具有加热功能的柔性压力传感器、加热座椅及控制方法

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种具有加热功能的柔性压力传感器、加热座椅及控制方法。

目前用于座椅上压力检测与加热通常是将两个产品独立的布置在一起，二者之间并不能很好的实现互联融合。并且压力检测的传感器主要是在偏硬的塑料膜上制备铜箔或铝箔线路而成，器件偏硬偏厚、成本高、不耐弯折；加热主要采用的是线状的发热丝，存在没有控温或控温不准等缺陷，且电热丝在使用过程中拉伸或弯曲而导致其受力时，容易使发热丝变形或断裂，诱发事故，不太适宜用于柔软的座垫上。

本发明的目的是克服现有技术中存在的加热的发热丝容易变形或者断裂的缺陷，提供一种既能够监测压力又能智能加热的具有加热功能的柔性压力传感器、加热座椅及控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具有加热功能的柔性压力传感器，其特征在于：包括上基底层、下基底层和粘贴在所述上基底层和所述下基底层之间的封装层，所述上基底层上设置有柔性加热材料区和压力敏感材料区，所述下基底上印刷有分别用来与柔性加热材料区和压力敏感材料区接触后导电的图案电极层；所述图案电极层包括与所述柔性加热材料区对应的加热电极和与所述压力敏感材料区对应的压力电极，所述压力电极为多点阵列式分布。

进一步地，所述压力敏感材料区分区域多点布置在所述上基底层材料上，所述柔性加热材料区布置在多个压力敏感材料区的外围。

进一步地，所述柔性加热材料区整体覆盖在所述上基底层的下表面，所述压力敏感材料区在所述柔性加热材料区的下部。

进一步地，所述压力敏感材料区整体覆盖在所述上基底层的下表面，所述柔性加热材料区在所述压力敏感材料区的下部。

进一步地，所述压力敏感材料区和所述柔性加热材料区成圆环状或带状交替布置在所述上基底层的下表面。

进一步地，所述柔性加热材料区的下表面点阵式布置有多个温度传感器，所述温度传感器被封装在封装层内部的上基底层和下基底层之间。

进一步地，所述柔性加热材料区采用碳纳米管或石墨烯。

一种智能加热座椅，其特征在于:座椅的座位海绵垫上设置有上述的具有加热功能的柔性传感器，所述柔性传感器通过从图案电极层引出的电极连接有控制器，所述温度传感器与所述控制器电连接，所述控制器上具有通信模块，所述控制器通过通信模块将接收到的柔性传感器的输出信号发送给智能手机或者智能显示设备，所述加热电极连接加热电源。

进一步地，所述座椅的靠背海绵垫上也设置有所述具有加热功能的柔性压力传感器。

一种智能加热座椅的控制方法，其特征在于：

当座椅的座位海绵垫上的柔性传感器检测到多点的压力值持续小于设定的压力值一段时间时，控制器切断加热电源，停止对座椅的加热；

当座椅的座位海绵垫上的柔性传感器检测到多点的压力值持续大于设定的压力值一段时间，且温度传感器检测的温度小于设定值时，控制器使加热电源导通，开始对座椅加热。

本发明的一种具有加热功能的柔性压力传感器、加热座椅及控制方法的有益效果是：

1、本发明的柔性传感器将柔性加热材料和压力敏感材料喷涂或者印刷等工艺设置在柔性的上基底层上，整体很薄且柔性好，被弯曲后不会影响加热性能。

2、将本发明的柔性传感器应用到座椅上，可以通过多点压力敏感材料区监测压力在坐垫或者靠背上的压力大小和分布情况，判断座椅上是否有人，通过柔性传感器上的温度传感器监测座椅的温度，判断座椅是否需要加热，实现座椅的自动加热和关闭加热电源。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例1的剖视示意图；

图2是本发明实施例1的上基底层上的结构图；

图3是本发明实施例2的上基底层上的结构图；

图4是本发明实施例3的剖视示意图；

图5是本发明实施例5的上基底层上的结构图；

图6是本发明实施例6的智能加热座椅系统图。

图中:1、上基底层，2、下基底层，3、封装层，4、柔性加热材料区，5、压力敏感材料区，6、图案电极层，61、加热电极，62、压力电极，7、温度传感器，8、控制器，9、智能显示设备。

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本发明的柔性传感器的均是通过在柔性基底上喷涂或者印刷材料制成，每层可以看成是一层薄膜，实际厚度非常小，本说明书根据各层的制作顺序和各层中材料的印刷区域，放大了各层的效果，附图中只是示意的表达方式，其他与本申请的设计理念相同产生的产品同样在本申请的保护范围内。

实施例1

如图1-图2所示的本发明的一种具有加热功能的柔性压力传感器的具体实施例，包括上基底层1、下基底层2和粘贴在上基底层1和下基底层2之间的封装层3，上基底层1上设置有柔性加热材料区4和压力敏感材料区5，下基底上印刷有分别用来与柔性加热材料区4和压力敏感材料区5接触后导电的图案电极层6；图案电极层6包括与柔性加热材料区4对应的加热电极61和与压力敏感材料区5对应的压力电极62，压力电极62为多点阵列式分布。

上基底层1和下基底层2之间通过封装层3形成空隙结构

本实施例中，参见图2，压力敏感材料区5分区域多点布置在上基底层1材料上，柔性加热材料区4布置在多个压力敏感材料区5的外围。

为了能够实施多点测量温度，柔性加热材料区61的下表面点阵布置有多个温度传感器7，温度传感器7被封装在封装层3内部的上基底层1和下基底层2之间。

本实施例的上基底层1和下基底层2优选薄膜基底或织物基底。

柔性加热材料区4选用纳米柔性发热材料，具体为，可产生远红外辐射的碳纳米复合材料，进一步地，可采用碳纳米管或石墨烯通过印刷、溅射、喷涂、喷墨或刮涂等工艺制作在织物基底表面，并在通过加热电极61与控制器8连接。可产生远红外辐射的碳纳米复合材料其最高发热温度可控制在80度以下，可避免温度传感器7失灵时柔性发热传感器无限升温而造成火灾发生。

封装层3使柔性加热材料区4、压力敏感材料区5与图案化电极之间具有间隙，在柔性传感器别按压时，产生电信号。

图案电极层6采用比如银、银纳米线、ITO、碳纳米材料、PEDOT:PSS等导电聚合物材料印刷在下基底层2上。

实施例2

参见图3，与实施例1不同的是，可以在上基底层1的下表面整体印刷柔性加热材料，然后在柔性加热材料上部分区域印刷压力敏感材料，即柔性加热材料区4整体覆盖在上基底层1的下表面，压力敏感材料区5在柔性加热材料区4的下部部分覆盖柔性加热材料区4。

实施例3

与实施例2相反，压力敏感材料区5整体覆盖在上基底层1的下表面，柔性加热材料区4在压力敏感材料区5的下部部分覆盖压力敏感材料。

实施例4

参见图4，与实施例1不同的是，压力敏感材料区5和柔性加热材料区4成圆环状交替布置在上基底层1的下表面。每条圆环状的柔性加热材料区4上至少具有一个温度传感器7，加热电极61也为多个阵列设置的电极，使柔性传感器能够分区域加热。

实施例5

参见图5，压力敏感材料区5和柔性加热材料区4成带状交替布置在上基底层1的下表面。每条带状的柔性加热材料区4至少有一个温度传感器7，加热电极61也为多个阵列设置的电极，使柔性传感器能够分区域加热。

实施例6

参见图6，一种智能加热座椅，在座椅的座位海绵垫和/或靠背海绵垫上均可以设置以上实施例1-5的柔性传感器，柔性传感器通过从图案电极层6引出的电极连接有控制器8，温度传感器7与控制器8电连接，控制器8上具有通信模块，控制器8通过通信模块将接收到的柔性传感器的输出信号发送给智能手机或者智能显示设备9，加热电极61连接加热电源。

以智能加热座椅采用了实施例4的柔性传感器为例，

一般情况下，人不会与座椅的全部坐垫相接触，坐垫上的柔性传感器被压后，部分柔性加热材料区4、压力敏感材料区5与下基底层2上的图案电极层6接触，压力电极62输出电信号给控制器8，控制器8通过通信发送给智能显示设备9，智能显示设备9可以为手机、汽车显示屏等，在智能显示设备9上显示坐垫上各处压力情况；当座椅的座位海绵垫上的柔性传感器检测到多点的压力值持续大于设定的压力值一段时间，且温度传感器7检测的温度小于设定值时，控制器8使加热电源导通，开始对座椅加热。

当座椅的座位海绵垫上的柔性传感器检测到多点的压力值持续小于设定的压力值一段时间时，控制器8切断加热电源，停止对座椅的加热。

将压力敏感材料区62和柔性加热材料区61相互交替间隔设置，可以保证检测到压力的地方进行加热，而远离被压下的区域的柔性加热材料不会与加热电极61接触，不会被加热，避免浪费电能。

为了避免比如在座椅上仅仅放上一瓶矿泉水等情况下被误加热，设置当柔性传感器检测压力分布区域大于设定的一定区域面积时，控制器8才会启动加热电源，对座椅进行加热。

靠背上设置的柔性传感器与坐垫上实现方式相同，当人体靠在靠背上对一定区域产生压力时，控制器8才会导通加热电源，对靠背进行加热。

因为柔性传感器上分布设置有多个温度传感器7，可以对每块区域的温度进行单独控制。

本发明的具有加热功能的柔性压力传感器柔软轻薄、制作方式简单，应用到智能加热座椅上，安装非常方便，降低了智能加热座椅的成本。

通过柔性传感器的压力的检测，控制器8根据压力区域的大小和总压力的大小，可以更精确的检测座椅上是否有人，进而进行未系安全带提醒。

整个接触面的压力可以二维或者三维彩压力分布图像的方式显示出来，并可记录整个受压过程，实时检测的压力分布数据可自动进行相关统计分析，并可导出进行二次数据分析或开发。

柔性面状加热不仅提高了人体舒适度，而且控温更加精准，柔性传感器不会因为弯折、拉伸等造成损坏，实用寿命长。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。