本发明涉及智能家具技术领域，特别涉及一种软硬可调床垫的静音气泵及其智能控制方法。
背景技术：
床垫是广大人民群众必需的常用生活用品，目前的床垫大多由单一的床垫芯构成或由床垫芯和包裹在床垫芯外表面的装饰套构成。目前的床垫芯一般是指棕垫和海绵垫。现有的床垫不论是棕垫还是海绵垫，都存在其软硬度随着使用时间的延长而难以保持持久稳定的缺陷，发生变形的床垫严重影响消费者的身体健康。
另一方面，由于个人年龄、体质和生活习惯的不同，每个用户对于床垫软硬度需求都存在个体差异，而且床垫的软硬程度对用户休息和睡眠质量以及青少年的生长发育具有直接的关系，因此可以说每个用户最适宜的床垫软硬度都不尽相同。现有技术中的棕垫、海绵垫不能根据用户的上述个性化需求而自适应调节床垫软硬度，使得用户的使用体验较差，不利于为用户营造最优的个性化休息环境。
为了解决上述问题，现有技术中开发了一些可以实现硬度调节的床垫。例如，专利文件cn107836906公开了一种软硬可调床垫，其床垫本体包括针织层、海绵层、软硬可调层、第一钢丝网层、弹簧层、第二钢丝网层以及泡沫垫层。其中，通过软硬可调层使得床垫本体的硬度可调，提高了床垫的健康舒适性。专利文件cn107647957公开了一种气囊式压力系统及具有该系统的医疗绑定装置，可以应用于床垫等垫具之中，其包括软硬可调增压装置和排气泄压装置以及压力检测器和中央处理器。中央处理器通过压力检测器监测柔性空腔内部的气体压力，通过软硬可调增压装置和排气泄压装置对空气内部的气体压力进行实时调整，从而调整柔性物表面的整体硬度，形成一个可调硬度的支撑体。专利文件cn107174051公开了一种可自动调节软硬的弹簧床垫，该床垫具有软硬可调层，软硬可调层一侧设有软硬可调口，软硬可调口通过软硬可调管连接电磁阀和软硬可调泵，软硬可调层内还设有气压传感器，将软硬可调层内的气压压强信号传递给控制器；该气压信号反映出床垫软硬程度；控制器连接档位调节器，通过档数调节实现床垫的软硬调节；并且软硬可调层分为左右两个软硬可调袋，可以分别对床垫左、右两部分的硬度予以调节。
可见，现有的软硬可调床垫是通过改变床垫内部软硬可调层的充气量，通过调节气压大小来决定床垫的软硬程度。软硬可调床垫可以根据用户的个性需求而改变其内部气压，从而将床垫硬度调节到适当的档位。并且，软硬可调床垫对软硬度的保持定型能力明显好于现有的棕垫或者是海绵垫。
软硬可调床垫用于进行充气量调节的部件包括气泵、导气管、气囊接口。其中，气囊接口设置在软硬可调层每个充气腔室的侧壁，导气管一端连接至气囊接口，另一端连接至气泵。气泵的功能是为空气的流动提供驱动力以及实现进气与排气的气路切换，进气过程中气泵从外界抽取空气并经导气管和气囊接口输入软硬可调层的充气腔室，排气过程中气泵经导气管和气囊接口从软硬可调层的充气腔室抽取空气并排出。
目前软硬可调床垫应用的气泵一般包括以下结构：电机、传动机构、胶塞、入气孔、出气孔、气孔开闭机构、气路切换机构。电机转动提供动力，传动机构(例如偏心轮等)连接电机轴，将动力传导给至少一个胶塞，带动所述胶塞进行往复形变，从而使胶塞内部空间往复压缩和舒张；入气孔和出气孔均连通胶塞内部空间，并且气孔开闭机构(例如孔塞、气门等)可以打开和封闭所述入气孔和出气孔；气孔开闭机构同步配合胶塞，当胶塞舒张时气孔开闭机构打开入气孔而封闭出气孔，空气由于气压差而被吸入胶塞内部空间；接着，当胶塞压缩时气孔开闭机构封闭入气孔而打开出气孔，空气由于气压差而由胶塞内部空间排出至出气孔；为软硬可调床垫充气时，气路切换机构(例如多路电磁阀)将气泵的出气孔连通至所述导气管，而使气泵的入气孔与外界连通，从而将外界的空气泵入导气管；为软硬可调床垫排气时，气路切换机构将气泵的出气孔与外界连通，而将气泵的入气孔连通至所述导气管，从而通过导气管将床垫充气腔室内的空气泵出至外界。
现有技术之中，气泵在运行过程中会发出一定噪声，这是一个亟待解决的问题。气泵工作过程中噪声主要来源包括：气流涌入入气孔和涌出出气孔时产生的激振效应；电机和传动机构驱动所述胶塞往复形变过程中产生的振动；以及气孔开闭机构与入气孔、出气孔之间配合过程中的摩擦碰撞。为了降低噪声，现有技术中的静音手段主要是在气泵外部包裹封闭性强的壳体，以及在壳体内表面附加吸声材料，进行被动性的噪音隔离。但是，在不明显增加气泵体积和重量的前提下，封闭壳体和吸声材料的材质厚度有限，而且为了进出气壳体也不可能达到全封闭，造成以上手段的效果不明显。
目前比较先进的软硬可调床垫，要求在睡眠全程根据用户睡眠深度、睡眠姿态等变化，适应性地实时调节床垫各个充气腔室的软硬度，从而使床垫各个接触区域的软硬度符合人体生理曲线以及用户习惯。这也就意味着，在用户睡眠过程中，气泵也要时时启动，进行充气与排气，调节各个充气腔室的气压。显然，如果在睡眠过程中气泵经常性地发出较大的工作噪声，无疑会干扰用户本人和周围其他人的睡眠。因此，软硬可调床垫非常有必要根本性改善气泵的静音化功能。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种软硬可调床垫的静音气泵及其智能控制方法。本发明从结构和控制方式上进行了多方面的改进，有效降低了气泵工作时产生的噪声，提升了静音效果，适用于在睡眠全程对床垫各个充气腔室进行充放气软硬度调节。
为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：一种软硬可调床垫的静音气泵，其特征在于，所述的软硬可调床垫的静音气泵包括：电致动薄膜、气泵腔体、入气孔、出气孔、气孔开闭机构、气路切换机构、激励信号发生器、控制器；其中，所述电致动薄膜安装在气泵腔体内壁，并且所述电致动薄膜连接所述激励信号发生器，在所述激励信号发生器的第一激励电信号作用下，所述电致动薄膜发生往复形变，使所述气泵腔体内部空间往复压缩和舒张；所述气泵腔体的一个腔壁开设所述入气孔和出气孔，并且所述气孔开闭机构安装在所述入气孔和出气孔在气泵腔体内侧的末端，用于选择性地打开和封闭所述入气孔和出气孔；当所述电致动薄膜舒张气泵腔体内部空间时所述气孔开闭机构封闭所述出气孔并打开所述入气孔，使空气由于气压差而经入气孔吸入所述气泵腔体；当所述电致动薄膜压缩气泵腔体内部空间时所述气孔开闭机构封闭所述入气孔并打开所述出气孔，使空气由于气压差而从气泵腔体排出至所述出气孔；所述气孔开闭机构连接至所述激励信号发生器，在所述激励信号发生器的第二激励电信号作用下选择性地打开和封闭所述入气孔和出气孔；所述控制器用于控制所述激励信号发生器输出所述第一激励电信号和第二激励电信号，以及控制所述第一激励电信号和第二激励电信号的信号幅度；所述气路切换机构用于将所述入气孔和出气孔分别选择性地与软硬可调床垫的导气管以及外界相连通。
优选的是，所述电致动薄膜是离子交换复合金属电极薄膜。
进一步优选的是，所述离子交换复合金属电极薄膜包括第一金属电极层、电致动离子聚合物薄膜、第二金属电极层；所述第一金属电极层、第二金属电极层连接至所述激励信号发生器，并且向所述电致动离子聚合物薄膜施加所述第一激励电信号；在第一激励电信号作用下，电致动离子聚合物薄膜带动整个离子交换复合金属电极薄膜发生形变，压缩所述气泵腔体内部空间；在无第一激励电信号时，所述电致动离子聚合物薄膜带动整个离子交换复合金属电极薄膜从所述形变回复，使所述气泵腔体内部空间回复舒张。
优选的是，所述气孔开闭机构包括安装在所述入气孔的第一气门和安装在所述出气孔的第二气门；所述第一气门和第二气门均包括：气门控制电极和压电伸缩部件；所述气门控制电极连接至所述激励信号发生器，并且向所述压电伸缩部件施加所述第二激励电信号；所述压电伸缩部件在所述第二激励电信号的作用下伸长和回缩，回缩时压电伸缩部件封闭所述入气孔或者出气孔，伸长时压电伸缩部件打开所述入气孔或者出气孔。
优选的是，所述激励信号发生器同步输出所述第一激励电信号和第二激励电信号，当所述第一激励电信号使所述电致动薄膜压缩气泵腔体内部空间时，所述第二激励电信号使所述第一气门的压电伸缩部件封闭所述入气孔，并使所述第二气门的压电伸缩部件打开所述出气孔；当无所述第一激励电信号从而使所述电致动薄膜回复气泵腔体内部空间时，所述第二激励电信号使所述第一气门的压电伸缩部件打开所述入气孔，并使所述第二气门的压电伸缩部件封闭所述出气孔。
优选的是，所述激励信号发生器根据控制器对充气速度的控制指令，设定所述第一激励电信号的信号幅度；所述电致动薄膜基于所述第一激励电信号的信号幅度发生不同幅度的形变，充气速度越快时，所述电致动薄膜在所述第一激励电信号激励下的形变幅度越大。
优选的是，所述激励信号发生器根据控制器对充气速度的控制指令，设定所述第二激励电信号的信号幅度；所述第一气门和第二气门基于所述第二激励电信号的信号幅度控制所述压电伸缩部件的伸长程度，充气速度越快时，所述压电伸缩部件伸长使所述入气孔或者出气孔打开的程度越大。
优选的是，所述控制器根据对用户睡眠深度的感知，设定所述充气速度。
优选的是，所述静音气泵还包括：气泵外壳，将所述气泵腔体固定在所述气泵外壳内部的弹性减震胶塞，以及在气泵外壳和所述气泵腔体之间的吸声材料。
本发明进而提供了一种软硬可调床垫静音气泵的智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据对用户睡眠深度的感知，由控制器设定充气速度；
由所述激励信号发生器根据控制器对充气速度的控制指令，设定所述第一激励电信号和第二激励电信号的信号幅度；
通过所述第一激励电信号激励电致动薄膜发生往复形变，使气泵腔体内部空间往复压缩和舒张；并且，基于所述第一激励电信号的信号幅度激励所述电致动薄膜发生不同幅度的形变，充气速度越快时，使所述电致动薄膜在所述第一激励电信号激励下的形变幅度越大；
通过所述第二激励电信号的信号幅度控制第一气门和第二气门的压电伸缩部件的回缩程度，充气速度越快时，通过增大所述压电伸缩部件的回缩程度，使入气孔或者出气孔打开的程度越大。
有益效果：本发明运用电致动薄膜、压电气门等独创性的先进结构，配合智能精细控制，可以主动消解气泵工作产生的噪声，使得本发明的静音气泵可以达到超静工作标准，适用于在用户睡眠全程对软硬可调床垫内部气压值随时进行充放气调节，而不会对用户睡眠状态产生干扰。
附图说明
图1为本发明实施例的软硬可调床垫静音气泵排气状态下的整体结构示意图；
图2为本发明实施例的软硬可调床垫静音气泵吸气状态下的整体结构示意图；
图3为所述静音气泵的电致动薄膜结构示意图；
图4为所述静音气泵的气孔开闭机构结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施例做进一步详细描述：
本发明的实施例从结构和控制方式上对静音气泵进行了多方面的改进，不仅是被动隔离噪声，而且设计了压电形变气门作为气孔开闭机构，对入气孔和出气孔执行开闭，可以根据流经入气孔和出气孔的预计气流量控制入气孔和出气孔的打开程度，从而极大减少了气孔开闭机构与入气孔、出气孔之间配合过程中的摩擦碰撞，缓解了气流涌入入气孔和涌出出气孔时产生的激振效应；并且，本发明采用电致动离子交换复合金属电极薄膜取代传统气泵的电机、传功机构和胶塞，消除了电机驱动、传动和胶塞反复形变过程中的振动噪声；结合人体睡眠深度感知基础上的智能控制，充分降低了气泵充放气过程中的噪声及其影响。
图1为本发明实施例的软硬可调床垫静音气泵的整体结构示意图。本发明所述的一种软硬可调床垫的静音气泵包括：电致动薄膜1、气泵腔体2、入气孔3、出气孔4、气孔开闭机构的第一气门5a、气孔开闭机构的第二气门5b、气路切换机构6、激励信号发生器7、控制器8、气泵外壳9、弹性减震胶塞10以及吸声材料层11。
所述电致动薄膜1安装在气泵腔体2的内壁，并且所述电致动薄膜1连接所述激励信号发生器7，激励信号发生器7可以输出pwm形式的第一激励电信号，在所述激励信号发生器7的第一激励电信号作用下，所述电致动薄膜1发生往复形变，使所述气泵腔体2内部空间往复压缩和舒张，图1表示的是电致动薄膜1使气泵腔体2内部空间处于压缩状态，图2则表示电致动薄膜1使气泵腔体2内部空间处于舒张状态。
如图3所示，所述电致动薄膜1是离子交换复合金属电极薄膜。所述离子交换复合金属电极薄膜1包括第一金属电极层1a、电致动离子聚合物薄膜1b、第二金属电极层1c。所述第一金属电极层1a、第二金属电极层1b连接至所述激励信号发生器7，并且向所述电致动离子聚合物薄膜1b施加所述第一激励电信号；在第一激励电信号作用下，电致动离子聚合物薄膜1b带动整个离子交换复合金属电极薄膜发生形变，压缩所述气泵腔体2内部空间；在无第一激励电信号时，所述电致动离子聚合物薄膜1b带动整个离子交换复合金属电极薄膜从所述形变回复，使所述气泵腔体内部空间回复舒张。
所述激励信号发生器7根据控制器8对充气速度的控制指令，设定所述第一激励电信号的信号幅度，该信号幅度可以是第一激励电信号pwm的脉宽。所述电致动薄膜1基于所述第一激励电信号的信号幅度发生不同幅度的形变，形变幅度越大则电致动薄膜1造成的吸气和排气能力越强。因此，充气速度越快时，所述电致动薄膜1在所述第一激励电信号激励下的形变幅度越大。
所述气泵腔体2的一个腔壁开设所述入气孔3和出气孔4，二者均连通所述气泵腔体2的腔内与腔外。并且所述气孔开闭机构的第一气门5a安装在所述入气孔3在气泵腔体2内侧的末端，第二气门5b安装在所述出气孔4在气泵腔体2内侧的末端。所述气孔开闭机构的第一气门5a和第二气门5b均连接至所述激励信号发生器7，在所述激励信号发生器7的pwm形式的第二激励电信号作用下，第一气门5a和第二气门5b选择性地打开和封闭所述入气孔3和出气孔4。具体来说，如图1，当所述电致动薄膜1压缩气泵腔体2内部空间时，所述第一气门5a封闭所述入气孔3，并且第二气门5b打开所述出气孔4，使空气由于气压差而从气泵腔体2排出至所述出气孔4；如图2，当所述电致动薄膜1舒张气泵腔体2内部空间时，所述第一气门5a打开所述入气孔3，并且第二气门5b封闭所述出气孔4，使空气由于气压差而经入气孔3吸入所述气泵腔体2。如图4所示，所述第一气门和第二气门均包括：气门控制电极5c和压电伸缩部件5d；所述气门控制电极5c连接至所述激励信号发生器7，并且向所述压电伸缩部件5d施加所述第二激励电信号；所述压电伸缩部件5d在所述第二激励电信号的作用下伸长和回缩，回缩时压电伸缩部件5d封闭所述入气孔或者出气孔，而伸长时压电伸缩部件5d带动气门5e的至少一部分或者全部延伸至入气孔或者出气孔的管口以外，从而打开所述入气孔或者出气孔。
所述激励信号发生器7根据控制器8对充气速度的控制指令，设定所述第二激励电信号的信号幅度，该信号幅度可以是pwm信号的脉宽；所述第一气门5a和第二气门5b基于所述第二激励电信号的信号幅度，控制各自的所述压电伸缩部件5d的伸长程度，显然压电伸缩部件5d的伸长程度越大，则气门5e延伸至入气孔或者出气孔的管口以外的长度越大，则入气孔或者出气孔打开的程度越大。因此，当充气速度越快时，所述压电伸缩部件5d伸长使所述入气孔或者出气孔打开的程度越大，从而使得入气孔或者出气孔进出气的容量增大，因此不易发生气体激振的现象。
所述静音气泵还包括气泵外壳9，弹性减震胶塞10将所述气泵腔体2固定在所述气泵外壳9内部，并且可以缓冲气泵腔体2的振动，且在气泵外壳9和所述气泵腔体2之间的吸声材料层10。
气路切换机构6是由多路电磁阀构成的，其作用是在软硬可调床垫的充气和排气过程中改变入气孔3和出气孔4的连通气路。为软硬可调床垫充气时，气路切换机构6将出气孔4连通至所述导气管，而使气泵的入气孔3与外界连通，从而将外界的空气泵入导气管；为软硬可调床垫排气时，气路切换机构6将气泵的出气孔4与外界连通，而将气泵的入气孔3连通至所述导气管，从而通过导气管将床垫充气腔室内的空气泵出至外界。
所述激励信号发生器7同步输出所述第一激励电信号和第二激励电信号，当所述第一激励电信号使所述电致动薄膜1压缩气泵腔体2内部空间时，所述第二激励电信号使所述第一气门5a的压电伸缩部件封闭所述入气孔，并使所述第二气门5b的压电伸缩部件打开所述出气孔；当无所述第一激励电信号从而使所述电致动薄膜1回复气泵腔体内部空间时，所述第二激励电信号使所述第一气门5a的压电伸缩部件打开所述入气孔，并使所述第二气门5b的压电伸缩部件封闭所述出气孔。
所述激励信号发生器7连接至所述控制器8并且受到所述控制器8的控制。所述控制器8根据对用户睡眠深度的感知，设定充气速度。可以通过软硬可调床垫表层安装的人体耦合传感器检测人体电信号，进而判断人体的睡眠深度；或者根据软硬可调床垫内部气压传感器检测的气压变化频率，表示人体睡眠过程中的动作频率和幅度，进而判断人体的睡眠深度。当人体处于浅睡眠时，控制器8可以设定较低的充气速度，所述激励信号发生器7相应地通过第一激励电信号的信号幅度控制电致动薄膜1以较小的形变量工作，且第一气门5a和第二气门5b打开的程度较小，这样充气过程中不论是气泵腔体的振动还是气门开闭的碰撞所产生的声音都会更小，不会给用户带来干扰，不过充气时间有所延迟，使得软硬可调床垫响应用户睡姿而调整软硬度的时间有所延长。相反，如果人体处于深睡眠状态，则控制器8可以设定较快的充气速度，所述激励信号发生器7相应地通过第一激励电信号的信号幅度控制电致动薄膜1以较大的形变量工作，具有较大的气体吸入和排出能力，且第一气门5a和第二气门5b打开的程度较大，这样不会产生气体激振；充气过程气泵的声音会有所增大，但由于用户睡眠程度较深，不会给用户带来干扰，而且充气时间有所节省，使得软硬可调床垫响应用户睡姿而调整软硬度的时间延迟变短。
综上所述，本发明运用电致动薄膜、压电气门等独创性的先进结构，配合智能精细控制，可以主动消解气泵工作产生的噪声，使得本发明的静音气泵可以达到超静工作标准，适用于在用户睡眠全程对软硬可调床垫内部气压值随时进行充放气调节，而不会对用户睡眠状态产生干扰。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作出任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。