ВПИТЫВАЮЩАЯ ПРОКЛАДКА, СОДЕРЖАЩАЯ СРЕДСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ
ABSORBENT ARTICLE WITH HUMIDITY SENSOR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к впитывающей прокладке, содержащей средство обнаружения влажности.
Предшествующий уровень техники
Известны впитывающие прокладки, имеющие различные типы средств обнаружения и обеспечивающие получение сигнала пользователем или человеком, осуществляющим медицинский уход, об изменении состояния прокладки (например, если она запачкана). Средства обнаружения позволяют пользователю или человеку, осуществляющему медицинский уход, легко определить, необходимо ли заменить впитывающие прокладки или нет, без необходимости тщательного обследования или снятия прокладки.
Широко известные средства обнаружения, которые могут быть включены во впитывающие прокладки, представляют собой химические вещества, которые изменяют свою форму или свойства при контакте с жидкостью. Например, индикация того, что впитывающая прокладка запачкана, может обнаруживаться по изменению цвета или появлению, или исчезновению элемента на впитывающей прокладке. Подобная технология известна, например, из патента US 5389093, публикации WO 04/028403 и WO 05/030084. Указанные средства обнаружения полезны в определенных ситуациях, но в меньшей степени в таких учреждениях, как центры по уходу за детьми (детские дневные стационары), центры по уходу за престарелыми или больницы, где необходимо осуществлять мониторинг состояния большого числа пользователей, часто когда количество персонала ограничено. Для определения того, запачкалась ли впитывающая прокладка или нет, по-прежнему требуется беспокоить пользователя, поскольку окрашенный элемент должен быть видимым для человека, осуществляющего уход. Это часто требует перемещения пользователя и удаления или приведения в порядок его одежды.
В публикации WO 02/47592 описана прокладка, содержащая устройство сигнализации состояния, предназначенное для передачи сообщения об изменении состояния контролируемой части. Сигнальное устройство может содержать датчик, расположенный внутри прокладки, при этом датчик соединен с наружной частью, расположенной с наружной стороны прокладки. Изменения в состоянии прокладки (например, когда она запачкалась) могут быть переданы от сигнального устройства приемнику посредством линии высокочастотной связи, создаваемой наружной частью. Наружная часть расположена на наружной стороне прокладки и закреплена на месте, например, посредством скрепляющих элементов типа крючков и петель. По существу, она может быть удалена или смещена и подвержена внешним воздействиям (например, воздействию истирания, влаги, воздействию со стороны пользователя). Кроме того, традиционные элементы наружной части прокладки из WO 02/47592 делают ее сравнительно дорогой в изготовлении, что, в свою очередь, делает ее удаление дорогим и, более вероятно, приводит к ее повторному использованию.
В заявке US 2005/0156744 описан подгузник, аналогичный прокладке из WO 02/47592, в котором отсоединяемый передатчик установлен на наружной стороне подгузника.
В публикации WO 02/78513 раскрыто устройство для мониторинга выделения текучей среды для подгузника. Устройство содержит электронную метку, которая реагирует на выделение текучей среды в подгузник. В WO 02/78513 не раскрыты характер и свойства элементов, которые используются при изготовлении устройства для мониторинга.
В заявке JP 2005000602 описано устройство обнаружения влаги в подгузнике, содержащее электронную метку. Электронная метка содержит интегральную микросхему, блок управления передачей, среду для хранения данных и антенну.
Несмотря на то, что электрические средства обнаружения, предназначенные для индикации состояния впитывающей прокладки, имеют явные преимущества по сравнению с визуальными средствами обнаружения, им по-прежнему свойственны недостатки, связанные с тем, что они являются дорогими, жесткими, громоздкими и трудно встраиваются в прокладку во время изготовления. Кроме того, многие известные электрические элементы (на кремниевой основе) трудно поддаются удалению (такие, как отходы) или разложению (например, аккумуляторные батареи и печатные платы). Традиционные компоненты электрических схем, такие как припой для низкотемпературной пайки, не совместимы с такими материалами, как бумага, пластики и волокнистые материалы, используемые в современных впитывающих прокладках. Они также не совместимы со способами быстрого изготовления на поточных сборочных линиях. Поскольку впитывающие прокладки, главным образом, предназначены для однократного использования (то есть они являются одноразовыми), было бы большим преимуществом, если бы электрические средства обнаружения были бы дешевыми и одноразовыми. Таким образом, существует потребность в средстве обнаружения, которое может быть легко включено во впитывающие прокладки, которое обеспечивает преимущества обнаружения с помощью электрических средств и при этом является экономичным, простым в изготовлении и одноразовым.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков впитывающих прокладок по предшествующему уровню техники. Настоящее изобретение относится ко впитывающей прокладке, содержащей, по меньшей мере, одно средство обнаружения влажности. По меньшей мере, одно средство обнаружения влажности содержит, по меньшей мере, одну электрическую схему, которая встроена в указанную прокладку. По меньшей мере, одна электрическая схема изготовлена из электрически активного материала, который был нанесен путем печати на один или более элементов впитывающей прокладки.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения средство обнаружения влажности является пассивным, то есть оно не содержит источника питания.
По меньшей мере, одна электрическая схема может содержать конденсатор и катушку индуктивности, соединенные параллельно или последовательно, при этом изменение содержания влаги во впитывающей прокладке влияет на резонансную частоту электрической схемы. Соответственно изменение содержания влаги во впитывающей прокладке влияет на емкость конденсатора. Конденсатор может содержать полимер со сверхвысокой поглощающей способностью между обкладками конденсатора. Кроме того, конденсатор может содержать растворимое в воде вещество между обкладками конденсатора.
В соответствии с одним аспектом изменение содержания влаги во впитывающей прокладке вызывает изменение резонансной частоты электрической схемы.
Электрическая схема может дополнительно содержать датчик, подсоединенный параллельно или последовательно с конденсатором и катушкой индуктивности, при этом изменение содержания влаги во впитывающей прокладке влияет на проводимость датчика по току.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения средство обнаружения влажности является активным, то есть оно содержит источник питания. В соответствии с данным вариантом осуществления средство обнаружения влажности может содержать, по меньшей мере, один печатный компонент, выбранный из группы, содержащей печатную аккумуляторную батарею, печатную антенну, печатную запоминающую схему, печатную логическую схему и печатный датчик. По меньшей мере, один печатный компонент может быть выбран из группы, содержащей печатную аккумуляторную батарею, печатную антенну и печатный датчик.
Средство обнаружения влажности в соответствии с настоящим изобретением может содержать множество датчиков, расположенных в разных зонах впитывающей прокладки. Кроме того, впитывающая прокладка может содержать множество средств обнаружения влажности, расположенных в разных зонах впитывающей прокладки.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 изображает открытый подгузник, содержащий электрическое средство обнаружения, согласно изобретению;
фиг.1А-1С - первый вариант осуществления печатной электрической схемы согласно изобретению;
фиг.2А-2В - второй вариант осуществления печатной электрической схемы согласно изобретению;
фиг.3А-3В - третий вариант осуществления печатной электрической схемы согласно изобретению;
фиг.4 и 5 - четвертый вариант осуществления печатной электрической схемы согласно изобретению;
фиг.6 - работа электрического средства обнаружения согласно изобретению.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Настоящее изобретение относится к впитывающей прокладке 10 (фиг.1), такой как подгузник (пеленка), подгузник-трусы, подгузник с поясом или защитное приспособление, используемое при недержании. Впитывающая прокладка содержит проницаемый для жидкостей верхний лист 12, непроницаемый для жидкостей задний лист 14 и впитывающую сердцевину 16, расположенную между ними.
Проницаемый для жидкостей верхний лист 12 может состоять из нетканого материала, например из материала фильерного способа производства, состоящего из непрерывных волокон, нетканого материала, полученного аэродинамическим способом из расплава, скрепленного полученного кардочесанием, волокнистого холста или перфорированной пластиковой пленки. Если требуется, также могут быть использованы различные типы ламинатов, например ламинатов из нетканого материала и пластиковой пленки. Материалы, которые пригодны для проницаемого для жидкостей верхнего листа 12, должны быть мягкими и не раздражающими кожу. Кроме того, верхний лист 12 может быть разным в разных частях прокладки 10.
Непроницаемый для жидкостей задний лист 14 может состоять из пластиковой пленки, нетканого материала, обработанного непроницаемым для жидкостей материалом, или гидрофобного нетканого материала, который противостоит проникновению жидкостей. Само собой разумеется, что в качестве непроницаемого для жидкостей заднего листа 14 могут быть использованы другие типы материалов, представляющих собой барьер для жидкостей, например, таких как закрытопористые пенопласты, различные ламинаты, представляющие собой барьер для жидкостей, и т.д. Предпочтительно, чтобы непроницаемый для жидкостей задний лист 14 был проницаем для воздуха и пара.
Верхний лист 12 и задний лист 14 имеют несколько большую протяженность в плоскости, чем поглощающая сердцевина 16, и продолжаются наружу за ее края. Верхний лист 12 и задний лист 14 соединены друг с другом в пределах их выступающих частей, например, посредством склеивания или термосварки, или ультразвуковой сварки.
Поглощающая сердцевина 16 может представлять собой поглощающую сердцевину любого обычного вида. Примерами часто встречающихся поглощающих материалов являются вспушенная измельченная целлюлоза, слои тонкой бумаги, полимеры с высокой поглощающей способностью (так называемые «суперабсорбенты»), поглощающие вспененные материалы, поглощающие нетканые материалы и т.п. Общеизвестно соединение вспушенной измельченной целлюлозы с суперабсорбентами в поглощающем теле. Кроме того, часто используются поглощающие тела, содержащие слои из разных материалов с различными свойствами с точки зрения способности принимать жидкости, способности распределять жидкости и удерживающей способности. Тонкие поглощающие тела, которые широко используются в защитных приспособлениях, используемых при недержании, часто содержат спрессованную, смешанную или слоистую структуру из вспушенной измельченной целлюлозы и суперабсорбента.
Впитывающие прокладки, такие как подгузники, обычно требуют наличия скрепляющего средства 20 некоторого вида, которое удерживает изделие 10 закрытым. Пригодные скрепляющие средства 20 могут представлять собой механические скрепляющие элементы, такие как скрепляющие элементы типа крючков и петель, клеи, такие как клеи, склеивающие при надавливании, или комбинацию механических и адгезионных скрепляющих элементов.
Если впитывающая прокладка 10 представляет собой подгузник с поясом, она будет содержать части пояса, так что части пояса будут образовывать один компонент поясной зоны подгузника. Части пояса присоединены или прикреплены к передней или задней части прокладки и скрепляются друг с другом вокруг талии пользователя. Затем подгузник пропускают между ногами пользователя и прикрепляют к частям пояса к передней или задней части. Скрепляющие средства 20, подобные описанным выше, имеются на передней/задней части пояса, так что прокладка 10 может быть прочно прикреплена. Применение прокладки 10, реализованной данным образом, позволяет пользователю легко надевать подгузник с поясом самому и даже обеспечивает возможность смены подгузника, когда пользователь стоит.
Эластичные элементы 18 могут быть предусмотрены во впитывающей прокладке 10 согласно настоящему изобретению например, у ног или у талии. Свойства и местоположение подобных эластичных элементов 18 известны специалистам, и отсутствует необходимость подробного описания их здесь.
Впитывающая прокладка 10 в соответствии с настоящим изобретением содержит, по меньшей мере, одно средство 30 обнаружения влажности. Средство 30 обнаружения, как правило, имеет первую электрическую характеристику до того, как впитывающая прокладка 10 будет запачкана, и вторую электрическую характеристику после того, как произошло событие, вызвавшее запачкивание. Открытый подгузник 10 в соответствии с настоящим изобретением, содержащий средство 30 обнаружения влажности, показан на фиг.1.
Наносимые путем печати электрически активные материалы
Настоящее изобретение требует использования электрически активных материалов 50, которые могут быть нанесены путем печати. Термин «электрически активный» используется в контексте настоящего изобретения для обозначения материалов, которые могут проводить электрический заряд и, таким образом, могут быть использованы для изготовления электрических схем или их компонентов. Несмотря на то, что граница между проводящими и полупроводниковыми активными материалами четко не определена, настоящее изобретение включает в себя оба аспекта в той степени, в которой они удовлетворяют требованиям рассматриваемой электрической схемы. Электрически активные материалы 50 не ограничены чистыми веществами и включают смеси электрически активных материалов 50 в любой форме.
Электрически активные материалы 50 должны обладать способностью наноситься путем печати. Это означает то, что материалы 50 являются стабильными в жидком виде или в виде раствора (могут быть подвергнуты обработке в виде раствора) и могут быть нанесены на поверхность (в данном случае на элемент впитывающей прокладки) в заданной конфигурации или форме, при этом конфигурация или форма сохраняются после высушивания или охлаждения материала. Электрически активные материалы 50 также должны иметь механические свойства, которые допускают изгибание и натяжение, что может иметь место во впитывающей прокладке 10. Они также должны быть стабильными к воздействию окружающей среды, где они должны быть использованы (то есть устойчивыми к влажности, солнечному свету, кислороду и т.д.). Печать может быть выполнена посредством стандартных технологий, известных в данной области техники, таких как лазерная печать, струйная печать, термопечать, трафаретная печать, офсетная печать, высокая печать и ротационная глубокая печать.
Проводящие полимеры представляют собой один класс электрически активных материалов 50, которые поддаются нанесению путем печати. Подобные полимеры, как правило, имеют структуры, в которых электроны сильно делокализованы, например, посредством π-связей (двойных или тройных связей), ароматических систем или электронно-ионных пар, которые включены в полимерную цепь. Следовательно, электроны могут свободно перемещаться вдоль структуры полимера. Степень делокализации определяет степень проводимости, т.е. полимеры, которые имеют слабо делокализованные электроны, будут менее проводящими, чем те, которые имеют непрерывную делокализацию во всей структуре полимера. Примерами проводящих полимеров являются полифениленвинилен (PPV), полианилин (PANI) и полипиррол (PPy). Структуры данных полимеров приведены ниже.
где РРV - электрические, механические и химические свойства подобных полимеров можно регулировать по желанию, например, посредством сшивания или замещения полимера или посредством соединения их с другими материалами перед печатью. Во многих случаях данные полимеры необходимо защищать от воздуха и влажности посредством размещения печатной барьерной пленки поверх полимеров или посредством осаждения полимеров одновременно с барьерной матрицей.
Другим классом наносимых путем печати электрически активных материалов 50 являются суспензии частиц. Данные материалы содержат небольшие твердые частицы электропроводящего материала (например, такого металла, как серебро или медь, или неметалла, такого как графит), которые взвешены в органическом растворителе или пользователе. Частицы придают материалу заданную удельную проводимость, в то время как органический растворитель или пользователь придает требуемые физические свойства (например, пластичность, коэффициент теплового расширения, легкость нанесения, вязкость и вязкость разрушения). Органический растворитель или пользователь также может способствовать улучшению электрических свойств электрически активного материала. Органический растворитель может испаряться после печати, и в данном случае частицы будут оставаться на поверхности пользователя. Альтернативно органический пользователь затвердевает после печати, так что пользователь обеспечивает улавливание частиц. Примерами последнего варианта осуществления являются эпоксидные смолы. Подобные суспензии частиц промышленно изготавливаются и поставляются на рынок компаниями DuPont electronics или TÄBY (Швеция).
Наносимые путем печати электрически активные материалы 50 согласно изобретению могут содержать смесь вышеописанных суспензий частиц и проводящих полимеров.
Существует возможность нанесения разных электрически активных материалов 50 путем печати в разных зонах или на разных элементах впитывающих прокладок в зависимости от типа электрической схемы, которая требуется. Посредством неоднократного нанесения электрически активных материалов 50 (возможно, имеющих разные электрические свойства) путем печати на один и тот же участок или элемент можно образовывать слои электрически активного материала, расположенные поверх друг друга. Альтернативно электрические компоненты могут быть образованы вместе с промежуточными слоями компонентов впитывающих прокладок, так что формируется структура многослойного типа. Это можно видеть на фиг.1. Элементы впитывающих прокладок 10 могут быть выбраны или обработаны так, чтобы они были или стали проницаемыми для электрически активного материала или противодействующими проникновению электрически активного материала. Все эти подходы обеспечивают возможность изготовления сложных электрических схем.
Печатные электрические схемы
Средство 30 обнаружения в соответствии с изобретением содержит электрическую схему 40, которая сформирована как одно целое и встроена во впитывающую прокладку 10, при этом, по меньшей мере, одна электрическая схема 40 образована из электрически активного материала 50, который был нанесен путем печати на один или несколько элементов впитывающей прокладки 10.
Электрические схемы делятся на два общих класса - активные схемы, которые содержат источник питания в качестве компонента схемы, и пассивные схемы, которые не содержат источника питания в качестве одного из их компонентов, но функционируют при приложенном извне питании.
Под выражением “integrally formed” («образованные за одно целое») понимается то, что электрическая схема 40 представляет собой неотъемлемую часть впитывающей прокладки 10 и не может быть удалена или разобрана без разрушения или впитывающей прокладки 10, или электрической схемы 40, или их обеих. При определенных обстоятельствах электрически активный материал 50 может проникать в элементы впитывающей прокладки 10.
На фиг.1А представлена принципиальная электрическая схема резонансного контура (также называемого резистивно-индуктивно-емкостной цепью), который состоит из емкости 60 и катушки 70 индуктивности. Естественно схема будет иметь определенную величину сопротивления; альтернативно резисторы могут быть включены параллельно или последовательно по отношению к конденсатору 60 и катушке 70 индуктивности.
Емкость С конденсатора математически может быть выражена следующим образом:
2
-12
th
0
r
где А - площадь обкладок конденсатора (в м); d - расстояние между обкладками (в м); ε - диэлектрическая проницаемость свободного пространства (около 8,8542×10 Ф/м), в то время как ε - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, помещенного между обкладками конденсатора, например конденсатор 60 включает в себя слой 80 диэлектрика между его обкладками 90. Целлюлоза в бумажных изделиях и изделиях из хлопка имеет относительную диэлектрическую проницаемость, составляющую около 6,5. Непропитанная сухая тонкая бумага (крафт-бумага) имеет относительную диэлектрическую проницаемость около 2,1. Полимеры, такие как полиэтилен и полипропилен, имеют значения относительной диэлектрической проницаемости в диапазоне от 2,2 до 2,5 (см. Kaye & Laby, Tables of Physical and Chemical Constants, 15 ed. (таблицы физических и химических констант, 15-е издание, 1986)).
Индуктивность L катушки индуктивности математически выражается следующим образом:
0
r
-7
где µ - магнитная проницаемость свободного пространства (4π × 10 генри на метр); µ - относительная магнитная проницаемость сердечника (безразмерная величина); N - число витков в катушке индуктивности; A - площадь поперечного сечения катушки индуктивности в квадратных метрах и l - длина в метрах.
0
Резонансная частота f резонансного контура может быть рассчитана, исходя из величин L и C согласно выражению
Следовательно, при наложении внешнего высокочастотного поля резонансный контур (фиг.1А) резонирует при низшей резонансной частоте, которую можно регулировать посредством выбора переменных характеристик конденсатора и катушки индуктивности, приведенных выше.
0
В одном варианте осуществления настоящего изобретения изменение содержания влаги во впитывающей прокладке 10 влияет на резонансную частоту f электрической схемы 40. Существует ряд способов, при которых это может быть достигнуто.
r
0
0
0
Во-первых, содержание влаги во впитывающей прокладке 10 может влиять на емкость конденсатора 60. Способный набухать в воде материал может присутствовать в слое 80 диэлектрика между обкладками 90 конденсатора 60, так что при смачивании расстояние d увеличивается и емкость уменьшается. Альтернативно поглощающий жидкости материал (такой как полимер со сверхвысокой поглощающей способностью (SAP), целлюлоза или любой другой поглощающий жидкости материал) может присутствовать в слое 80 диэлектрика между обкладками 90 конденсатора 60. В результате поглощения жидкости поглощающим жидкости материалом увеличивается относительная диэлектрическая проницаемость (ε) материала (поскольку вода имеет большую относительную диэлектрическую проницаемость), следовательно, увеличивается емкость конденсатора 60. В качестве дополнительной альтернативы растворимое в воде вещество, такое как неорганическая соль, может присутствовать в слое 80 диэлектрика между обкладками 90 конденсатора 60. Растворимое в воде вещество растворяется при контакте с жидкостью, и, следовательно, емкость конденсатора 60 будет изменяться, и резонансная частота f схемы будет изменяться. В качестве дополнительной альтернативы изменение сопротивления схемы будет приводить к изменению резонансной частоты f схемы. Изменение содержания влаги во впитывающей прокладке 10 влияет на сопротивление электрической схемы 40. Это может быть достигнуто, например, посредством использования проводящих полимерных материалов, защищенных растворимой в воде барьерной пленкой (например, эпоксидным материалом). При смачивании пленка растворяется, и вода, соли и мочевина будут вступать в реакцию с проводящим полимерным материалом, что приведет к изменению сопротивления схемы и, следовательно, резонансной частоты f.
При нанесении ее путем печати на элемент впитывающей прокладки, такой как лист бумаги или пластиковая пленка, схема (фиг.1А) может иметь вид, показанный на фиг.1В. Показана катушка 70 индуктивности, которая содержит плоскую спираль, нанесенную путем печати в виде электрически активного материала 50 на элемент впитывающей прокладки 10. Спираль, как правило, имеет от 5 до 20 витков. Спираль имеет первую центральную зону 110. Соответствующая вторая центральная зона 120 напечатана на противоположной поверхности элемента впитывающей прокладки; две центральные зоны 110, 120 совместно образуют обкладки конденсатора 60, которые разделены элементом впитывающей прокладки 10. Схему замыкают посредством электрически активного материала, который соединяет вторую центральную зону 120 с наружным концом спирали через элемент впитывающей прокладки 10.
Альтернативный вариант печати схемы показан на фиг.1С, где показана катушка 70 индуктивности, которая содержит плоскую спираль такой формы, как на фиг.1В. Конденсатор 60 образован первой 160 и второй 150 зонами, расположенными на противоположных поверхностях элемента впитывающей прокладки 10, снаружи зоны, образованной спиралью. Данные первая 160 и вторая 150 зоны вместе образуют обкладки конденсатора 60.
0
0
Альтернативный способ, в котором содержание влаги во впитывающей прокладке 10 может повлиять на резонансную частоту f электрической схемы 40, заключается в разрушении, а именно в приведении в состояние негодности электрической схемы 40. Другими словами, изменение содержание влаги во впитывающей прокладке 10 приводит к «изменению» резонансной частоты f электрической схемы 40. Это может быть достигнуто посредством электрической схемы, подобной проиллюстрированной на фиг.2А. Подобная схема содержит слабое место 200, которое, например, содержит растворимый в воде, электрически активный материал или электрически активный материал, который нанесен путем печати на растворимый в воде элемент. Впитывающая прокладка, содержащая подобную электрическую схему (фиг.2А), будет резонировать на резонансной частоте при наложении внешнего высокочастотного поля. Тем не менее, при контакте с жидкостью электрическая схема 40 физически разрушается из-за наличия слабого места 200, становится схемой с высоким сопротивлением или, по существу, разомкнутой схемой, в этом случае электрическая схема 40 не будет резонировать при наложении внешнего высокочастотного поля.
На фиг.2В показано, как электрическая схема 40 (фиг.2А) может быть нанесена путем печати. В печатном виде электрическая схема 40 имеет, по существу, такой же вид, как схема на фиг.1В с катушкой 70 индуктивности, которая содержит плоскую спираль и две центральные зоны 300, 310, которые образуют обкладки 90 конденсатора 60. Схема на фиг.2В имеет слабое место 200, которое разрушается при контакте с жидкостью.
В дополнительном варианте осуществления электрическая схема 40 может содержать датчик 400, подсоединенный параллельно или последовательно по отношению к конденсатору 60 и катушке 70 индуктивности. Изменение содержания влаги во впитывающей прокладке 10 влияет на проводимость датчика 400 по току. Принципиальная схема, где показано применение датчика 400, показана на фиг.3А.
Печатные датчики 400 могут иметь ряд форм. Одна возможность заключается в нанесении датчика 400 путем печати в виде многослойной структуры, аналогичной той, которая описана выше для конденсаторов 60. Данная конструкция требует двух слоев электрически активного материала 50, разделенных диэлектрическим материалом. Альтернативно датчик может иметь встречноштыревую конструкцию, в которой электрически активный материал 50 нанесен путем печати в виде двух «вильчатых» конфигураций, в которых зубцы вилок перемежаются, но без электрического контакта между зубцами. Данная схема расположения является предпочтительной, поскольку она может быть нанесена путем печати в виде одного слоя, что делает ее менее дорогой при печати по сравнению с печатью нескольких слоев. Следовательно, в одном варианте осуществления настоящего изобретения средство 30 обнаружения влажности нанесено путем печати на элемент впитывающей прокладки 10, которая расположена рядом с внутренней поверхностью заднего листа 14 впитывающей прокладки 10.
0
Принципы, положенные в основу датчика 400, аналогичны тем, которые предусмотрены при формировании конденсатора 60. При контакте с жидкостью диэлектрическая проницаемость датчика 400 изменяется. Это может быть достигнуто с помощью физических размеров или относительной диэлектрической проницаемости датчика 400, изменяющихся при контакте с жидкостью. В результате резонансная частота f резонансного контура изменяется.
На фиг.4 показана принципиальная схема усовершенствованной электрической схемы 500, которая может служить средством 30 обнаружения влажности. Схема содержит первую катушку 70а индуктивности, первый конденсатор 60а и датчик 400, соединенные параллельно, при этом диод 410 расположен последовательно с первой катушкой 70а индуктивности. Датчик 400 соединен параллельно через транзистор 420 со схемой, которая представляет собой резонансный контур, содержащий вторую катушку 70b индуктивности и второй конденсатор 60b. Транзистор 420 дополнительно подсоединен через имеющий большое сопротивление резистор 430 смещения и третью катушку 70с индуктивности.
Далее описана работа усовершенствованной электрической схемы 500. При работе схема 500 подвергается воздействию переменного магнитного поля с первой частотой
1
f, которая предпочтительно находится в диапазоне от 10 кГц до 100 кГц. Первая катушка 70а индуктивности включает в себя достаточно витков и имеет достаточную площадь А, так что сигнал, индуцированный в первой катушке 70а индуктивности, имеет амплитуду порядка нескольких вольт. Диод 410 выполнен с возможностью приведения его в действие для выпрямления сигнала для генерирования рабочего напряжения питания при работе на первом конденсаторе 60а.
Когда датчик 400 сухой (то есть событие, вызывающее пачкание, еще не произошло), транзистор 420 типа n-p-n-транзистора или МОП-транзистора (транзистора со структурой металл-оксид-полупроводник) смещается в непроводящее состояние посредством резистора 430 смещения; подобное непроводящее состояние затрудняет колебательный процесс в транзисторе 420.
Когда происходит событие, вызывающее пачкание, датчик 400 становится проводящим, что вызывает смещение транзистора 420 в зону активной части его характеристики, положительная обратная связь возникает между второй и третьей катушками 70b, 70с индуктивности, что вызывает колебания в транзисторе с частотой
2
2
1
f, определяемой второй катушкой 70b индуктивности и вторым конденсатором 60b. Возможно, вторая частота f имеет, по существу, по меньшей мере, порядок величины, превышающей частоту f наложенного возбуждающего магнитного поля.
2
4
На фиг.5 показано, каким образом электрическая схема 500 (фиг.4) может быть нанесена путем печати на впитывающую прокладку 10. Первая катушка 70а индуктивности содержит относительно большое число витков, например от 50 до 500, и может быть нанесена путем печати вместе с первым конденсатором 60а так же, как схемы на фиг.1-3. Датчик 400 может быть нанесен путем печати так же, как показано на фиг.3. Диод 410 может быть нанесен путем печати посредством образования нескольких слоев электрически активного материала с выбранными электрическими свойствами, чтобы обеспечить требуемые p-n-переходы. Аналогичным образом слои электрически активного материала с разными электрическими свойствами могут быть использованы для формирования транзистора 420 или в исполнении со структурой металл-оксид-полупроводник, или с биполярной структурой. Известны полностью печатные транзисторные устройства с подвижностью 0,1-0,2 см/(В·с) и отношениями уровней в состоянии «включено-выключено», составляющими 10 (Калифорнийский университет, Беркли). Сначала электрод затвора наносят путем печати на подложку посредством использования нанокристаллов золота. За этим следует низкотемпературный отжиг, и затем полимерный диэлектрик осаждают посредством струйной печати. Затем печатают контакты истока/стока также посредством использования нанокристаллов золота.
2
2
Вторая и третья катушки 70b, 70с индуктивности содержат меньшее число витков, чем первая катушка индуктивности (например, 5-20 витков), и могут быть нанесены путем печати вместе со вторым конденсатором 60b так же, как схемы на фиг.1-3. Желательно, чтобы первая катушка 70а индуктивности была расположена на расстоянии от второй и третьей катушек 70b, 70с индуктивности, чтобы связь между первой катушкой 70а индуктивности и второй, и третьей катушками 70b, 70с индуктивности была минимизирована. Например, первая катушка 70а индуктивности может быть расположена на задней стороне впитывающей прокладки 10, в то время как вторая и третья катушки 70b, 70с индуктивности расположены на передней стороне впитывающей прокладки 10. Соответственно датчик 400 нанесен путем печати в промежностной зоне впитывающей прокладки 10, которая представляет собой зону, в которой легче всего обнаружить смачивание. Высокочастотное излучение с частотой f может быть обнаружено во внешнем детекторном устройстве, (например, в приемопередатчике 700), которое избирательно реагирует на излучение от прокладки 10 с частотой f.
В качестве альтернативы вышеописанному пассивному средству 30 обнаружения влажности, это средство обнаружения влажности может быть активным, то есть может содержать источник питания. Несмотря на то, что подобные активные средства 30 обнаружения влажности являются более сложными, они могут обеспечить значительно более широкую функциональность по сравнению с пассивным средством 30 обнаружения влажности. Печатная электрическая схема 40 может быть разделена на пять основных частей. Они представляют собой печатные аккумуляторные батареи, печатные антенны, печатные запоминающие схемы, печатные логические схемы и печатные датчики. Наиболее существенными элементами являются печатные аккумуляторные батареи, печатные антенны и печатные датчики.
Печатные аккумуляторные батареи содержат электролит, размещенный между двумя электродами. В печатных аккумуляторных батареях электролит обычно имеет вид геля, который герметично закрыт, чтобы избежать утечки. Пригодными электролитами являются углеродно-цинковые электролиты или диоксид цинка-марганца. Одна возможная структура печатной аккумуляторной батареи представляет собой чередующиеся слои цинка и катодные, и анодные слои на основе диоксида марганца. Печатные аккумуляторные батареи могут иметь толщину, которая, как правило, составляет от 0,5 до 1 мм, и в случае круглой формы диаметр составляет от 25 до 50 мм. Стандартные значения выходного напряжения составляют 1,5 В так же, как у многих обычных аккумуляторных батарей. Их изготавливают с помощью типового оборудования и технологических процессов печати, сушки и ламинирования. Печатные аккумуляторные батареи промышленно изготавливаются и поставляются на рынок, например, компанией PowerPaper Ltd., Израиль, или компанией Thin Battery Technology (TBT) Inc., США. Аккумуляторная батарея может функционировать как датчик. Печатные аккумуляторные батареи могут быть выполнены таким образом, что они будут неактивными до момента входа их в контакт с жидкостью. При активации (смачивании) аккумуляторная батарея обеспечивает подачу тока к схеме, включающей в себя одну или несколько антенн. Это обеспечивает генерирование высокочастотного сигнала. Подобные аккумуляторные батареи устраняют необходимость в отдельном датчике и обладают стойкостью при хранении.
Имеются антенны в виде печатных антенн, внутренних слоев или готовых наклеек. Антенны обычно наносят путем печати с использованием суспензий частиц на основе серебра, таких как описанные выше, которые совместимы как с бумажными, так и с полимерными элементами впитывающей прокладки. Подобные антенны могут обеспечить характеристики при использовании, соответствующие традиционным медным или алюминиевым антеннам. Примером промышленно изготавливаемой и имеющейся на рынке печатной антенны является антенна FleX Wing, изготавливаемая фирмой Precisia LLP.
Активное средство 30 обнаружения влажности может быть выполнено с возможностью обеспечения продолжительного срока службы аккумуляторной батареи, например, посредством подачи импульсов питания от аккумуляторной батареи или посредством использования аккумуляторной батареи только для питания запоминающего устройства и использования пассивного средства 30 обнаружения влажности для генерирования высокочастотного сигнала. Печатная логическая схема может быть использована для мониторинга печатного датчика через заданные интервалы времени и запоминания результата в печатном запоминающем устройстве. Кроме того, если активное средство 30 обнаружения влажности содержит более одного печатного датчика в разных местах во впитывающей прокладке 10, логическая схема может быть использована для сравнения сигналов от датчиков и сбора данных, относящихся к характеру и уровню влажности и местоположению влаги во впитывающей прокладке 10. Особый интерес представляют средства 30 обнаружения влажности, которые обеспечивают количественное измерение состояния впитывающей прокладки, а не простое определение того, имеется ли влажность или нет («включено-выключено»). Печатные запоминающие схемы могут быть использованы для сохранения записи о состоянии впитывающей прокладки 10. Предпочтительно запоминающее устройство не требует постоянной подачи питания.
Впитывающие прокладки 10 согласно настоящему изобретению используются в сочетании с радиочастотным приемопередатчиком 700 (фиг.6). Приемопередатчик 700 содержит: индукционную катушку, которая создает высокочастотное поле; антенну, которая обнаруживает радиочастотный сигнал, генерируемый электрической схемой 40; средство индикации, например одно или несколько устройств для воспроизведения слышимого звука, индикаторных ламп, дисплейный экран и т.д.; источник питания (например, аккумуляторные батареи) и схемы для управления индукционной катушкой, антенной и средством индикации. Средство индикации может представлять собой громкоговоритель, который генерирует слышимый сигнал, или светоизлучающий диод, который зажигается, когда впитывающая прокладка 10 должна быть заменена. Альтернативно состояние впитывающей прокладки 10 может быть воспроизведено на дисплейном экране, который образует часть приемопередатчика 700. Приемопередатчик 700 предпочтительно представляет собой портативное переносное устройство, так что состояние впитывающей прокладки 10 может быть определено легко и быстро без причинения беспокойства пользователю.
Приемопередатчик 700 генерирует высокочастотное поле, которое соответствует резонансной частоте электрической схемы 40. Электрическая схема 40 резонирует, и высокочастотный сигнал, формированный таким образом, может быть обнаружен приемопередатчиком 700. Высокочастотный сигнал, генерируемый электрической схемой 40, предпочтительно находится в диапазоне от 10 до 100 кГц. Для обеспечения возможности обнаружения даже слабых высокочастотных (радиочастотных) сигналов, генерируемых электрической схемой 40, предпочтительно, чтобы высокочастотное поле, генерируемое приемопередатчиком, было импульсным, так что любые слабые высокочастотные сигналы, генерируемые электрической схемой 40, не будут забиваться высокочастотным полем, создаваемым приемопередатчиком 700. Электрическая схема 40 будет продолжать резонировать в течение короткого времени после прерывания [генерирования] высокочастотного поля, генерируемого приемопередатчиком 700, так что слабые высокочастотные сигналы могут быть обнаружены в приемопередатчике 700. Предпочтительно, чтобы приемопередатчик 700 имел порог, ниже которого высокочастотный сигнал, генерируемый электрической схемой 40, не будет активировать средство индикации. Это обеспечит преимущества, заключающиеся в том, что будет отсутствовать необходимость в замене впитывающей прокладки 10 после каждого события, вызывающего пачкание, но вместо этого персонал, осуществляющий медицинский уход, может ждать до тех пор, пока не будет достигнут определенный уровень влажности.
Приемопередатчик 700 может быть выполнен с возможностью сканирования некоторого диапазона частот. Таким образом, могут восприниматься незначительные отклонения резонансной частоты электрической схемы 40. Кроме того, за счет сканирования некоторого диапазона частот можно будет видеть «продвижение» электрической схемы 40 от исходной резонансной частоты к конечной резонансной частоте, что также позволяет человеку, осуществляющему уход, ждать до тех пор, пока не будет достигнут определенный уровень влажности, чтобы сменить впитывающую прокладку.
Приемопередатчик 700 содержит блок памяти, в котором можно хранить данные, относящиеся к числу случаев замены впитывающей прокладки. Данная информация может быть загружена в компьютер и затем использована лицами, осуществляющими уход, для получения статистических данных или для прогнозирования расходования впитывающих прокладок в будущем. Кроме того, если определенная электрическая схема 40 обеспечивает определенную резонансную частоту, которая может соотноситься с определенным пользователем, могут быть собраны данные, относящиеся к определенному пользователю.
Средство 30 обнаружения влажности согласно изобретению может содержать множество датчиков 400, расположенных в разных зонах впитывающих прокладок 10. Таким образом, можно осуществлять мониторинг характера, уровня влажности и местоположения влаги во впитывающей прокладке 10. Предпочтительно, чтобы датчики 400 были расположены в промежностной зоне впитывающей прокладки 10, где наиболее вероятно обнаружение влажности. В качестве дополнения или альтернативно впитывающая прокладка 10 может содержать множество средств 30 обнаружения влажности, расположенных в различных зонах впитывающих прокладок 10. Если средство 30 обнаружения влажности представляет собой средство «короткозамкнутого» типа (подобное показанному и описанному на фиг.2А-2В), оно предпочтительно расположено в промежностной зоне впитывающей прокладки, где наиболее вероятно обнаружение влажности. Тем не менее, если средство 30 обнаружения влажности представляет собой средство не такого типа (например, если оно чувствительно к влаге) предпочтительно, чтобы оно не было расположено в промежностной зоне, чтобы оно не насыщалось немедленно после пачкания впитывающей прокладки 10.
Не следует ограничивать настоящее изобретение вышеприведенным описанием и вариантами осуществления, оно ограничено лишь приложенной формулой изобретения. В частности, признаки (элементы), которые показаны в связи с одним вариантом осуществления, могут быть скомбинированы с признаками (элементами) или заменены признаками (элементами) из одного или нескольких других вариантов осуществления.