湿度和应变协同敏感的柔性织物呼吸传感器及其制备方法技术

技术编号:21186764 阅读:106 留言:0更新日期:2019-05-24 21:27
本发明专利技术公开了一种湿度和应变协同敏感的柔性织物呼吸传感器,属于呼吸传感器技术领域,包括柔性织物基体,柔性织物基体外包覆有对应变信号和湿度信号有同向响应的应变湿度敏感层且形成织物传感器,织物传感器上电连接有数据采集器,织物传感器上固定连接有口罩;该柔性织物呼吸传感器具有柔性好、灵敏度高、抗干扰能力强、响应时间短、循环稳定性及耐久性好等特性,能够稳定高效地捕捉人体的呼吸信号,实现呼吸信号的实时监测。

Humidity and strain synergistic sensitive flexible fabric breathing sensor and its preparation method

The invention discloses a flexible fabric breathing sensor with synergistic sensitivity of humidity and strain, which belongs to the technical field of breathing sensor, including a flexible fabric matrix, which is coated with a strain and humidity sensitive layer that responds in the same direction to the strain and humidity signals and forms a fabric sensor. The fabric sensor is electrically connected with a data collector and fixed on the fabric sensor. The flexible fabric breathing sensor has the characteristics of good flexibility, high sensitivity, strong anti-interference ability, short response time, cycle stability and durability, and can capture the human breathing signal stably and efficiently, and realize real-time monitoring of breathing signal.

【技术实现步骤摘要】
湿度和应变协同敏感的柔性织物呼吸传感器及其制备方法
本专利技术涉及呼吸传感器
,尤其涉及一种湿度和应变协同敏感的柔性织物呼吸传感器及其制备方法。
技术介绍
目前用于实现呼吸监测的传感器主要有四种类型,分别为热敏型,湿敏型,腹式应变电阻型以及呼吸面罩压差型。第一类是热敏式传感器,通过呼吸引起的温度变化引起电信号的变化来监测呼吸信号;第二类是湿敏式传感器,通过呼吸引起的湿度变化来监测呼吸信号;第三类是采用系在胸腹部外围的弹性应变电阻带,通过呼吸引起的腹腔收缩导致的电阻变化来监测呼吸信号;第四类是压差式传感器,通过呼吸引起的气压变化来监测呼吸信号。以上各式通过单一物理量进行呼吸监测的呼吸传感器都存在着不同的缺点与不足:第一种热敏式传感器和第二种湿敏式传感器结构简单但信号很容易受环境温度湿度影响,第三种弹性应变电阻带容易受到其他人体活动的影响,检测精度有限,且一般都有较大的零点漂移,第四种传感器需要使用呼吸面罩等笨重设备,佩戴不方便,只适合特殊场景的应用。人体呼吸本身就是一个复杂的多种物理信号的集合,仅针对其中某一物理量进行提取难免会出现弊端。同时采集呼吸产生的多种信号则可以轻易避免其中诸多问题,例如易受外界类似信号干扰等。湿度和应变是呼吸产生的较为明显的两个物理信号,现有的呼吸传感器有相当一部分都是围绕湿度监测或应变监测设计的。已有的基于湿度或应变敏感型的呼吸传感器体现了自身一定程度的优越性,但是其存在不可忽视的弊端与不足在前文已经说明,最突出的便是易受类似物理信号的干扰,导致监测精度降低。
技术实现思路
基于上述现有的对单一物理信号的检测来实现对呼吸频次监测,存在容易受外界类似信号干扰的技术问题,本专利技术提供了一种湿度和应变协同敏感的柔性织物呼吸传感器。本专利技术采用的技术方法如下:一种湿度和应变协同敏感的柔性织物呼吸传感器,包括柔性织物基体,柔性织物基体外包覆有对应变信号和湿度信号有同向响应的应变湿度敏感层且形成织物传感器,织物传感器上电连接有数据采集器,织物传感器上固定连接有口罩。本专利技术的有益效果或工作原理为:采用双重敏感机制,通过对呼吸气流产生的应变和湿度变化引起的电信号的监测以实现对呼吸频次更加稳定的监测;具体地,在呼气过程中,柔性织物基体发生拉伸形变,伴随着高湿度的呼气附着在应变湿度敏感层上,使应变湿度敏感层的电阻降低;伴随着吸气过程,柔性织物基体拉伸形变恢复,较为干燥的空气被吸回,高湿气体在应变湿度敏感层表面解吸附使得其电阻值恢复,从而产生电阻信号,电阻信号随着呼吸过程有规律的变化进而实现呼吸频率的监测。该柔性织物呼吸传感器轻便易携,便于穿戴,成本低廉,性能优异,在个人医疗监测、人体运动监测、人机互动、虚拟现实娱乐技术等方面表现出广阔的应用前景。该柔性织物呼吸传感器具有柔性好、灵敏度高、抗干扰能力强、响应时间短、循环稳定性及耐久性好等特性,能够稳定高效地捕捉人体的呼吸信号,实现呼吸信号的实时监测。进一步限定,所述柔性织物基体由聚酯纤维制成。聚酯纤维具有延展性、弹性、便携性和大规模集成性等优良的特征性能,且对环境友好、成本低廉,因此可以降低柔性织物呼吸传感器的制造成本以及对环境的污染。进一步限定,所述应变湿度敏感层由还原氧化石墨烯或聚吡咯制成。还原氧化石墨烯或聚吡咯的价格低廉且对环境友好,来源广泛,有利于降低柔性织物呼吸传感器的制造成本以及对环境的污染。本专利技术还提供一种所述的湿度和应变协同敏感的柔性织物呼吸传感器的制备方法,包括以下步骤:1)选取柔性织物基体;2)选取温度湿度协同敏感材料;3)将步骤2)中选取的温度湿度敏感材料通过物理化学方法包覆生长在柔性织物基体表面,在柔性织物基体表面上生成变湿度敏感层且形成一个整体的织物传感器;4)将织物传感器固定于口罩上;5)将织物传感器两端连接导线或与无线发射接收模块集成实现对信号的有线或无线接收;6)将数据采集器与织物传感器有线或无线连接。本专利技术的工作原理或有益效果为:该制备方法简单,容易操作,缩短了柔性织物呼吸传感器的制备时间,提高了制备效率,降低制造成本。进一步限定,步骤3)中所述物理化学方法为一步法、浸渍法或化学自组装法中的一种。进一步限定,步骤4)中所述的织物传感器通过缝合方法或粘贴方法固定于口罩上。综上所述,由于采用了上述技术方案,本专利技术的有益效果是:该柔性织物呼吸传感器具有柔性好、灵敏度高、抗干扰能力强、响应时间短、循环稳定性及耐久性好等特性,能够稳定高效地捕捉人体的呼吸信号,实现呼吸信号的实时监测。附图说明图1为本专利技术的结构示意图;图2为柔性织物呼吸传感器的扫描电子显微镜图;图3为柔性织物呼吸传感器的应变信号响应图;图4为柔性织物呼吸传感器的湿度信号响应图;图5为柔性织物呼吸传感器的呼吸信号图;图6为柔性织物呼吸传感器呼吸检测机理示意图;图中的标号分别表示为:1-应变湿度敏感层;2-柔性织物基体;3-织物传感器;4-金属导线;5-口罩;6-数据采集器。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行说明。本专利技术的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例1如图1所示,一种湿度和应变协同敏感的柔性织物呼吸传感器,包括柔性织物基体2,柔性织物基体2由聚酯纤维制成,柔性织物基体2外包覆有对应变信号和湿度信号有同向响应的应变湿度敏感层1,形成织物传感器3,应变湿度敏感层1由还原氧化石墨烯制成,图1中为了更清晰示意各层结构,将柔性织物基体2和应变湿度敏感层1形成的织物传感器3进行剥离;织物传感器3上通过电线4连接数据采集器6,织物传感器3通过缝合的方式固定于口罩5上。实施例2如图1所示,一种湿度和应变协同敏感的柔性织物呼吸传感器,包括柔性织物基体2,柔性织物基体2由聚酯纤维制成,柔性织物基体2外包覆有对应变信号和湿度信号有同向响应的应变湿度敏感层1形成织物传感器3,应变湿度敏感层1由聚吡咯制成,,图1中为了更清晰示意各层结构,将柔性织物基体2和应变湿度敏感层1形成的织物传感器3进行剥离;织物传感器3上通过电线4连接数据采集器6,织物传感器3通过缝合的方式固定于口罩5上。实施例3湿度和应变协同敏感的柔性织物呼吸传感器制备步骤如下:1)制备清洁的聚酯纤维织物基体将商用无尘布剪块,分别使用洗洁精、丙酮、酒精和去离子水进行20min的超声清洗,清洗后放入鼓风干燥箱,在60℃下干燥12小时。2制备氧化石墨烯及抗坏血酸溶液取2mg/ml的石墨烯溶液5ml,与5ml去离子水混溶,超声分散30min;取50mg抗坏血酸,溶于10ml去离子水中,超声分散30min。3)一步法制备织物呼吸传感器3,即:应变湿度敏感层1在柔性织物基体2表面包覆生长将步骤2)中配置好的抗坏血酸溶液和石墨烯溶液等体积混溶,倒入放有聚酯纤维织物基体的烧杯中,超声分散30min后放入80℃水浴箱中加热2h,取出聚酯纤维织物基体,使用去离子水冲洗,并放入鼓风干燥箱在60℃的温度下烘干12h形成织物呼吸传感器3,烘干结束后将0.1mm直径的铜丝通过缝合的方式固定在织物呼吸传感器3两端;该一步法的制备工艺简单,运用的原料成价格便宜,可以降低该柔性织物呼吸传感器的制造成本。4)实现呼吸实时监测功能将步骤3)所得织物呼吸传感器3通过缝合的方式固定在口罩5的进出气口的位置,佩戴口罩5,将织物呼吸传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种湿度和应变协同敏感的柔性织物呼吸传感器,其特征在于,包括柔性织物基体(2),柔性织物基体(2)外包覆有对应变信号和湿度信号有同向响应的应变湿度敏感层(1)且形成织物传感器(3),织物传感器(3)上电连接有数据采集器(6),织物传感器(3)上固定连接有口罩(5)。

【技术特征摘要】
1.一种湿度和应变协同敏感的柔性织物呼吸传感器,其特征在于,包括柔性织物基体(2),柔性织物基体(2)外包覆有对应变信号和湿度信号有同向响应的应变湿度敏感层(1)且形成织物传感器(3),织物传感器(3)上电连接有数据采集器(6),织物传感器(3)上固定连接有口罩(5)。2.根据权利要求1所述的一种湿度和应变协同敏感的柔性织物呼吸传感器,其特征在于,所述柔性织物基体(2)由聚酯纤维制成。3.根据权利要求1所述的一种湿度和应变协同敏感的柔性织物呼吸传感器,其特征在于,所述应变湿度敏感层(1)由还原氧化石墨烯或聚吡咯制成。4.一种如权利要求1-3任一项所述的湿度和应变协同敏感的柔性织物呼吸传感器的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:1)选取柔性织物基体(2);2)选取温度湿度...

【专利技术属性】
技术研发人员:太惠玲孙腾蒋亚东袁震杨瑞雨谢光忠杜晓松黎威志
申请(专利权)人:电子科技大学
类型:发明
国别省市:四川,51

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