感应线上，作为在通过所述电源输入端向由所述感应线及所述待测尿液组成的电化学电容器注入电流过程中测量所述感应线之间于所述特定偏置电压下的直流电容量，并根据所述电容量的大小判断所述感应线区域尿湿状况的端口。本发明所提供的基于电化学电容器的液体检测装置、方法及纸尿裤，可实现精确可靠的液体检测或尿湿检测或尿湿程度检测，为相关的应用提供了全新及有效的解决方案。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I是现有技术的电阻式水位检测装置原理示意图。图2是现有技术的电容式水位检测装置原理示意图。图3是本发明实施例基于电化学电容器的液体检测装置原理示意图。图4是本发明实施例基于电解电容器的液体检测装置原理示意图。图5是本发明实施例基于超级电容器的液体检测装置原理示意图。图6是本发明实施例一基于电化学电容器的液体检测装置的结构示意图。图7是本发明实施例一中基于电化学电容器的液体检测装置液位/电容关系曲线图。图8是本发明实施例二基于电化学电容器的液体检测方法的流程示意图。
图9是本发明实施例二基于电化学电容器的液体检测方法的又一流程示意图。图10是本发明实施例三基于电化学电容器的湿度传感器的结构示意图。图11是本发明实施例三基于电化学电容器的湿度传感器的又一结构示意图。图12是本发明实施例四基于电化学电容器的尿湿护理用品体现为一次性纸尿裤的外观示意图。
图13是图12所示A-A向截面图。图14是本发明实施例五尿湿检测发讯器的结构示意图。图15是本发明实施例六包括尿湿护理用品及可分离的尿湿检测发讯器的尿湿检测装置的结构示意图。图16是本发明实施例七基于电化学电容器的尿湿检测方法的流程示意图。图17是本发明实施例八基于电化学电容器的尿湿检测装置的结构示意图。图18是本发明实施例八中一次性纸尿裤的等效尿湿线路示意图。图19是本发明实施例九基于电化学电容器的尿湿检测装置的结构示意图。图20是本发明实施例十包括尿湿护理用品及可分离的尿湿检测发讯器的尿湿检测装置的结构示意图。
具体实施例方式下面参考附图对本发明的优选实施例进行描述。本发明实施例对液体的检测基于电化学电容器(electro chemical capacitor)的原理。所谓电化学电容器，在这里是泛指工作中有电解液参与电容过程的电容器，例如电解电容器、超级电容器等。这些电容器主要由电容的阳极、阴极及电解液组成，并且所述的阳极、阴极直接与电解液相接触(浸泡于电解液中)，电解液参与了电容器的工作过程，其电容量比同等体积的非电化学电容器要大41个数量级，同时电化学电容器只适合工作于直流模式(或低频交流模式)，与非电化学电容器在材料及工作原理上有实质性区别。图3为本发明实施例基于电化学电容器的液体检测装置原理示意图。如图3所示，电解质溶液30 (待测液体)在实际应用中可为水溶液(例如水位检测)，也可以是尿液(例如在尿湿检测的应用中)，因为水(包括自来水、天然水)或尿液均包含有水溶性电解质，在装置中可担当电解液的角色。31为装置的阳极，32为装置的阴极，31、32可直接浸泡于液体30之中，从而组成了一个由阳极31、阴极32及电解液30组成的电化学电容器(或简称化学电容器)，所述电化学电容器包括电解电容器及双电层电容器(或称为超级电容器)。当在电极31、32之间加上一个特定的直流偏置电压时，31、32与液体30会产生一系列的电化学过程，并会在31、32之间呈现出一个比图2所示的传统电容式装置(指介质电容装置)要大得多的电容(电化学电容)效应来，使系统的工作更稳定可靠，同时还可使电极间呈现高直流阻抗特征，可有效防止电解反应出现及阳极的氧化侵蚀。下面分别通过图4和图5以电解电容器和超级电容器为例，说明在本发明实施例中，基于电化学电容器进行液体检测的原理。参照图4所示，这是本发明实施例基于电解电容器的液体检测装置原理示意图。本实施例以铝电解质电容器为例，图中40为电解质液体(待测液体，包括水溶液)，液位高度为L，41为经过阳极氧化处理(化成处理)的铝电极(作为电解电容器的阳极)，在阳极41上覆盖有一层金属氧化膜(氧化铝)43，所述氧化膜43具有单向导电性，当阳极电压为正，电解液40电压为负时，氧化膜具有绝缘性，其可承受的耐压值与氧化膜的厚度有关，大约为I. 2nm/V,即I. 2纳米的厚度可承受约I伏特的电压，I微米厚度的氧化膜则可承受高达800V的电压，在一般情况下，20纳米的厚度已经足够。图中42为液体检测装置的阴极，可用任何导电体组成，在实际应用中同样可用铝电极，至于是否经过化成处理都没有关系(如果阴极作了化成处理，则阴极上也会覆盖上一层氧化铝膜，但由于阴极的电位为负值，氧化铝膜的单向导电性不会影响阴极与电解质液体之间的导电性)。阴极42在装置中的作用是将外部施加的电压传递给电解液40，而电解液40在液体检测装置中是实际上的阴极。当在阳极、阴极41、42之间施加一个直流正向偏置电压时，由于金属氧化膜43在正向电压下呈绝缘性，这个电压便叠加在金属氧化膜43的两边，这时阳极41会产生一个正电荷层46,与正电荷层46相对应的电解液40上会形成一个负电荷层48，本实施例将所述的正、负两个电荷层简称为“双电层”。由于这个双电层的间距非常小(小于I微米)，因此电极41、42间呈现的电容值较图2所示的传统电介质电容式水位检测的电容值大3飞个数量级，这使得对电极间的电容检测更容易、更可靠并且不会出现自激现象。同时这个电容量与两电极的间距无关(只与金属氧化膜43的厚度有关)，这样在安装调试和使用上都会更加方便。电解电容器的阳极材料主要有金属铝及金属钽，其对应的金属氧化膜主要成分是三氧化二铝及五氧化二钽。铝是一种常用金属，用铝做电极比较符合成本效益。同时自然状态下的金属铝也有一层氧化膜，这个天然生成的氧化膜的击穿电压一般在I. 5V左右，如果电极工作电压(即施加的特定偏置电压)低于I. 5V，则所有的铝材料都可以作阳极来使用，这将大大方便应用。另外如果阴极也作了化成处理，则阴极也可作阳极来使用(这时原来的阳极就自动变为阴极)，这样应用时就不需要考虑极性的问题，这也会给使用者带来方便。请再参照图5所示，为本发明实施例基于超级电容器的液位检测装置原理示意图。图中50为电解液(待测液体，包括含电解质的水溶液)，液位高度为L，51、52分别为用特殊材料制成的阳极及阴极，当在阳极51及阴极52之间施加一个小于电解液50分解电压的电压值(对于水来说是小于1.23V)，这时电解液50中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动，并分别在两个电极的表面形成紧密的电荷层，即双电层(包括阳极侧的双电层56及阴极侧的双电层58)，它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似，从而产生电容效应，由于紧密的电荷层间距极小(小于I纳米)，从而产生极大的电容量(比常规电介质电容器大4-8个数量级(视乎不同的电极材料及处理工艺))，因此这个电容就被称为“超级电容”。对于超级电容(或称为双电层电容器)来说，电极材料是重要的，目前常用的超级电容器的电极材料主要有纯碳材料、碳复合材料、导电橡胶材料、金属氧化物以及水合物材料、金属复合材料、导电聚合物电极材料等，用这些材料制成电极通常有较大的表比面积， 因此可以产生更大的电容量。在本发明实施例中，电极之间的电容量在Iu广IOOOuF之间是较合适的，在这种情况下几乎所有的导电材料(不限于大表比面积的材料)都可以使用，只要控制电极之间的偏置电压不超过水解电压既可。例如，在实际应用中，可采用碳性导电油墨(或其它导电油墨)按需要印刷出所需的电极，在这种情况下，每平方厘米表面产生的双电层电容量大约在几微法至几十微法之间，这便可有效满足本发明实施例的应用要求。
在一般情况下，电解电容器及超级电容器都是有极性的(包括阳极及阴极)，但亦可制作成无极性的电解电容器及双电层电容器。在无极性电解电容器中，阳极及阴极都做了氧化处理，这样任一电极既可作为阳极使用，亦可作为阴极使用，这样会为应用带来方便。至于双电层电容器，更可以设计成无极性的，例如可用导电油墨印刷出两条一模一样的电极，每个电极既可以作为阳极，亦可作为阴极，这会给实际应用带来方便。上述关于阳极、阴极的分析可以看作为无极性电容的其中一种特定工作状态。实施例一:
下面再请参照图6所示，为本发明实施例一基于电化学电容器(包括电解电容器及超级电容器)的液体检测装置结构示意图。图中63所示为一液体装载容器，在实际应用中可以为锅炉、热水器、洗衣机、咖啡机的水箱，水箱中有电解液(例如水溶液)60。本实施例液体 检测装置(以基于电解电容器结构为例)包括阳极61、阴极62，电源装置68以及测量装置69。阳极61和阴极62浸泡于电解液60之中形成一个电化学电容器。如前所述,本发明实施例中对阳极和阴极的区分并无特殊要求，为方便应用，电化学电容器通常设计为无极性，这样任一电极既可作为阳极使用，亦可作为阴极使用。在本实施例及后续实施例中，为便于描述，将电极具体称为阳极或阴极，但应理解的是，这并不能视为是对阳极或阴极的限制。电源装置68包括有恒流输出装置，分别与阳极61及阴极62电气连接，向由阳极61和阴极62及电解液60组成的电化学电容器注入电流，并由此产生一个特定的偏置电压。如果电流从阳极61流入并从阴极62流出(即向阳极61注入正向电流)，则产生的特定的偏置电压为正向偏置电压，在此正向偏置电压下，阳极61端的液体界面上将生成一个间距极小的双电层，阳极61呈现大直流电阻特性。如果电流从阴极62流入并从阳极61流出(即向阳极61注入反向电流，或可视为释放电流)，则产生的特定的偏置电压为反向偏置电压，在此反向偏置电压下，阴极62端的液体界面上将生成一个间距极小的双电层，阴极62呈现大直流电阻特性。前述正向或反向电流系针对选定的阳极，由于电极61、62均可作为阳极，因此对于选定61为阳极时(1)电流从阳极61流入并从阴极62流出即是为阳极61注入正向电流；(2)电流从阴极62流入并从阳极61流出即是为阳极61注入反向电流。对于第(2)种情形，也可以认为相当于选定62为阳极，那么相对于“阳极62”而言，注入的即是正向电流。当然，注入电流或释放电流也与正向或反向有关，例如，对阳极61注入正向电流(电流从阳极61流入并从阴极62流出)则相当于从阴极62释放电流；反之，对阳极61注入反向电流(电流从阴极62流入并从阳极61流出)则相当于从阳极61释放电流。在电源装置68中还包括一个极性控制装置，用于控制恒流输出装置向阳极或阴极输出正向或反向的恒定电流，使阳极和阴极与所述待测液体组成的电化学电容器的偏置电压发生变化，以便于电容器电容量的反复测量。作为一种替代，电源装置68还包括放电装置，用于为阳极和阴极之间的电容提供放电回路，并通过放电回路调节电容器的偏置电压，以便于电容器电容量的反复测量。电气连接在电极61、62之间的便是测量装置69，测量装置69包括电压测量装置。为了测试两电极间的直流电容量，电源装置68会输出一个已知的恒定电流对电极间电容进行充电(或放电)，然后测量装置69便可在充电(或放电)过程中实现两极间的电容量测量，具体可采用c = q/v = I * t/v = I/(v/t)的测量公式，当电流为一恒定值时，电容量c与电容两端的电压变化率(v/t)成反比。在水位检测的实际应用中，充、放电电流可在0. IuA IOmA之间选择。本实施例的液体检测装置的电极间电容量c还与电解液60的电极接触面积成正t匕，也就是与电解液的液位高度L成正比。当图中的电解液低于LI位置时，电极与电解液之间无接触，这时电极间的电容量c接近零，测量装置69测量到的电压变化率接近无限大；当液位高于LI位置时，两电极间的电容量几乎是线性增长的，由此可通过对两电极间的电容量(或电压变化率)的测量来判断液位L的高低。由于电极间的电容量除与电解液的接触面积有关之外，还与电极材料及液体中的电解质含量有关，而电极长时间工作时其参数也可能会发生变化(例如受污染、结垢、老化等因素影响)。为了能对电容量c与液位高度L的关系进行校正，本实施例在电极61、62上均对应设置防液绝缘涂层(例如采用油漆、塑胶、橡胶等材料)，使电极在此处不与电解液直接接触，其中65为阳极上的绝缘涂层，66为阴极上的绝缘涂层。绝缘涂层65、66具有相同的宽度和相对高度差，并且当待测液体60的液面于绝缘涂层区域间变动时，阳极61和阴极62与待测液体60的实际接触面积保持不变。可以理解的是，本实施例中绝缘涂层也可单独 设置在阳极61或阴极62上。如图所示，当液位到达L2位置时两极间的电容量不会进一步增加(因为电极与电解液的接触面积没有增加)，可以通过这个现象判断液位是否到达L2的位置。这个做法的意义在于可对通过测量装置69计算得出的液位高度L进行校正，使L的计算值与实际数值相一致，从而使本实施例液体检测装置具有自动液体适应能力(适应不同电解质含量的液体)以及时间老化适应能力。如果对结果要求更精确，还可以在阳极61和/或阴极62上分隔设置多段绝缘涂层，使得可以在例如L3、L4位置上对液位进行进一步校正。图7是本发明实施例一中基于电化学电容器的液体检测装置液位/电容关系曲线图。图中横坐标L为液位(或水位)，纵坐标C为阳极及阴极间的电容量。当液位处于LO至LI之间时，由于液体和电极之间并无接触，因此化学电容不起作用，电极间只有空气介质电容的存在，由于这个电容量非常小，可忽略不计。当液位上升到LI位置后，电解液开始与电极接触，并产生化学电容效应，其电容量与液位成线性比例关系，液位越高电容量越大。但当液位上升到L2位置时，由于L2覆盖有防液(防水)绝缘层，液体与电极在这个位置上并无接触，因此电容量在L2的整个绝缘区间内均无变化，而本实施例液体检测装置正是利用这个特性来判断液位是否处于L2的区间位置。同样地，液位于L3、L4这两个绝缘区间内也不会令电极间的电容量发生变化，而在无绝缘层的区间内电容量的变化是呈线性上升的。根据这些特性，本实施例液体检测装置可以准确判断液体处于哪一个电极区间之内。进一步地，本实施例液体检测装置还可以利用这个结构特性对电容/液位的关系作进行校正，使液位的测量更加精确及可靠，这个结构原理可自动适应不同水质对电容量的影响，以及可有效消除电极老化对液体测量精度的影响。至于本实施例中电极材料，均可从前述分别以电解电容器和超级电容器为例，说明在本发明实施例中，基于电化学电容器进行液体检测的原理时提到的材料中选择。如果按电解电容器原理为例，则阳极材料选择可生成单向导电性金属氧化膜的金属材料，阴极材料为任意导电体，并且本实施例的特定偏置电压须小于金属氧化膜的击穿电压。如果按超级电容器原理为例，则阳极和阴极的材料为任意导电材料，其中包括但不限于以下其中一种碳纤维材料、纯碳材料、碳复合材料、碳性导电油墨材料、导电橡胶材料、金属氧化物以及水合物材料、金属复合材料、导电聚合物材料，并且本实施例的特定偏置电压须小于待测液体的分解电压。在本实施例的一个实际应用中，电极61、62为碳纤维电极，绝缘涂层绝缘油漆，其的宽度和非绝缘部分的宽度一致，均为2CM，电极上高度L1、L2、L3、L4分别为2CM、5CM、9CM、13CM。在容器63中以恒定速度注入自来水60，并测量电极间的电容CO、Cl、C2、C3分别约为0uF、20uF、40uF、60uF，证明两电极间的电容量与水位高度基本上成正比的。更换大小不同及性能不同的电极，C的数值会发生变化，数值范围在1UF 0. IF不等，这要比常规介质电容式水位检测的几PF到几百pF电容大41次方倍不等。这样使得电容量的测量更容易，液体的检测结果更准确。实施例二 :
对应于本发明实施例一的液体检测装置，本发明实施例二提供一种基于电化学电容器的液体检测方法，所述电化学电容器由两个电极及待测包含电解质的液体组成，所述电极 均可与所述待测液体直接接触，所述液体检测方法包括以下步骤
向所述电极注入电流，并由此产生一个特定的偏置电压；
在向所述电极注入电流的过程中测量所述电极之间在所述特定偏置电压下的直流电容量；以及
根据所述电容量的大小判断所述待测液体是否与所述电极相接触、接触面积的大小和/或液位的高低。具体步骤请参照图8所示
步骤S801为设置一个阳极，与包含电解质的液体(待测液体)之间无电介质分隔，可以直接与所述液体相接触；
步骤S802为设置一个阴极，所述阴极与所述液体之间无电介质分隔，所述阴极可以直接与所述液体相接触；
步骤S803为将所述的阳极及阴极固定于液体装载容器之内；
步骤S804为向所述液体装载容器注入所述液体；
步骤S805为于所述阳极及阴极中注入电流，所述电流从所述阳极流入并从所述阴极流出；
步骤S806为于所述阳极中建立起一个特定的正向偏置电压，所述偏置电压的建立是通过对所述阳极注入电流来实现的；
步骤S807为于所述阳极与所述液体的接触界面上生成一个双电荷层，其中所述阳极表面生成正电荷层，所述液体界面上生成负电荷层，所述正、负电荷层的间距不超过I微米，令所述阳极具备直流隔离能力并呈现大电容特性，这个双电层的生成是通过对所述阳极注入电流来实现的；
步骤S808为通过所述电流的注入令所述阳极与阴极之间的电容出现充电效应，并令所述阳极与阴极之间的电压发生变化；
步骤S809为检测所述阳极与阴极之间的电压变化率，并根据所述电压变化率计算出液位参数；
步骤S810为于所述阳极与阴极中注入反方向电流，或对所述阳极与阴极之间的电容实施放电处理，或等待一段电容自然放电时间，令所述液体检测功能可以重复进行。
作为对本实施例的进一步改进，请参照图9所示，在步骤S801、S802分别设置阳极、阴极时，增加步骤S901，即在阳极或阴极的特定位置上覆盖绝缘涂层。绝缘涂层可以单独设置在阳极或阴极上，也可以同时对应设置在阳极和阴极上。绝缘涂层使电极在此处不与电解液直接接触，并且当电解液的液面于绝缘涂层区域间变动时，阳极和阴极与电解液的实际接触面积保持不变。如此，在步骤S809检测电压变化率中，进一步包括步骤S902，于所述液体注入过程中连续测量所述阳极与阴极之间的电压变化率，当所述电压变化率由大向小发生突变时判断所述液体到达最低液面位置，当所述电压变化率不跟随所述液体的注入而改变时判断所述液体到达所述绝缘涂层位置；或于所述液体释放过程中连续测量所述阳极与阴极之间的电压变化率，当所述电压变化率不因液体释放而改变时判断所述液体处于所述绝缘涂层位置，当所述电压变化率从小向大发生突变时判断所述液体到达最低液面位置。而后增加步骤S903，根据所述于最低液面位置及绝缘层位置对在步骤S809中计算得到的液位参数进行校正。本实施例中，电流为恒定电流，特定的偏置电压小于待测液体的分解电压(当采用超级电容器原理时)，或小于阳极氧化膜的击穿电压(当采用电解电容器原理时)，电极特定材料可以为电化学电容器常用的阳极材料，包括以下其中一种材料或其组合碳纤维材料、纯碳材料、碳复合材料、碳性导电油墨材料、导电橡胶材料、金属氧化物以及水合物材料、金属复合材料、导电聚合物材料、铝材料、钽材料。在本发明实施例中，由于需要的电容量也不需要太大，因此除上述材料之外，几乎任何导电材料都可以用来构成本实施例的双电层电容器的电极，包括阳极及阴极。以上是本发明实施例于液位检测方面的应用。在实际应用中，本发明实施例还可应用于液体存在检测及湿度检测方面，例如检测墙壁、地面、物体表面或物体里面是否潮湿或水浸等。在这种情况下，可将检测所需的阳极、阴极制作成柔软的薄膜贴于检测位置上，只要阳极及阴极之间有潮湿便可令两电极之间的电容发生变化，检测电容的变化程度便可检测潮湿的面积或潮湿的程度。在这个应用中，既可以用铝箔来制作阳极及阴极，也可以采用碳性导电油墨印刷于亲水性薄膜(例如高分子聚乙烯醇PVA等)上作为化学电容的阳极及阴极制成湿度传感器以实现湿度的检测。
实施例三:
请参照图10所示，系本发明实施例三基于电化学电容器的湿度传感器的结构示意图。图中101、102为湿度传感器的两条感应线，同时也作为电化学电容器的阳极及阴极，并被配置于亲水性薄膜105之上，108则为电源装置及测量装置，当感应线101、102之间存在一个潮湿区100时，电源装置及测量装置108便可检测到直流电容的存在，电容越大，则说明潮湿的区域越大，或潮湿的程度越严重。感应线101、102可以是柔软性的铝箔材料，也可以采用碳性导电油墨直接印刷于亲水性薄膜105之上。为了使感湿效果更好，可以先将亲水性薄膜105于电解质液体(例如盐水)中浸泡然后再晒干使用，这样感湿传感器的灵敏度及可靠性会更佳。如图11所示，系本实施例基于电化学电容器的湿度传感器的又一结构示意图。图中115为经电解质液体浸泡晒干的亲水性薄膜，111、112为碳性导电油墨于115上印刷的感应线，可作为电化学电容器的阳极及阴极，而通过对111、112之间的直流电容的检测便可知道115的湿度。由于这个结构的两个电极间距很小，并且有较大的相对面积，因此感湿灵敏度会更高及更稳定，并可以作为空气相对湿度检测之用。与目前现有及最常用的感湿电阻式及交流电容式湿度检测技术相比，本实施例的直流电容式湿度传感器在湿度检测上具有更高的灵敏度(特别是于高湿度情况下)，以及更加省电(因为具有高直流电阻及无需振荡式检测线路)，可作为新一代湿度感应器件来使用。为了能检测上述湿度传感器的电容值，与传感器阳极及阴极连接的电源装置及测量装置是必不可少的，电源装置用于为阳极提供一个特定的偏置电压；而测量装置则用于在这个特定偏置电压下测量阳极及阴极间的直流电容量，并根据电容量的大小判断湿度的闻低。 上述的电源装置一般还包括恒流输出装置、极性控制装置或放电装置，可对阳极及阴极实施充、放电功能。而测量装置一般还包括电压测量装置，当恒流输出装置对阳极及阴极实施充、放电时，电压测量装置可得到阳极及阴极间的电压变化率，这个电压变化率与阳极及阴极间的电容量成反比，与亲水性薄膜的湿度成反比。特定的偏置电压一般设定小于水的分解电压，或小于电极金属氧化膜的击穿电压即可。阳极材料除了铝箔和碳性导电油墨外，其它电化学电容器的电极材料也是可用的(参前述实施例)，此处不再赘述。至于亲水性薄膜可采用高分子膜材料，例如聚乙烯醇(PVA)等。上述的湿度传感器除可用于潮湿检测及空气相对湿度检测之外，在现实生活中还特别适用于婴儿、老人的尿湿检测，在这些应用中尿液是被当作电解液来使用的。如此，湿度传感器则成为一种基于电化学电容器的尿湿检测装置，这样的尿湿检测装置包括尿液吸收物，用于当发生尿湿时吸收尿液；两条感应线，设置在尿液吸收物上，具体是设在与尿液吸收物相接触的薄膜上，每条感应线均可作为电化学电容器的阳极或阴极，均可与待测尿液直接接触；电源装置，电气连接在所述感应线之间，用于向由所述感应线及所述待测尿液组成的电化学电容器注入电流，并由此产生一个特定的偏置电压；测量装置，电气连接在所述感应线之间，用于在所述电源装置向由所述感应线及所述待测尿液组成的电化学电容器注入电流的过程中测量所述感应线之间在所述特定偏置电压下的直流电容量，并根据所述电容量的大小判断所述感应线区域尿湿状况。实施例四
结合本发明实施例一、二、三，可将液体检测(尿湿检测)技术应用到实际的产品当中，由此本发明实施例四提供一种基于电化学电容器的尿湿护理用品，这种尿湿护理用品可以是广义上的吸湿用卫生用品，包括尿裤、尿片、纸尿裤、纸尿片、一次性纸尿裤、一次性纸尿
坐/I寸o请参照图12所示，本发明实施例四基于电化学电容器的尿湿护理用品体现为一次性纸尿裤的外观示意图。一次性纸尿裤125 (也可以是多次性使用尿裤，或其它吸湿用品)上设置有尿湿感应线121、122，其同时可作为电化学电容器的阳极及阴极来使用。本实施例中，尿湿感应线为121作为阳极，尿湿感应线122作为阴极。这两条感应线可用柔软的铝箔材料来做(组成一个电解电容器)，也可以采用碳性导电油墨于纸尿裤上直接印刷出来(组成一个超级电容器)。图12中尿湿区域120横跨纸尿裤的阳极121及阴极122，作为电解液的尿液将阳极121、阴极122连在一起,组成了一个广义的电化学电容器。由于电化学电容器的电容量比传统电介质电容式检测的电容量大:T8个数量级(根据不同设置，在121、122间测量到的直流电容可以分别大于I微法、10微法或100微法)，因此可有效消除人体电容效应对尿湿检测的影响，使检测精度及可靠性都得到有效的保证，是一种有别于现有尿湿检测技术的全新的尿湿检测理论和实践模式。图13为图12所示A-A向截面图。如图所示，纸尿裤通常包括干爽层(也称为内层)133、吸湿层(也称为夹层)135和防漏层(也称为外层)138。干爽层为纸尿裤的最内层，当使用者尿失禁时，尿液可穿过干爽层为吸湿层所吸收，从而使干爽层得以保持干爽。防漏层 可以在吸湿层吸湿能力下降后防止尿液漏出。图12中分别作为阳极和阴极的感应线121、122在图13中显示的侧剖面标示为131，其被印刷在纸尿裤的防漏层138之上，在实际应用中也可以印刷在纸尿裤的干爽层133的下面，总之是能够与吸湿层135紧密接触的地方，以提高尿湿检测的可靠性。为了能给纸尿裤的阳极及阴极提供一个特定的偏置电压，以及可以有效测量阳极及阴极之间的直流电容(有别于现有技术的交流电容检测)，在阳极及阴极尿湿感应线中还必须设置一个电源输入端及电容测量端，以便与外部的电源装置及测量装置实施电气连接。电源输入端，电气连接在所述感应线之间，作为向由所述感应线及所述尿液组成的电化学电容器注入电流并产生一个特定的偏置电压的端口 ；电容测量端，电气连接在所述感应线之间，作为在通过所述电源输入端向由所述感应线及所述尿液组成的电化学电容器注入电流过程中测量所述感应线之间于所述特定偏置电压下的直流电容量，并根据所述电容量的大小判断所述感应线区域尿湿状况的端口。电源输入端及电容测量端在实际应用中可以有各种不同的设计，最简单的设计是采用一个夹子直接夹在阳极及阴极上面将信号引出以实现所述的功能，在这样的设计中纸尿裤的电源输入端及电容测量端就是阳极及阴极本身。如果需要其它电气连接方式，则要根据所需的方式来设计该电源输入端及电容测量端，这里不作详述。感应线的宽度设置需要考虑其本身电阻对测量电容量的影响。如果过窄，则其电阻较大，在注入的恒定电流维持不变的情况下，产生的偏置电压就会增大，有可能出现超过待测尿液分解电压或金属箔击穿电压，导致检测结果不准确；而如果减小注入的恒定电流，则充电时间将延长，导致检测周期过长。另外，感应线的宽窄还和纸尿裤的实际应用相关，如果过窄，电源输入端及电容测量端不易设置(如采用夹子会因太窄无法有效接触)；如果过宽，则会消耗更多的感应线材料(例如使用更多的导电油墨)，这会造成不必要的浪费。所以，经反复试验，在本发明实施例中(包括所有提到感应线的实施例)，感应线的宽度设置为4毫米到10毫米是合适的。由于纸尿裤具有柔软性，为了防止阳极及阴极短路，必须采用适当的方法来将电极分开，例如将阳极及阴极分开一定的距离印刷在(或贴在)纸尿裤的防漏层(外层)或干爽层(内层)上，在这里将分开阳极及阴极的物体统称为分隔物，例如图12中的128。由于尿湿护理用品常因尿湿而需更换，而电源装置及测量装置则可反复使用，因此本实施例的尿湿护理用品并未将电源装置及测量装置包括在内，而是将电源装置及测量装置设计为外接装置，通过电源输入端及电容测量端分别接入。这样做的好处在于可以避免不必要的浪费，降低成本，使用也更为方便。在家庭、医院等护理场所，只用为护理对象配备一套电源装置及测量装置，尿湿护理用品作为随时可更换的消耗品，使用时将二者电气插接即可。实施例五
下面请再参照图14所示，为本发明实施例五提供的与如本发明实施例四尿湿护理用品(一次性纸尿裤)配合使用的可分离的尿湿检测发讯器结构示意图。图中140为所述可分离的尿湿检测发讯器，该发讯器可通过连接机构143与纸尿裤上的阳极感应线141及阴极感应线142电气连接,亦可通过分离机构145与纸尿裤上的阳极感应线141及阴极感应线142电气分离。所述感应线141、142的信号在发讯器140内部被进一步与电源装置146及测量装置147电气连接，其检测结果(尿湿数据或尿湿报警信号)则最终通过输出装置148进行输出。在电源装置146中包括有恒流输出装置，可以用于向纸尿裤的阳极141注入(或释 放)电流，并由此产生一个特定的偏置电压。电源装置146进一步包括极性控制装置或放电装置，其中，极性控制装置用于控制所述恒流输出装置向所述电极输出正向或反向的恒定电流；放电装置则用于为所述电极之间的电容提供放电回路，并通过所述放电回路调节所述电容器的偏置电压。本实施例中，极性控制装置和放电装置的目的均是为所述电容器电容量的反复测量提供方便。测量装置147用于测量由纸尿裤阳极、阴极及尿液组成的化学电容器的电容值，并根据这个电容值来判断纸尿裤是否被尿湿，以及尿湿的程度。测量装置147中包括有电压测量装置，所述的恒流输出装置对纸尿裤阳极及阴极进行充、放电操作时(在实际应用中，纸尿裤的尿湿检测充放电电流可在50nA飞OuA之间选择)，电压测量装置可检测电极间的电压变化率，检测到的电压变化率与纸尿裤阳极及阴极间的电容量成反比，与尿液及电极接触面积成反比。实施例六:
如图15所示，本发明实施例六提供一种包括尿湿护理用品及可分离的尿湿检测发讯器的尿湿检测装置结构示意图。图中155为纸尿裤，151、152为设置于纸尿裤上的阳极及阴极感应线(简称阳极及阴极)，150为尿湿区域，而158为可分离的尿湿检测发讯器，这些结构组成与图12 14基本上是一致的。本实施例要表达的是可将基于电化学电容器的尿湿检测系统分为两个部分，第一部分包括了前述的阳极、阴极、电源输入端、电容测量端、尿液吸收物、分隔物等部分，这些部分被称为尿湿护理用品，包括广义上的吸湿用卫生用品，例如尿裤、尿片、纸尿裤、纸尿片、一次性纸尿裤、一次性纸尿片，或其它一次性吸湿用卫生用品。而第二部分则包括了可对上述一次性尿湿护理用品的尿湿感应电极施加特定偏置电压，以及对两电极间的电容进行充、放电，并在充、放电过程中实施对电容的检测，并得到尿湿程度的数据，以及将尿湿信号/数据进行输出的装置。在本实施例中，第一部分为一次性用品，用后即弃；第二部分为多次性使用，可以与不同的一次性尿湿护理用品配合使用。因此第一部分与第二部分是可以相互组合与分离的，以提高产品使用的灵活性和成本上的经济性。实施例七:
下面请再参照图16所示，为本发明实施例七基于电化学电容器的尿湿检测方法流程图，该方法包括以下步骤
步骤S161为设置一个阳极，所述阳极由特定材料组成，与尿液之间无电介质分隔，可以直接与所述尿液相接触；
步骤S162为设置一个阴极，所述阴极与尿液之间无电介质分隔，所述阴极可以直接与所述尿液相接触；
步骤S163为采用分隔物将所述阳极与阴极进行分隔及固定，防止所述阳极及阴极之间短路；
步骤S164为将尿液吸收物铺设于所述阳极及阴极上，用于吸收尿液并使所述尿液与所述阳极及阴极具有良好的接触；
步骤S165为于所述阳极及阴极中注入电流，所述电流从所述阳极流入并从所述阴极流出；
步骤S166为于所述阳极中建立起一个特定偏置电压，所述特定偏置电压的建立是通 过对所述阳极注入电流来实现的；
步骤S167为于所述阳极与所述尿液的接触界面上生成一个双电荷层，其中所述阳极表面生成正电荷层，所述尿液界面上生成负电荷层，所述正、负电荷层的间距不超过I微米，所述阳极在特定偏置电压下具备直流隔离能力并呈现大电容特性，这个双电层的生成是通过对所述阳极注入电流来实现的；
步骤S168为通过所述电流的注入令所述阳极与阴极之间的电容出现充电效应，并令所述阳极与阴极之间的电压发生变化；
步骤S169为检测所述阳极与阴极之间的电压变化率，并根据所述电压变化率判断所述阳极及阴极之间是否有尿液存在，以及尿湿的程度；
步骤S16A于所述阳极及阴极中注入反方向电流，或对所述阳极及阴极间的电容进行放电处理，或等待一段电容自然放电时间，令所述尿湿检测功能可以重复进行。实施例八:
请再参照图17所示，这是本发明实施例八基于电化学电容器的尿湿检测装置结构示意图。与图12所示实施例四相似，本实施例中，一次性纸尿裤175 (也可以是多次性使用尿裤，或其它吸湿用品)上设置有尿湿感应线171、172，其同时可作为电化学电容器的阳极及阴极来使用。本实施例中，尿湿感应线为171作为阳极，尿湿感应线172作为阴极。这两条感应线可用柔软的铝箔材料来做(组成一个电解电容器)，也可以采用碳性导电油墨于纸尿裤上直接印刷出来(组成一个超级电容器)。尿湿感应线171、172设有电源输入端和电容测量端，分别与数字化尿湿检测发讯器178相连接而实现前述的尿湿检测功能。尿湿检测发讯器178的结构、原理、功能均与实施例五、六相同。本实施例与图12所示实施例四不同的是，在图17中包括有两个尿湿区域，分别为170A及170B，170A及170B均横跨纸尿裤的阳极171及阴极172，作为电解液的尿液可通过所述尿湿区域将阳极、阴极尿湿感应线171、172联系起来，组成一个广义上的化学电容器。相较于实施例四，本实施例的一次性纸尿裤不但可以实现数字化尿湿程度的检测，同时还可以实现尿湿位置的检测。图17中170B比170A离尿湿检测发讯器178更远，也就是说尿湿检测发讯器的充电及放电电流要流经更长的尿湿感应线才能到达170B的尿湿位置，由于尿湿感应线本身有电阻(特别是由碳性导电油墨印刷生成的导电感应线)，从尿湿检测发讯器178端看过去的直流阻抗对不同位置的尿湿是不同的，这就有可能通过对回路电阻的检测来判断尿湿的位置。
图18所示为本实施例一次性纸尿裤的等效尿湿线路示意图。图中C170A、C170B分别为尿湿区域170AU70B于尿湿感应线171、172之间生成的等效尿湿电容(假设其电容量分别为Ca及Cb)，而R171A、R172A分别为尿湿检测发讯器178与尿湿区域170A之间的尿湿感应线的等效电阻，R171B、R172B分别为尿湿区域170A与尿湿区域170B之间的尿湿感应线的等效电阻。至于尿湿检测发讯器端与尿湿区域170B间的等效电阻则分别为(R171A+R171B)及(R172A+R172B)。如果以充放电回路的总电阻值来看，则对C170A充放电的回路总电阻为Ra=R171A+R172A，而对C170B充放电的回路总电阻为Rb = R171A + R172A+ R171B + R172B。
假设尿湿检测发讯器178在电容C170A、C170B的初始电压值为Vl时分别对C170A、C170B实施恒流充电操作，以及在电容C170A、C170B初始电压值为V2时分别对C170A、C170B实施恒流放电操作。假设充放电的电流为I，充放电时间为t，则有计算结果如表一、表二所不
表一尿湿检测发讯器分别对C170A和C170B实施恒流充电的参数及计算结果一览表
尿湿区域I尿湿电容I回路电阻I初始电压I充电过程中的电压 I电压变化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 尿湿检测发讯器分别对C170A和C170B实施恒流放电的参数及计算结果一览表
尿湿区域I尿湿电容I回路电阻I初始电压I充电过程中的电压 I电压变化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
从表一、表二中可以看到，不管尿湿发生的区域是170A还是170B，在充、放电时电极两
端产生的电压变化率与尿湿电容(尿湿面积)成反比而与尿湿位置(回路电阻)无关，但可以
通过对尿湿电容充放电瞬间(t=0)的电压突变值(I*Ra、I*Rb，或-I*Ra、_I*Rb)来计算回路
的电阻(Ra、Rb)，然后可根据这个回路电阻计算出尿湿发生的位置信息，因为尿湿位置(与
尿湿检测发讯器的距离)与回路电阻成正比。本实施例的一个典型应用如下尿湿感应线171、172采用碳性导电油墨于PE (聚乙烯)膜上进行凹版印刷而成，其长度为900mm，宽度为8mm，由171、172构成的回路总电阻为lOOKohm。在实际尿湿测试中，可测量到回路电阻Ra为25Kohm，Rb为75Kohm，C170A(Ca)及C170B (Cb)分别约为100uF。在实际测试中Vl为0V，I采用IuA恒流，对于尿湿区域107A进行测试的结果为充电瞬间电压突变值(I*Ra)为25mV，恒流充电过程中的电压为25+10*t (mV),电压变化率为10mV/S ;而对于尿湿区域107B进行测试的结果为充电瞬间电压突变值(I*Rb)为75mV，恒流充电过程中的电压为75+10*t (mV),电压变化率为10mV/S。根据上述情况可以判断尿湿区域170A约位于尿湿感应线的25%处，而170B约位于尿湿感应线的75%处，170A与170B的大小相当，尿湿面积约为整个纸尿裤区域的25%。上述测量的尿湿感应线间的电容量从几十UF到几百UF不等。通过更换尿湿感应线的电极材料(根据前述的“电极材料”选择范围)及改变其宽度/长度/间距，测量到的电容量可以在Iu广0. IF之间变化，这要比常规介质电容式尿湿检测的几十pF到几百pF的电容大31次方倍不等。实施例九
请再参照图19所示，为本发明实施例九基于电化学电容器的尿湿检测装置的结构示意图。图中193为纸尿裤的干爽层，195为纸尿裤的吸湿层，198为纸尿裤的防漏层，在防漏层上印刷有两条尿湿感应线191、192，其中191充当阳极，192充当阴极，尿液190从干爽层193进入形成干爽层尿湿区域190A，并进而穿过干爽层进入吸湿层195形成吸湿层尿湿区域190B，最后透过吸湿层进入防漏层198形成防漏层尿湿区域190C，然后尿湿区域190C与尿湿感应线191、192组成一个可实现尿湿检测的化学电容器，这些和前述的本发明实施例八的情形是相似的。与本发明实施例八不同的地方在于，本实施例的干爽层193上也设置有两条尿湿感应线，分别为196及197，这两条感应线也可以与尿湿区域190A组成另外一个化学电容器，在这个化学电容器中196充当电容器的阳极，197充当电容器的阴极，190A中的尿液为电容器的电解液，这样便可以在纸尿裤的干爽层193上也实现尿湿程度的检测。在同一纸尿裤的不同层上实现尿湿状况的检测具有不同的检测效果和意义。由于尿湿发生的过程是先经过干爽层进入吸湿层，然后再到达防漏层的，于是在干爽层上的尿湿检测便能更快检测到尿湿的发生。然而在干爽层上实现尿湿检测的意义远不止如此，由于在尿失禁发生过程中干爽层检测到的电容量是比较大的(因为尿液直接淋在干爽层的尿湿感应线上)，而当尿失禁过程结束后，由于吸湿层的作用，尿液被锁定在吸湿层上，这时干爽层会变得较为干爽，因此检测到的电容量会比尿失禁发生过程中的数值为小。根据这个特点，干爽层上的尿湿检测还可以用来实现尿失禁过程的检测，包括失禁何时发生，失禁历时的长短，并由此可记录尿失禁发生的次数、时间及估算排尿量。除此之外，根据不同层上的尿湿程度检测还可以得到更多有关纸尿裤状况的信息。例如将干爽层尿湿发生时间、程度与防漏层尿湿发生时间、程度相比较，便可以分析纸尿裤的吸湿能力如何，以及分析排尿量是否已接近或超过了纸尿裤的吸湿能力。例如当干爽层记录到尿湿而防漏层检测不到尿湿时，证明纸尿裤的尿湿状况轻微；当失禁过程停止后干爽层的尿湿电容很快由大变小，证明纸尿裤的吸湿能力很强；当尿失禁过程停止后干爽层的尿湿电容变小速度变慢，并且防漏层开始变得越来越湿时，说明尿液正逐步积累于吸湿层并接近饱和；当干爽层和防漏层同时变得很湿时，说明纸尿裤的吸尿量已达到或超过了纸尿裤的吸湿能力。上述这些数据对纸尿裤的尿湿情况判断具有很重要的作用。在纸尿裤干爽层上设置尿湿感应线的另一个意义在于实现大便排泄物的检测。这个检测的机理是基于大便缺乏流动性，会较长久沾在干爽层上，使干爽层的尿湿电容增大并且保持较长的时间，在这种情况下就需要提示护理人员尽早更换纸尿裤了。这个检测功能对于婴儿大便检测更为有效，因为婴儿的排泄物较为湿润，更易沾在干爽层上，出现检测错误的机会也更小。如果要更准确检测整个纸尿裤的状态，还可以在纸尿裤的吸湿层上设置尿湿感应线，及于各层上设置多条(而不仅是两条)尿湿感应线，以及将不同感应线分别组合来实现更多样化的尿湿检测。例如将191作阳极，197作阴极于纸尿裤的干爽层与防漏层间实现尿湿检测，以及将196作阳极，192作阴极进行检测等，不同感应线之间的尿湿检测具有一些不同的效果及意义。例如，在图19中尿液是从干爽层193通过吸湿层195流向防漏层198的，每两条感应线之间的电容值有不同的含义。例如196/197呈大电容而191/192呈小电 容证明尿只湿了纸尿裤的表面；而如果196/197及191/192之间都呈现大电容，则证明纸尿裤上下都湿透了。另外如果197/191呈大电容而196/192呈小电容，则说明只湿了一边。要留意的是，在实施例中，每一条尿湿感应线都可以作为电容器的阳极或阴极来使用，当作为阳极使用时，将会对阳极注入正向电流，以此类推。实施例十:
下面请再参照图20所示，本发明实施例十提供一种包括尿湿护理用品及可分离的尿湿检测发讯器的尿湿检测装置结构示意图。这是对前述图15所示实施例六的一个扩展和补充。图中205为纸尿裤，在205中有复数条尿湿感应线(这里具体为4条)，尿湿感应线201,202设置于纸尿裤防漏层上，其中201充当阳极，202充当阴极(或反之)。图中200为尿湿区域，而208为可分离的尿湿检测发讯器，这些结构组成与前述的图15基本上是一致的，可参考图15的相关描述。而与图15不同的地方是图20中除了防漏层上的尿湿感应线201,202之外，还包括了干爽层上的尿湿感应线206、207，以及在尿湿检测发讯器中包括有 尿湿程度检测单元、尿湿位置分析单元、大小便判别单元，可实现尿湿程度、尿湿位置的检测及大小便的判断，有关功能描述可参考图12 19的相关描述。除此之外，图20还包括有4个连接端子(作电源输入端及电容测量端)，分别为201A、206A、202A、207A，可分别与纸尿裤上的4条尿湿感应线201、206、202、207相连接，实现201与202之间，以及206与207之间的尿湿电容检测。为了使系统具有更强的尿湿检测功能，208内部还包括有尿湿感应线切换矩阵单元，可以切换任意两条感应线，供测量装置测量所述感应线之间的直流电容量，例如防漏层的201与干爽层的206之间，以及干爽层的207与防漏层的202之间的尿湿电容等，实现立体化的尿湿检测功能，使尿湿检测更为精确及可靠。同样地，在图20中每一条尿湿感应线都可根据需要用作电容器的阳极或阴极来使用。需要说明的是，在前述本发明各实施例中，“尿湿状况”为一概括性用语，其包括是否发生尿湿、尿湿发生的时间、尿湿的面积、尿湿的位置、尿湿的程度等各种情形，并且随装置的不同结构反映出来的具体尿湿情形也有所不同。例如，在实施例四 七中，尿湿状况为是否发生尿湿以及尿湿程度；实施例八中尿湿状况则增加了尿湿位置；实施例九中尿湿状况更包括尿湿发生的时间及长短、尿湿发生的次数、排尿量等。以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
权利要求
1.ー种基于电化学电容器的液体检测装置，其特征在于，包括 可与待测包含电解质的液体直接接触的两个电极； 电源装置，电气连接在所述电极之间，用于向由所述电极及所述待测液体组成的电化学电容器注入电流，并由此产生ー个特定的偏置电压；以及 測量装置，电气连接在所述电极之间，用于在所述电源装置向由所述电极及所述待测液体组成的电化学电容器注入电流的过程中測量所述电极之间在所述特定偏置电压下的直流电容量，并根据所述电容量的大小判断所述待测液体是否与所述电极相接触、接触面积的大小和/或液位的高低。
2.根据权利要求I所述的液体检测装置，其特征在干， 作为阳极的电极材料为可生成单向导电性金属氧化膜的金属材料； 作为阴极的电极材料为导电体； 所述特定的偏置电压小于所述金属氧化膜的击穿电压。
3.根据权利要求2所述的液体检测装置，其特征在于，作为阴极的电极材料为可生成单向导电性金属氧化膜的金属材料。
4.根据权利要求2或3所述的液体检测装置，其特征在于，所述金属材料为经过化成处理的铝或钽。
5.根据权利要求I所述的液体检测装置，其特征在干， 所述电极的材料均为以下其中ー种碳纤维材料、纯碳材料、碳复合材料、碳性导电油墨材料、导电橡胶材料、金属氧化物以及水合物材料、金属复合材料、导电聚合物材料； 所述特定的偏置电压小于所述待测液体的分解电压。
6.根据权利要求1-3任一项所述的液体检测装置，其特征在于，所述电极表面设置绝缘涂层，使所包裹的电极部分不与所述待测液体接触，并且当所述待测液体的液面于所述绝缘涂层区域间变动时，所述电极与所述待测液体的实际接触面积保持不变。
7.根据权利要求6所述的液体检测装置，其特征在于，所述测量装置还用于 在所述待测液体注入过程中连续测量所述电极之间的电压变化率，当所述电压变化率由大向小发生突变时判断所述液体到达最低液面位置，当所述电压变化率不跟随所述液体的注入而改变时判断所述液体到达所述绝缘涂层位置；或 在所述待测液体释放过程中连续测量所述电极之间的电压变化率，当所述电压变化率不因液体释放而改变时判断所述液体处于所述绝缘涂层位置，当所述电压变化率从小向大发生突变时判断所述液体到达最低液面位置。
8.根据权利要求I所述的液体检测装置，其特征在于，所述测量装置进ー步包括 电压测量装置，用于在所述电源装置向由所述电极及所述待测液体组成的电化学电容器注入电流的过程中測量所述电极之间的电压变化率；以及 计算装置，用于根据所述电压变化率计算所述电极之间在所述特定偏置电压下的直流电容量。
9.根据权利要求I所述的液体检测装置，其特征在于，所述电源装置进ー步包括恒流输出装置，用于向所述电极注入正向或反向的恒定电流。
10.根据权利要求9所述的液体检测装置，其特征在于，所述电源装置还包括 极性控制装置，用于控制所述恒流输出装置向所述电极注入正向或反向的恒定电流，使由所述电极与所述待测液体组成的电化学电容器的偏置电压发生变化，以便于所述电容器电容量的反复测量；或 放电装置，用于为所述电极之间的电容提供放电回路，并通过所述放电回路调节所述电容器的偏置电压，以便于所述电容器电容量的反复测量。
11.ー种基于电化学电容器的液体检测方法，所述电化学电容器由两个电极及待测包含电解质的液体组成，所述电极均可与所述待测液体直接接触，所述液体检测方法包括以下步骤 向所述电极注入电流，并由此产生ー个特定的偏置电压； 在向所述电极注入电流的过程中測量所述电极之间在所述特定偏置电压下的直流电容量；以及 根据所述电容量的大小判断所述待测液体是否与所述电极相接触、接触面积的大小和/或液位的高低。
12.根据权利要求11所述的液体检测方法，其特征在干，向所述电极注入电流具体包括 控制电流从作为阳极的电极流入并从作为阴极的电极流出，产生特定的正向偏置电压；或 控制电流从作为阴极的电极流入并从作为阳极的电极流出，产生特定的反向偏置电压。
13.根据权利要求11所述的液体检测方法，其特征在于，在向所述电极注入电流的过程中測量所述电极之间在所述特定偏置电压下的直流电容量具体包括 在向所述电极注入电流的过程中測量所述电极之间在所述特定偏置电压下的电压变化率； 根据所述电压变化率计算所述直流电容量。
14.根据权利要求11所述的液体检测方法，其特征在于，还包括步骤 向所述电极注入反方向电流，或对所述电极之间的电容实施放电处理，或等待一段电容自然放电时间，使所述液体检测方法可以重复进行。
15.根据权利要求11所述的液体检测方法，其特征在于，还包括步骤 在所述电极上设置绝缘涂层，使所包裹的电极部分不与所述待测液体接触，并且当所述待测液体的液面于所述绝缘涂层区域间变动时，所述电极与所述待测液体的实际接触面积保持不变。
16.根据权利要求15所述的液体检测方法，其特征在于，还包括步骤 于所述液体注入过程中连续测量所述电极之间的电压变化率，当所述电压变化率由大向小发生突变时判断所述液体到达最低液面位置，当所述电压变化率不跟随所述液体的注入而改变时判断所述液体到达所述绝缘涂层位置；或 于所述液体释放过程中连续测量所述电极之间的电压变化率，当所述电压变化率不因液体释放而改变时判断所述液体处于所述绝缘涂层位置，当所述电压变化率从小向大发生突变时判断所述液体到达最低液面位置。
17.ー种基于电化学电容器的尿湿检测装置，其特征在于，包括 尿液吸收装置，用于当发生尿湿时吸收尿液；两条感应线，设置在所述尿液吸收装置上，均可与待测尿液直接接触； 电源装置，电气连接所述感应线之间，用于向由所述感应线及所述待测尿液组成的电化学电容器注入电流，并由此产生ー个特定的偏置电压；以及 測量装置，电气连接所述感应线之间，用于在所述电源装置向由所述感应线及所述待测尿液组成的电化学电容器注入电流的过程中測量所述感应线之间在所述特定偏置电压下的直流电容量，并根据所述电容量的大小判断所述感应线区域尿湿状況。
18.根据权利要求17所述的尿湿检测装置，其特征在干， 所述作为阳极的感应线材料为可生成单向导电性金属氧化膜的柔性金属箔材料； 所述作为阴极的感应线材料为导电体； 所述特定的偏置电压小于所述金属氧化膜的击穿电压。
19.根据权利要求18所述的尿湿检测装置，其特征在于，所述作为阴极的感应线材料为可生成单向导电性金属氧化膜的柔性金属箔材料。
20.根据权利要求18或19所述的尿湿检测装置，其特征在于，所述柔性金属箔材料为柔性铝箔或柔性钽箔。
21.根据权利要求17所述的尿湿检测装置，其特征在干， 所述感应线的材料为以下其中ー种碳纤维材料、纯碳材料、碳复合材料、碳性导电油墨材料、导电橡胶材料、金属氧化物以及水合物材料、金属复合材料、导电聚合物材料； 所述特定的偏置电压小于所述待测尿液的分解电压。
22.根据权利要求17所述的尿湿检测装置，其特征在于，所述电源装置进ー步包括恒流输出装置，用于向所述感应线注入正向或反向的恒定电流。
23.根据权利要求22所述的尿湿检测装置，其特征在于，所述电源装置还包括 极性控制装置，用于控制所述恒流输出装置向所述感应线注入正向或反向的恒定电流，使由所述感应线与所述待测液体组成的电化学电容器的偏置电压发生变化，以便于所述电容器电容量的反复测量；或 放电装置，用于为所述感应线之间的电容提供放电回路，并通过所述放电回路调节所述电容器的偏置电压，以便于所述电容器电容量的反复测量。
24.根据权利要求17所述的尿湿检测装置，其特征在于，所述测量装置进ー步包括 电压测量装置，用于在所述电源装置向由所述感应线及所述待测液体组成的电化学电容器注入电流的过程中測量所述感应线之间的电压变化率；以及 计算装置，用于根据所述电压变化率计算所述感应线之间在所述特定偏置电压下的直流电容量。
25.根据权利要求17所述的尿湿检测装置，其特征在于，还包括 连接机构，用于使所述电源装置及測量装置与所述感应线电气连接；以及 分离机构，用于使所述电源装置及測量装置与所述感应线电气分离。
26.ー种基于电化学电容器的尿湿护理用品，其特征在于，包括 尿液吸收装置，用于当发生尿湿时吸收尿液，所述尿液吸收装置包括干爽层、吸湿层和防漏层； 至少两条感应线，设置在所述尿液吸收装置上，均可与待测尿液直接接触； 电源输入端，电气连接在所述感应线之间，作为向由所述感应线及所述待测尿液组成的电化学电容器注入电流并产生ー个特定的偏置电压的端ロ；以及 电容测量端，电气连接在所述感应线之间，作为在通过所述电源输入端向由所述感应线及所述待测尿液组成的电化学电容器注入电流过程中測量所述感应线之间于所述特定偏置电压下的直流电容量，并根据所述电容量的大小判断所述感应线区域尿湿状况的端□。
27.根据权利要求26所述的尿湿护理用品，其特征在于，所述感应线的材料为柔性铝箔，所述特定偏置电压小于所述柔性铝箔经化成处理生成的氧化膜的击穿电压。
28.根据权利要求26所述的尿湿护理用品，其特征在于，所述感应线的材料为碳性导电油墨，所述特定偏置电压小于所述尿液的分解电压。
29.根据权利要求26所述的尿湿护理用品，其特征在于，所述感应线均设置在所述干爽层、吸湿层和防漏层中的同一层上。
30.根据权利要求26所述的尿湿护理用品，其特征在于，所述感应线为四条，其中两条设置在所述干爽层上，另两条设置在所述防漏层上。
31.根据权利要求26所述的尿湿护理用品，其特征在于，所述感应线中至少有一条与其余感应线分别设置在所述干爽层、吸湿层和防漏层中的不同层上。
32.根据权利要求26所述的尿湿护理用品，其特征在于，所述作为阳极和阴极的感应线之间设置有分隔物，用以防止所述感应线之间发生短路。
33.根据权利要求26-32任一项所述的尿湿护理用品，其特征在于，所述尿液吸收装置为纸尿裤、纸尿片或纸尿垫。
34.ー种尿湿检测发讯器，其特征在于，其可分离地连接在如权利要求26-32任ー项所述的尿湿护理用品上，所述尿湿检测发讯器包括 电源装置，电气连接所述电源输入端，用于向由所述感应线及所述待测尿液组成的电化学电容器注入电流，并由此产生ー个特定的偏置电压；以及 測量装置，电气连接所述电容測量端，用于在所述电源装置向由所述感应线及所述待测尿液组成的电化学电容器注入电流的过程中測量所述感应线之间在所述特定偏置电压下的直流电容量，并根据所述电容量的大小判断所述感应线区域尿湿状況。
35.根据权利要求34所述的尿湿检测发讯器，其特征在干，所述电源装置进ー步包括恒流输出装置，用于向所述感应线注入正向或反向的恒定电流。
36.根据权利要求35所述的尿湿检测发讯器，其特征在于，所述电源装置还包括 极性控制装置，用于控制所述恒流输出装置向所述感应线注入正向或反向的恒定电流，使所述感应线与所述待测液体组成的电化学电容器的偏置电压发生变化，以便于所述电容器电容量的反复测量；或 放电装置，用于为所述感应线之间的电容提供放电回路，并通过所述放电回路调节所述电容器的偏置电压，以便于所述电容器电容量的反复测量。
37.根据权利要求34所述的尿湿检测发讯器，其特征在于，所述测量装置进ー步包括 电压测量装置，用于在所述电源装置向由所述感应线及所述待测液体组成的电化学电容器注入电流的过程中測量所述感应线之间的电压变化率；以及 计算装置，用于根据所述电压变化率计算所述感应线之间在所述特定偏置电压下的直流电容量。
38.根据权利要求34所述的尿湿检测发讯器，其特征在于，还包括 连接机构，用于使所述电源装置及測量装置与所述感应线电气连接；以及 分离机构，用于使所述电源装置及測量装置与所述感应线电气分离。
39.根据权利要求34所述的尿湿检测发讯器，其特征在于，还包括输出装置，用于输出尿湿状况的检测結果。
40.根据权利要求34所述的尿湿检测发讯器，其特征在于，还包括感应线切换单元，用于切换任意两条感应线，供所述测量装置測量所述感应线之间的直流电容量。
41.ー种基于电化学电容器的纸尿裤，包括干爽层、吸湿层和防漏层，其特征在于，还包括 至少两条感应线，每条感应线均可与待测尿液直接接触； 电源输入端，设置在所述感应线上，作为向由所述感应线及所述待测尿液组成的电化学电容器注入电流并产生ー个特定的偏置电压的端ロ ；以及 电容测量端，设置在所述感应线上，作为在通过所述电源输入端向由所述感应线及所述待测尿液组成的电化学电容器注入电流过程中測量所述感应线之间于所述特定偏置电压下的直流电容量，并根据所述电容量的大小判断所述感应线区域尿湿状况的端ロ。
42.根据权利要求41所述的纸尿裤，其特征在于，所述感应线均设置在所述干爽层、吸湿层和防漏层中的同一层上。
43.根据权利要求41所述的纸尿裤，其特征在于，所述感应线为四条，其中两条设置在所述干爽层上，另两条设置在所述防漏层上。
44.根据权利要求41所述的纸尿裤，其特征在于，所述感应线中至少有一条与其余感应线分别设置在所述干爽层、吸湿层和防漏层中的不同层上。
45.根据权利要求41所述的纸尿裤，其特征在于，所述感应线之间设置有分隔物，用以防止所述感应线之间发生短路。
46.根据权利要求41所述的纸尿裤，其特征在于，所述感应线之间的直流电容量大于I微法。
47.根据权利要求46所述的纸尿裤，其特征在于，所述感应线之间的直流电容量大于10微法。
48.根据权利要求47所述的纸尿裤，其特征在于，所述感应线之间的直流电容量大于100微法。
49.根据权利要求41所述的纸尿裤，其特征在于，所述感应线的材料为碳性导电油墨，所述特定的偏置电压小于所述待测尿液的分解电压。
50.根据权利要求49任一项所述的纸尿裤，其特征在于，所述感应线的宽度为4毫米到10毫米。
全文摘要
本发明提供一种基于电化学电容器的液体检测装置、方法及纸尿裤，其中，纸尿裤包括干爽层、吸湿层和防漏层，还包括至少两条感应线，每条感应线均可与待测尿液直接接触；电源输入端，设置在所述感应线上，作为向由所述感应线及所述尿液组成的电化学电容器注入电流并产生一个特定的偏置电压的端口；以及电容测量端，设置在所述感应线上，作为在通过所述电源输入端向由所述感应线及所述尿液组成的电化学电容器注入电流过程中测量所述感应线之间于所述特定偏置电压下的直流电容量，并根据所述电容量的大小判断所述感应线区域尿湿状况的端口。本发明可精确可靠地实现液体检测及尿湿检测。
文档编号A61F13/42GK102650608SQ20111043386
公开日2012年8月29日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年2月24日
发明者徐菲, 黄新凯 申请人:徐菲