技术领域

本发明涉及电力领域， 特别涉及一种摩擦电压力感应电缆及基于该电 缆 的智能地垫。

背景技术

压力感应电缆是一种采用同轴设计的压力传感 器， 通常的压力感应电缆 采用压电形式实现，也称为压电感应电缆。 当压电感应电缆被压縮或拉伸时， 会发生压电效应， 从而产生正比于压力的电荷或电压信号。 上述利用压电原 理制作的压力感应电缆虽然为人们提供了很多 方便， 但尚存在着一定的缺 陷： 例如， 现有的压力感应电缆一般由金属编织芯线、 压电材料和金属外壳 制成同轴结构， 在制造过程中， 需要将压电材料置于一个强电场中极化， 导 致制造工艺非常复杂。 另一方面， 物体和物体之间相互摩擦时会使一方带上 负电， 另一方带上正电， 这种由于物体间摩擦而产生的电叫摩擦电。 摩擦电 是自然界最常见的现象之一， 且摩擦电的产生条件非常宽泛， 因此， 如果能 够将摩擦电应用到压力感应电缆中， 势必会给人们的生活带来更多的便利。

另外， 地垫在人们的日常生活中被广泛应用， 其具有柔软舒适、 吸附灰 尘以及装饰美观等多重功效。 通常情况下， 地垫被应用于家庭、 宾馆、 大厦 等的出入口处， 因此， 每当人们出入时都要不可避免的经过地垫。 地垫的使 用频率如此之高， 又是人们出入时的必经之处， 因此， 如果地垫能够兼具报 警功能必将为安防工作带来诸多便利。 虽然目前有部分地垫具备报警功能， 但是， 这些地垫中的传感器往往结构复杂、 成本高昂， 且传感器本身无法实 现自给供电。 发明内容

本发明提供了一种摩擦电压力感应电缆及基于 该电缆的智能地垫， 用以 解决现有技术中利用压电技术实现的压力感应 电缆工艺复杂的问题， 以及现 有技术的报警地垫中的传感器往往结构复杂、 成本高昂， 且传感器本身无法 实现自给供电的问题。

一种摩擦电压力感应电缆， 包括： 导体线芯层、 以及包裹在所述导体线 芯层外部的摩擦结构层， 所述导体线芯层和所述摩擦结构层之间相互接 触的 部分作为所述摩擦电压力感应电缆的摩擦界面 ，其中，所述导体线芯层包括： 至少一个导电芯， 所述至少一个导电芯作为所述摩擦电压力感应 电缆的第一 感应信号输出端； 所述摩擦结构层包括：金属层， 所述金属层作为所述摩擦 电压力感应电缆的第二感应信号输出端；并且 ，所述导体线芯层进一步包括： 设置在所述导电芯外部的第一绝缘层， 和 /或， 所述摩擦结构层进一步包括： 第二绝缘层， 其中， 所述第二绝缘层的第一侧表面与所述金属层相 互接触， 所述第二绝缘层的第二侧表面与所述导体线芯 层相互接触。

一种基于上述的摩擦电压力感应电缆的智能地 垫， 包括地垫本体， 且进 一步包括： 至少一个上述的摩擦电压力感应电缆、 信号处理器以及报警器， 其中， 所述摩擦电压力感应电缆设置于所述地垫本体 的内部或表面， 且所述 摩擦电压力感应电缆的感应信号输出端与所述 信号处理器的输入端相连， 所 述信号处理器的输出端与所述报警器相连。

本发明实施例中， 利用包裹在导体线芯层上的摩擦结构层与所述 导体线 芯层之间的摩擦来产生感应信号， 导体线芯层和摩擦结构层之间相互接触的 部分作为所述摩擦电压力感应电缆的摩擦界面 ， 从而利用摩擦电实现了压力 感应电缆的制作。 由于本发明中只需制作出两个用于摩擦的界面 即可， 无需 极化等过程， 因此， 大大简化了制作工艺。 另一方面， 在本发明另一实施例 中， 在地垫本体上设置有摩擦电压力感应电缆， 该摩擦电压力感应电缆能够 作为传感器来感应外力， 并在受到外力作用时产生感应信号， 该感应信号通 过信号处理器触发报警器报警， 由此实现了通过地垫进行报警的功能。而且， 将摩擦电压力感应电缆作为传感器使用时， 由于感应电缆本身能够产生摩擦 电， 因而不需要额外为传感器供电， 从而节省了电能， 实现了传感器的自给 供电，且利用的是自然界中广泛存在的摩擦电 ， 与电池等传统供电方式相比， 更加环保。 另外， 通过摩擦电压力感应电缆实现的传感器结构简 单， 成本低 廉， 便于地垫的大规模生产。 附图概述

图 la和图 lb分别示出了本发明实施例一提供的摩擦电压� ��感应电缆的 立体结构示意图和径向截面结构示意图； 图 2a 示出了本发明实施例二提供的摩擦电压力感应 电缆的立体结构示 意图；

图 2b示出了图 2a中的摩擦结构层尚未完全缠绕在导体线芯层� ��时的结 构图；

图 3示出了本发明实施例三提供的摩擦电压力感� �电缆的立体结构示意 图；

图 4示出了当图 lb 中的导电芯为三个时， 对应的感应电缆的径向截面 结构示意图；

图 5示出了本发明实施例提供的基于摩擦电压力� �应电缆的智能地垫的 结构示意图；

图 6a至图 6e示出了本发明实施例提供的基于摩擦电压力� ��应电缆的智 能地垫中的摩擦电压力感应电缆的几种排布方 式的示意图； 以及

图 7示出了本发明实施例提供的基于摩擦电压力� �应电缆的智能地垫中 的触发电路的一种结构示意图。

本发明的较佳实施方式

为充分了解本发明之目的、 特征及功效， 借由下述具体的实施方式， 对 本发明做详细说明， 但本发明并不仅仅限于此。 本发明提供了一种摩擦电压力感应电缆及基于 该电缆的智能地垫， 用以 解决现有技术中利用压电技术实现的压力感应 电缆工艺复杂的问题， 以及现 有技术的报警地垫中的传感器往往结构复杂、 成本高昂， 且传感器本身无法 实现自给供电的问题。

本发明提供的摩擦电压力感应电缆包括： 导体线芯层、 以及包裹在该导 体线芯层外部的摩擦结构层， 导体线芯层和摩擦结构层之间相互接触的部分 作为摩擦电压力感应电缆的摩擦界面， 其中， 该导体线芯层包括： 至少一个 导电芯， 该至少一个导电芯作为摩擦电压力感应电缆的 第一感应信号输出 端； 该摩擦结构层包括：金属层， 该金属层作为摩擦电压力感应电缆的第二 感应信号输出端； 并且， 该导体线芯层进一步包括： 设置在该导电芯外部的 第一绝缘层， 和 /或， 该摩擦结构层进一步包括： 第二绝缘层， 其中， 该第 二绝缘层的第一侧表面与该金属层相互接触， 该第二绝缘层的第二侧表面与 该导体线芯层相互接触。

具体地， 第二绝缘层的第一侧表面与金属层相互接触时 ， 既可以采取固 定式接触的方式也可以采取非固定式接触的方 式。 在上述方案中， 利用包裹在导体线芯层上的摩擦结构层与导体 线芯层之 间的摩擦来产生感应信号， 导体线芯层和摩擦结构层之间相互接触的部分 作 为所述摩擦电压力感应电缆的摩擦界面， 从而利用摩擦电实现了压力感应电 缆的制作。 由于本发明中只需制作出两个用于摩擦的界面 即可， 无需极化等 过程， 因此， 大大简化了制作工艺。

下面通过几个具体的实施例对上面介绍的摩擦 电压力感应电缆的结构 进行详细介绍。 实施例一、 图 l a和图 lb分别示出了本发明实施例一提供的摩擦电压� ��感应电缆的 立体结构示意图和径向截面结构示意图。 如图 la 所示， 该摩擦电压力感应 电缆包括：导体线芯层 1和螺旋式缠绕在该导体线芯层 1 上的摩擦结构层 2， 其中， 导体线芯层 1和摩擦结构层 2之间相互接触的部分作为该摩擦电压力 感应电缆的摩擦界面。 另参见图 1 b 可知， 该导体线芯层进一步包括： 导电 芯 1 1和包裹在该导电芯 1 1外部的第一绝缘层 1 2。该摩擦结构层进一步包括： 金属层 21 以及与该金属层 21层叠设置的第二绝缘层 22。

具体地， 上述的导电芯 1 1 一般为圆柱体结构， 包裹该导电芯 1 1 的第一 绝缘层 1 2为圆环体结构 （其径向截面为圆环结构） ， 且该第一绝缘层 1 2与 该导电芯 1 1 同轴设置， 由此形成的导体线芯层也为圆柱体结构。 具体制作 时， 可以采用挤出或者浇注成型工艺， 在导电芯 11 的外侧制作第一绝缘层 12， 使第一绝缘层 12整体连续包覆在导电芯的外表面上。

另外， 层叠设置的金属层 21和第二绝缘层 22之间可以是相互固定在一 起的。 例如， 可以通过印刷、 蒸镀或射频溅射等各种工艺， 在制作好的第二 绝缘层 22的第一侧表面上固定设置金属层 21。 在本实施例中， 金属层 21 为 带状结构 （例如金属带或金属箔） ， 第二绝缘层 22 也为带状绝缘层， 由此 构成的摩擦结构层也为双层的带状结构。 该带状结构的摩擦结构层以螺旋方 式缠绕在上述的导体线芯层上， 具体缠绕时， 将第二绝缘层 22 的第二侧表 面 （即未固定金属层 21 的一侧表面） 缠绕在导体线芯层中的第一绝缘层 1 2 的外表面上。 因此， 从图 1 b 所示的径向截面结构示意图看到， 该摩擦电压 力感应电缆由内到外依次为导电芯 11、 第一绝缘层 12、 第二绝缘层 22和金 属层 21。 优选地， 摩擦结构层以螺旋式缠绕的方式覆盖导体线芯 层的整个外 表面。 具体地， 摩擦结构层的缠绕间距可以根据需要灵活选择 ， 优选采用紧 密缠绕的方式进行缠绕， 即： 相邻的两缠绕层之间无缝隙或缝隙极小 （其中， 缝隙极小是考虑到接触面在微观状态下不可能 完全没有缝隙的情况）。例如， 以摩擦结构层按照从左向右的方向逐圈地螺旋 式缠绕导体线芯层为例， 从左 边数第一个缠绕层的左侧边与第二个缠绕层的 左侧边之间的距离恰好等于 摩擦结构层的带状宽度 （后续缠绕层的间距依此类推） ， 因此， 每相邻的两 个缠绕层之间既不会出现空隙也不会相互重叠 。 采用这种缠绕方式制作的电 缆能够全面地感应到电缆上每个细微部分的压 力情况， 因此能够显著提高电 缆感应信号时的准确率。 当然， 也可以适当调整摩擦结构层的缠绕间距， 使 每相邻的两个缠绕层之间存在部分重叠区域， 以防止电缆因发生弯曲而使两 个相邻的缠绕层之间出现间隙； 相反地， 还可以使每相邻的两个缠绕层之间 存在适当的空隙， 以便在准确度要求较低的情况下尽可能地节省 制作成本。

在上述的摩擦电压力感应电缆中， 第一绝缘层 1 2和第二绝缘层 22之间 相互接触的部分作为该电缆的摩擦界面， 导电芯 1 1和金属层 21 分别作为该 电缆的两个感应信号输出端。

下面具体介绍一下本实施例的摩擦电压力感应 电缆的工作原理： 当该摩 擦电压力感应电缆发生机械形变时，摩擦电压 力感应电缆中的第二绝缘层 22 与第一绝缘层 1 2相互摩擦产生静电荷， 从而在导电芯 1 1 和金属层 21 上感 应出电荷， 由此导致导电芯 1 1和金属层 21 之间出现电势差。 由于导电芯 1 1 和金属层 21 之间电势差的存在， 自由电子将通过外电路由电势低的一侧流 向电势高的一侧， 从而在外电路中形成电流。 当该摩擦电压力感应电缆恢复 到原来状态时， 这时形成在导电芯 1 1和金属层 21 之间的内电势消失， 此时 已平衡的导电芯 1 1和金属层 21 之间将再次产生反向的电势差， 则自由电子 通过外电路形成反向电流。 在具体应用中， 上述摩擦电压力感应电缆在受力 条件下， 通过第二绝缘层 22与第一绝缘层 12之间的摩擦， 能够产生与施加 到压力感应电缆上的压力大小——对应的电压 信号， 压力与电压信号的关系 优选为单调递增关系或线性关系。

下面集中介绍一下上述电缆中各部分的材^ :

其中， 导电芯的材^可以从以下材 ^中选择： 铟锡氧化物、 石墨烯、 银 纳米线膜、 金属或合金； 所述金属是锌、 锡、 金、 银、 铂、 钯、 铝、 镍、 铜、 钛、 铬、 铁、 锰、 钼、 钨或钒； 所述合金是钢、 铝合金、 钛合金、 镁合金、 铍合金、 铜合金、 锌合金、 锰合金、 镍合金、 铅合金、 锡合金、 鎘合金、 铋 合金、 铟合金、 镓合金、 钨合金、 钼合金、 铌合金或钽合金。 优选地， 导电 芯为棵铜线、 镀锡铜线、 棵铜绞镀铜线、 镀绞镀铜线、 镀银铜线、 铜箔丝、 铜包钢或聚氨酯漆包线。

金属层可以通过导电薄膜层来制作， 例如， 可以为金属薄膜、 合金薄膜、 或金属复合层薄膜等具有优良的电导能力的薄 膜。 另外， 金属层的材^也可 以参照导电芯的材^进行选择。

第一绝缘层和第二绝缘层的材料分别选自以下 材料中的一种： 为聚乙烯 塑料、 聚丙烯塑料、 氟塑料、 聚氯乙烯、 聚全氟乙丙烯、 尼龙、 聚烯烃、 氯 化聚乙烯、 氯磺化聚乙烯、 硅橡胶、 四氟乙烯-乙烯共聚物、 聚三氟氯乙烯、 聚苯乙烯、 氯化聚醚、 聚酰亚胺、 聚酯、 乙烯-醋酸乙烯共聚物 EVA、 热塑 性疏化橡胶 TPV、 热塑性聚氨酯弹性体橡胶 TPU、 三元乙丙橡胶 EPDM、 热 塑性橡胶 TPR、 聚对苯二甲酸乙二醇酯 PET、 聚四氟乙烯 PTFE、 聚二甲基 硅氧烷 PDMS、 聚偏氟乙烯、 聚酯纤維、 氟化乙烯丙烯共聚物、 聚酰亚胺薄 膜或苯胺甲醛树脂薄膜。 优选地， 为了提高摩擦效果， 当摩擦电压力感应电 缆同时包括第一绝缘层和第二绝缘层时， 第一绝缘层和第二绝缘层的材^不 同。

另外， 为了进一步提高感应电缆的灵敏度， 还可以在第二绝缘层的第二 侧表面 （即与导体线芯层相接触的一个侧表面） 上设置微纳结构。 由于微纳 结构的存在， 能够显著提高摩擦阻力， 由此， 当电缆受到挤压时， 两个摩擦 界面的相对表面能够更好地接触摩擦， 并在导电芯和金属层处感应出较多的 电荷。 上述的微纳结构具体可以采取如下两种可能的 实现方式： 第一种方式 为， 该微纳结构是微米级或纳米级的非常小的凹凸 结构。 该凹凸结构能够增 加摩擦阻力， 提高发电效率。 具体地， 该凹凸结构可以是半圆形、 条紋状、 立方体型、 四棱锥型、 或圆柱形等形状的凹凸结构。 第二种方式为， 该微纳 结构是纳米级孔状结构， 此时第二绝缘层所用材料优选为聚偏氟乙烯 (PVDF) ， 其厚度为 0.5-1.2mm (优选 1.0mm) ， 且其相对导体线芯层的面 上设有多个纳米孔。 其中， 每个纳米孔的尺寸， 即宽度和深度， 可以根据应 用的需要进行选择， 优选的纳米孔的尺寸为： 宽度为 10-100nm 以及深度为 4-50μπι。 纳米孔的数量可以根据需要的输出电流值和电 压值进行调整， 优选 的这些纳米孔是孔间距为 2-30μπι的均勾分布， 更优选的平均孔间距为 9μπι 的均匀分布。

另外， 本实施例中的摩擦电压力感应电缆还可以进一 步包括屏蔽层 3和 保护层 4。 其中， 屏蔽层 3 包裹在摩擦结构层的外侧， 用于屏蔽干扰信号。 优选地， 可以采用编织铜网、 铜屏蔽带、 铝塑复合带或铜塑复合带来制作该 屏蔽层。 屏蔽层的材料可以参照导电芯的材料进行选择 ， 此处不再赘述。 保 护层 4包裹在屏蔽层 3的外侧， 用于对整个电缆起到保护作用， 防止尖锐物 品划伤电缆。保护层 4的材^可以为聚乙烯， 乙丙橡胶（EPR) 、 丁晴橡胶、 聚氯乙烯 （PVC) 、 聚烯烃 （聚乙烯及其衍生物） 、 氟塑料 （PTFE) 、 聚全 氟乙丙烯、 四氟乙烯一乙烯共聚物、 聚三氟氯乙烯、 聚丙烯 （ΡΡ) 、 聚苯乙 烯 （PS) 、 氯化聚醚、 聚酰胺 （尼龙） 、 聚酰亚胺、 或聚酯 （PET) 等。

在实施例一中主要以摩擦结构层为带状结构为 例进行了介绍， 在实际情 况中， 实施例一中的摩擦结构层也可以为线状结构， 此时， 摩擦结构层中的 金属层为至少一个金属芯 （该金属芯可由金属丝或金属线构成） ， 而第二绝 缘层则为包裹在该至少一个金属芯外部的圆筒 状绝缘层。 其中， 当金属芯为 多个时， 多个金属芯之间既可以相互平行也可以相互缠 绕， 第二绝缘层整体 性包裹在这多个相互平行或相互缠绕的金属芯 的外部。 此时， 第二绝缘层的 外表面 （即第二侧表面） 缠绕在导体线芯层上， 第二绝缘层的内表面 （即第 一侧表面） 包裹住金属层并与金属层相互固定。 其中， 当摩擦结构层为线状 结构时， 可以参照感应线圈的方式一圈圈地缠绕在导体 线芯层上， 具体的缠 绕间距也可以根据实际情况进行调节， 优选紧密缠绕方式。

另外， 上面介绍的摩擦结构层中的第二绝缘层和金属 层是作为一个整体 一起缠绕到导体线芯层上的 （无论第二绝缘层和金属层之间是相互固定的 还 是不固定的， 二者都是作为一个整体一起进行缠绕的） 。 实际上， 实施例一 中的第二绝缘层和金属层也可以分别缠绕到导 体线芯层上： 例如， 先将线状 结构或带状结构的第二绝缘层螺旋式缠绕在导 体线芯层上， 然后， 再将金属 层设置在该第二绝缘层的外部， 其中， 金属层在设置时， 既可以通过螺旋式 缠绕的方式设置在第二绝缘层的外部 （此时金属层可以是金属丝、 金属线、 金属带或金属箔等） ， 也可以通过整体性包覆的方式设置在第二绝缘 层的外 部 （此时金属层可以是诸如编织铜网之类的金属 网、 或整体性包裹在第二绝 缘层外部的金属筒等， 例如可以由铜屏蔽带、 铝塑复合带或铜塑复合带来制 作该金属筒） 。 总之， 本实施例对第二绝缘层与金属层之间的具体设 置方式 不做限定， 只要能够实现摩擦发电的目的即可。

实施例二、

图 2a 示出了本发明实施例二提供的摩擦电压力感应 电缆的立体结构示 意图。 如图 2a所示， 该摩擦电压力感应电缆包括： 导体线芯层 1 和螺旋式 缠绕在该导体线芯层 1 上的摩擦结构层 2。 另外， 为了更加清楚地表述出上 述的摩擦结构层 2的缠绕方式， 图 2b示出了图 2a中的摩擦结构层 2尚未完 全缠绕在导体线芯层 1 上时的结构图， 从图 2b 中可以看到， 摩擦结构层 2 的末端部分还没有缠绕在导体线芯层 1 上。

本实施例中的摩擦结构层与实施例一相同， 具体包括层叠设置的金属层 和第二绝缘层。 本实施例与实施例一的主要区别在于： 本实施例中的导体线 芯层 1 只包括导电芯， 而不包括包裹在该导电芯外部的第一绝缘层。

因此， 该摩擦电压力感应电缆由内到外依次为导电芯 、 第二绝缘层和金 属层 （第二绝缘层和金属层的具体设置方式可参照 实施例一， 此处不再赘 述） 。 其中， 导电芯和第二绝缘层之间相互接触的部分作为 该电缆的摩擦界 面， 导电芯和金属层分别作为该电缆的两个感应信 号输出端。

本实施例中的摩擦电压力感应电缆的工作原理 与实施例一类似： 当该摩 擦电压力感应电缆发生机械形变时， 摩擦电压力感应电缆中的导电芯与第二 绝缘层相互摩擦产生静电荷， 从而在导电芯和金属层上感应出电荷， 由此导 致导电芯和金属层之间出现电势差。 由于导电芯和金属层之间电势差的存 在， 自由电子将通过外电路由电势低的一侧流向电 势高的一侧， 从而在外电 路中形成电流。 当该摩擦电压力感应电缆恢复到原来状态时， 产生电流的原 理与实施例一类似， 此处不再赘述。

另外， 在本实施例中， 除了可以按照实施例一中的方式在第二绝缘层 上 进一步设置微纳结构之外， 还可以进一步通过打磨的方式在导电芯的外侧 设 置微纳结构， 以便进一步提高感应电缆的灵敏度。

实施例三、

图 3示出了本发明实施例三提供的摩擦电压力感� �电缆的立体结构示意 图。 如图 3所示， 该摩擦电压力感应电缆包括： 导体线芯层 1和螺旋式缠绕 在该导体线芯层 1上的摩擦结构层 2。

本实施例中的导体线芯层 1与实施例一相同， 具体包括导电芯和包裹在 该导电芯外部的第一绝缘层。 本实施例与实施例一的主要区别在于： 本实施 例中的摩擦结构层只包括金属层， 而不包括第二绝缘层。 其中， 金属层既可 以是带状结构 （例如金属箔或金属带） 也可以是线状结构 （例如金属芯） 。 无论金属层为带状结构还是线状结构， 其具体形式和缠绕方式都可参照实施 例一来实现。 例如， 当金属层为线状结构时， 该金属层也可以由至少一个金 属芯构成， 当金属芯为多个时， 多个金属芯之间既可以相互平行也可以相互 缠绕。

由此可见， 该摩擦电压力感应电缆由内到外依次为导电芯 、 第一绝缘层 和金属层。 其中， 第一绝缘层和金属层之间相互接触的部分作为 该电缆的摩 擦界面， 导电芯和金属层分别作为该电缆的两个感应信 号输出端。

本实施例中的摩擦电压力感应电缆的工作原理 与实施例一类似： 当该摩 擦电压力感应电缆发生机械形变时， 摩擦电压力感应电缆中的第一绝缘层与 金属层相互摩擦产生静电荷， 从而在导电芯和金属层上感应出电荷， 由此导 致导电芯和金属层之间出现电势差。 由于导电芯和金属层之间电势差的存 在， 自由电子将通过外电路由电势低的一侧流向电 势高的一侧， 从而在外电 路中形成电流。 当该摩擦电压力感应电缆恢复到原来状态时， 产生电流的原 理与实施例一类似， 此处不再赘述。

另外， 在本实施例中， 也可以通过打磨的方式在金属层与导体线芯层 相 互接触的部分设置微纳结构， 以便进一步提高感应电缆的灵敏度。

在上述的实施例二、 三中也可以进一步包括屏蔽层和保护层。 而且， 本 领域技术人员还可以对上述的三个实施例进行 各种变形， 例如， 在上述的三 个实施例中， 是以导体线芯层为圆柱状结构为例进行描述的 ， 实际情况中， 导体线芯层也可以为棱柱状结构， 例如， 三棱柱、 四棱柱等， 相应地， 感应 电缆除了可以为上述实施例中的圆柱状之外， 也可以为棱柱状， 例如， 可以 是三棱柱状电缆、 四棱柱状电缆等。 而且， 在上述三个实施例中， 导电芯的 数量还可以为多个， 多个导电芯之间既可以相互平行设置， 也可以相互缠绕 设置。 其中， 当导电芯为多个时， 第一绝缘层既可以整体性包裹在多个导电 芯的外部， 也可以分别包裹每个导电芯。 当第一绝缘层分别包裹每个导电芯 时， 可以使第一绝缘层的数量与导电芯的数量相同 ， 以使每个第一绝缘层分 别包裹住一个导电芯； 或者， 还可以将这多个第一绝缘层制作为一个相互连 接的整体性结构。 图 4示出了当图 lb 中的导电芯为三个时， 对应的感应电 缆的径向截面结构示意图， 在图 4中， 第一绝缘层整体性包裹在多个导电芯 的外部。

本发明提供的摩擦电压力感应电缆为缠绕式电 缆， 总体结构为同轴电 缆， 能够感测冲击或振动， 具有灵敏度高、 制备成本低、 且制备工艺简单等 诸多优势， 可广泛应用于很多领域。 例如， 可以作为接触式传感器用于周边 信号检测、 用于智能交通传感器、 运输领域监测系统、 压力电缆开关， 可用 于医疗领域的生命特征监测、 周界安全， 还可设置于安防地毯内作为压力传 感器， 并可用于与压力或震动传感器相关的各种应用 领域。

另外， 以摩擦电压力感应电缆应用于智能地垫为例， 本发明还提供了一 种基于上述的摩擦电压力感应电缆的智能地垫 ， 用以解决现有技术的报警地 垫中的传感器往往结构复杂、 成本高昂， 且传感器本身无法实现自给供电的 问题。 图 5示出了本发明实施例提供的基于摩擦电压力� �应电缆的智能地垫 的结构示意图。 如图 5所示， 该基于摩擦电压力感应电缆的智能地垫包括： 地垫本体 51、 至少一个摩擦电压力感应电缆 52、 信号处理器 53以及报警器 54， 其中， 至少一个摩擦电压力感应电缆 52设置于地垫本体 51 的内部或表 面， 且至少一个摩擦电压力感应电缆 52的感应信号输出端与信号处理器 53 的输入端相连， 信号处理器 53的输出端与报警器 54相连。

本发明实施例中， 在地垫本体上设置有摩擦电压力感应电缆， 该摩擦电 压力感应电缆能够作为传感器来感应外力， 并在受到外力作用时产生感应信 号， 该感应信号通过信号处理器触发报警器报警， 由此实现了通过地垫进行 报警的功能。 而且， 将摩擦电压力感应电缆作为传感器使用时， 由于感应电 缆本身能够产生摩擦电， 因而不需要额外为传感器供电， 从而节省了电能。 另外， 由于地垫的使用范围广泛、 且不容易引起人们的注意， 因此， 通过地 垫来报警能够显著提高安全系数。

在上述实施例中， 摩擦电压力感应电缆 52是其中的重要部件， 具体地， 该电缆可以采用本发明上文描述的方式来实现 。 例如， 可以采用上述实施例 一至实施例三 （参见上文及说明书附图 1至图 4) 任一所述的摩擦电压力感 应电缆， 此处不再赘述。 该摩擦电压力感应电缆为缠绕式电缆， 总体结构为 同轴电缆， 能够感测冲击或振动， 具有灵敏度高、 制备成本低、 且制备工艺 简单等诸多优势。

介绍完摩擦电压力感应电缆的实现方式之后， 接下来介绍一下上述的摩 擦电压力感应电缆在地垫本体的表面或内部的 排布方式：

图 6a至图 6e示出了摩擦电压力感应电缆的几种排布方式� ��在图 6a所示 的方式中， 摩擦电压力感应电缆的数量为多个， 多个摩擦电压力感应电缆之 间平行排布且并联连接。 在图 6b至图 6e所示的方式中， 摩擦电压力感应电 缆的数量为一个。 其中， 在图 6b 所示的方式中， 摩擦电压力感应电缆弯折 成多个部分， 从而构成图中所示的阶梯状形状。 在图 6c 所示的方式中， 摩 擦电压力感应电缆弯折成多段， 从而构成图中所示的多个弯折的 U形。 在图 6d所示的方式中， 摩擦电压力感应电缆由内向外弯折， 从而构成图中所示的 螺旋形状。 在图 6e 所示的方式中， 摩擦电压力感应电缆由内向外弯折成指 紋状。 除了图中所示的几种排布方式之外，本领域技 术人员还可以灵活调整 摩擦电压力感应电缆的排布方式，只要能够在 地垫内部实现大致均勾的排布 以便感应到地垫内部各处的压力即可。

其中， 图 6a至图 6e所示的摩擦电压力感应电缆可以设置于地垫� ��体的 内部， 此时,所述地垫本体进一步包括层叠设置的地� �上层和地垫下层， 在地 垫上层和地垫下层之间形成容纳摩擦电压力感 应电缆的空腔， 该空腔的形状 与摩擦电压力感应电缆的排布形状一致。 或者， 图 6a至图 6e所示的摩擦电 压力感应电缆可以设置于地垫本体的表面， 此时， 地垫本体的表面进一步设 置有容纳摩擦电压力感应电缆的凹槽， 该凹槽的形状与摩擦电压力感应电缆 的排布形状一致。 通过将摩擦电压力感应电缆设置在地垫内部的 空腔或凹槽 内， 能够防止电缆在地垫内部移位或受损。

通过上述的摩擦电压力感应电缆可以直接将摩 擦电转换为感应电流， 无 需由电源模块供电， 因此具有绿色环保节能的优点。 而且， 该摩擦电压力感 应电缆的精度高、 制作成本低、 工艺简单。

介绍完摩擦电压力感应电缆 52的结构之后，下面再介绍一下信号处理器

53的主要结构。信号处理器的主要作用在于� ��摩擦电压力感应电缆产生的感 应信号进行收集处理， 并将处理后的感应信号提供给报警器报警。 在一种可 能的电路结构中， 信号处理器由触发电路和延时电路两部分组成 。 其中， 延 时电路是最终用来触发报警器报警的电路， 而触发电路则用来触发延时电路 向报警器发出信号。 额外设置触发电路的原因在于： 由于摩擦电压力感应电 缆受到按压而产生感应信号的时间非常短， 通常只有 6ms左右 （该数值根据 受到按压的程度和时间而变化） ， 因此， 摩擦电压力感应电缆产生的感应信 号不能直接用来驱动延时电路， 需要由触发电路预先处理成可触发延时电路 的信号。

其中， 图 7示出了触发电路的一种结构示意图。 图 7左侧的两个端口为 该触发电路的两个输入端， 分别与摩擦电压力感应电缆的两个感应信号输 出 端相连， 用于接收传感器产生的原始感应信号。 接收到的原始感应信号先是 经过一个二极管进行整流， 然后通过一个下拉电阻 R1 和一个小电容进行滤 波， 其中， 下拉电阻 R1 和小电容的作用在于滤除杂波， 防止干扰； 然后， 经过整流和滤波后的感应信号输入比较器的负 极， 与比较器正极的电压进行 比较。 其中， 比较器正极的电压作为比较电压， 该比较电压的具体数值可以 根据所需的灵敏度来通过两个分压电阻 R2和 R3进行调节， 最大能够调节到 电源电压。 当摩擦电压力感应电缆没有感应信号输出时， 比较器负极的电压 低于正极的电压， 比较器输出高电平， 使后续的 PM0S 截止； 当摩擦电压力 感应电缆有感应信号输出时， 比较器负极的电压高于正极的电压， 此时比较 器输出低电平， 使 PM0S 导通， 从而输出一个近似电源电压的信号， 以便完 成触发功能。

触发电路在 PM0S 导通的状态下触发延时电路发出信号。 其中， 延时电 路可以有多种选择方式， 例如， 可以采用 555定时器这种集成电路来实现， 也可以通过外接分立的模拟电路来实现。 在本实施例中可以采用集成电路来 实现该延时电路， 并且， 通过调节延时电路中的电容和电阻， 可以将延时时 间设置到 2秒至 60秒之间。 当延时电路在触发电路的触发下发出信号后， 该信号传达给报警器使报警器报警。

报警器可以通过有线方式与信号处理器连接， 从而直接在本地报警； 也 可以通过无线方式与信号处理器连接， 从而能够在远处报警。 采用无线方式 时， 可以把报警器放置在人们经常活动的地方， 当有人经过智能地垫时， 人 们不用守在旁边只需在平时的活动范围内就可 以知道有人经过。 其中， 无线 发射接收部分可以采用可编程超再生无线发射 接收模块， 发射频率为 31 5MHz , 如将天线设置好且无干扰， 发射接收距离可达 20-200 米。 具体报 警时， 可以通过多种形式进行报警， 例如可以通过听觉、 视觉和 /或触觉等 进行报警提示。 听觉方面可以采用声音报警器， 例如蜂鸣器给人声音上的提 醒； 视觉方面可以采用灯光报警器， 例如三色 LED灯引起人们的视觉警示； 触觉方面可以采用震动报警器引起人们的注意 ， 另外， 本发明中的报警器不 限于上述几种形式， 也可以采用其他形式的报警器。

上述的信号处理器和报警器可以通过电池或外 接电源进行供电。 另外， 还可以设置与信号处理器和 /或报警器相连的控制开关， 用来控制信号处理 器和 /或报警器的接通或关断。 当智能地垫的应用场所开放， 无需启动报警 时， 可以关断控制开关， 使智能地垫作为普通地垫使用。 本发明实施例提供的智能地垫中的地垫本体直 接采用由合成橡胶和高 分子纤維构成的普通地垫即可， 能够广泛应用于相关场所的入口、 出口处、 台阶、 楼梯的安防报警以及迎宾地垫处。

综上所述， 本发明实施例提供的智能地垫除了具有上文所 描述的优点之 外， 还至少具有如下优势：

1、 本发明实施例提供的智能地垫具有成本低廉的 优势。 具体地， 在本 发明中， 由于地垫内部采用摩擦电压力感应电缆进行报 警， 该摩擦电压力 感应电缆具有成本低廉的优势， 能够大大降低生产成本。

2、 本发明实施例提供的智能地垫具有灵敏性高的 优势。 具体地， 在本 发明中， 微小的压力或摩擦力就能触发摩擦电压力感应 电缆发生形变， 从 而产生感应电流。 因而， 即使有人轻轻地走过地垫也会触发报警器报警 ， 由此可见， 本发明实施例中的感应电缆灵敏性高， 提高报警的准确性和可 靠性。

3、本发明实施例提供的智能地垫中的摩擦电� �力感应电缆具有大面积 铺设的优势。 具体地， 通过排布本发明中的摩擦电压力感应电缆的形 状， 可以使摩擦电压力感应电缆所占据的面积大小 近似等于地垫的面积大小， 由此可以实现全方位感应的效果， 即使有人踮起脚尖只接触了地垫的某一 个小面积的特定区域， 也会触发报警， 由此能够对地垫的整个区域进行监 控， 监控范围较大。

4、 本发明实施例提供的智能地垫中的摩擦电压力 感应电缆作为传感器 使用时能够利用摩擦电实现自给供电， 从而实现节能环保的效果。

本领域技术人员可以理解， 虽然上述说明中， 为便于理解， 对方法的步 骤采用了顺序性描述，但是应当指出，对于上 述步骤的顺序并不作严格限制。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例 方法中的全部或部分步 骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成， 该程序可以存储于一计算机可 读取存储介^中， 如： ROM/RAM、 磁碟、 光盘等。

还可以理解的是， 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。

显然， 本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动 和变型而不脱离本 发明的精神和范围。 这样， 倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利 要 求及其等同技术的范围之内， 则本发明也意图包含这些改动和变型在内。