智能床垫用纬编双向提花结构柔性传感器设计及织造方法技术

本发明专利技术公开了智能床垫用纬编双向提花结构柔性传感器设计及织造方法，属于纺织产品生产技术领域。本发明专利技术所述的智能床垫用纬编双向提花结构柔性传感器的设计方法，包括以下步骤：通过导电纱线在两面提花面料的正反两面正对位置分别织入导电方格，形成柔性传感器；所述导电方格是采用添纱方式进行编织，通过局部添纱组织和空气层组织配合编织形成的。本发明专利技术的柔性传感器减少了导线的布局，仅通过三层结构实现柔性传感器的数据收集，生产方式简单、绿色、便于实现。

Design and weaving method of weft knitted double jacquard structure flexible sensor for intelligent mattress

【技术实现步骤摘要】
智能床垫用纬编双向提花结构柔性传感器设计及织造方法
本专利技术涉及智能床垫用纬编双向提花结构柔性传感器设计及织造方法，属于纺织产品生产

技术介绍
睡眠状态是观察人体健康的一大手段，人体大部分健康问题都能通过睡眠质量体现出来。睡眠监测床垫可以通过间歇性采集人体睡眠数据，并加以分析对比，得出人体睡眠状态。目前临床实验睡眠监测中采用全夜多导睡眠图监测手段，需要连接大量导线和传感器在被检测者身体各个部位上，侵入式监测对人体自然睡眠状态本身也会造成很大干扰，且使用步骤较为繁琐。已有研究中，睡眠监测床垫有采用气垫、弹簧等外部附加传感器，也有将传感器模块分布在各层结构中多层复合最终得到传感器，还有利用机织结构经纬交错的特点将导电物质横纵编织进织物中得到传感器，不论是哪种传感器都对面料的柔软性有一定的影响。目前，专利(CN109000829A)采用导电纱线通过机织方式实现电容的构造，构建了具有蜂巢结构的织物；文中独特的蜂巢结构赋予织物不易变形、硬挺的特点，但用于直接与皮肤接触的睡眠监测面料会降低人体睡眠舒适性。专利(CN108085988A)提及了针织编织方式，但是只能通过更换某路纱线为导电纱线，才能形成导电横列，进而形成电容，并未提及针织工艺结构上的变化；文中还提及了三维立体机织结构，具体是通过在厚度方向叠加经纱与纬纱，属于多层机织物通过在厚度方向使用纱线穿套覆合；而电容的非导电介质的多少通过增加机织物叠加的层数来实现，因此，最终得到的织物厚重、柔软性差，尤其是再与树脂复合后，织物柔软性更差。专利
技术实现思路
为了解决上述至少一个问题，本专利技术提供一种智能床垫用纬编双向提花结构柔性传感器设计及织造方法，通过原料的选择和合理的组织结构，编织带有导电方格的空气层织物，形成电容式压力传感阵列，对人体压力信号进行采集。本专利技术的第一个目的是提供一种智能床垫用纬编双向提花结构柔性传感器的设计方法，包括以下步骤：通过导电纱线在两面提花面料的正反两面正对位置分别织入导电方格，形成柔性传感器；每一组正反面导电方格形成的传感器称为柔性传感器单元；所述导电方格是采用添纱方式进行编织，通过局部添纱组织和空气层组织配合编织形成的。在一种实施方式中，在柔性传感器的设计方法中采用普通纱线做面纱，导电纱线做地纱。在一种实施方式中，所述的导电方格的大小为5cm×5cm。在一种实施方式中，所述的两面提花面料为床垫面料，可以将其分为头部、胸部、腹部、大腿四个横向区域，每个导电方格横向间隔为5cm，形成柔性传感器单元阵列。在一种实施方式中，所述的两面提花面料中的提花组织为空气层组织、芝麻点组织、横条组织、纵条组织中的一种或者一种以上。在一种实施方式中，所述普通纱线线规格在75D到300D左右，导电纱在20D到75D左右，衬纬纱在300D到1500D左右。在一种实施方式中，所述的普通纱线为涤纶纱、锦纶纱、吸湿抗菌等功能性纱线中的一种或者一种以上。在一种实施方式中，所述的导电纱为镀有导电金属的化纤长丝、金属长丝、碳纤维长丝中的一种或者一种以上。在一种实施方式中，所述的衬纬纱为涤纶DTY、蓬松纱、弹性线状物中的一种或者一种以上。本专利技术的第二个目的是本专利技术的设计方法得到的智能床垫用纬编双向提花结构柔性传感器。本专利技术的第三个目的是本专利技术所述的智能床垫用纬编双向提花结构柔性传感器的织造方法。在一种实施方式中，具体的织造方法为：在双面圆纬机或双针床横机上织造时，添加衬纬装置，在织物正反两面之间衬入具有细度在300D～1500D的衬纬纱，使织物的厚度在2mm～5mm之间；在所述柔性传感器上施加的压力，使导电方格之间的间距变化更明显，从而使电容大小变化更明显。在一种实施方式中，所述的衬纬装置将衬纬纱嘴置于两针床织针之间，纱嘴位置略先与编织纱嘴位置；在正反线圈编织前先将衬纬纱衬入，再由正反线圈将衬纬纱包覆在正反两面织物之间固定。在一种实施方式中，所述的导电方格的织造方法为：在双面提花圆纬机或双针床横机上织造的，主要通过带自动定位功能的纱嘴编织，以空气层组织、局部添纱组织复合织造而成。在一种实施方式中，所述的柔性传感器的导电方格是以带自动定位功能的纱嘴添纱编织，普通纱线做面纱，导电纱线做地纱，在织物正面横向编织连接同一横列的导电方格，在织物反面纵向编织连接同一纵行的导电方格，形成柔性传感器。本专利技术的第四个目的是本专利技术所述的智能床垫用纬编双向提花结构柔性传感器检测方法。在一种实施方式中，所述的柔性传感器的数据采集过程为：在数据采集过程中对阵列中的柔性传感器单元进行逐个扫描，将压力信号转化为电信号，并将电信号经过放大器和滤波器完成数据处理后，使用无线传输技术传输到移动电子设备完成数据存储与同步。在一种实施方式中，所述的柔性传感器横向使用多路4选1模拟开关控制织物正面4个横列导电方格，纵向使用多路16选1模拟开关控制织物反面16个纵行导电方格；通过循环扫描采集模块对电容信号进行特征提取，当上表面的指定行与下表面的指定列同时被接通时，有且仅有一对导电方格上下表面电极均通电，从而测得选中导电方格位置处的电容。在一种实施方式中，所述的柔性传感器的数据采集的具体步骤为：首先通过控制轮流选通下层电极层的16路多路模拟开关，从而轮流选通每一纵行电极，在选通某纵行电极信号的时间内，通过控制轮流选通上层电极层的4路多路模拟开关，轮流选通每一纵行电极，并接通电源电压；每间隔30s对所有导电方格依次扫描提取一次特征信号，将得到的各个导电方格的电容经过放大器和滤波器，后续由处理器进行电路处理得到各个导电方格的电容云图。本专利技术的第五个目的是本专利技术所述的智能床垫用纬编双向提花结构柔性传感器在睡眠监测中的应用。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术中设计了针织立体结构，通过衬纬装置实现织物厚度上的变化，通过自动定位纱嘴实现导电部分局部编织，导电方格的大小与形状可以控制定位纱嘴的编织工艺灵活改变。(2)本专利技术采用立体提花结构，使非导电纱线在织物正反两面编织形成提花图案，能实现床垫的个性化的设计，这一点其他传感面料都是无法实现的。(3)本专利技术中所用针织结构为三明治结构，上下两层为针织物，中间为蓬松未加捻的衬垫纱或具有弹性的线状物，织成的织物具有很好的蓬松效果。(4)本专利技术通过将电容传感器矩阵排列，有效监测人体睡眠压力，根据局部压力变化，实现体动、呼吸等生理信号的动态监测；同时还能根据压力分布，判断睡眠姿态，对人体睡眠结构与睡眠质量进行定量分析。(5)本专利技术既能形成良好的电容结构，又避免了皮肤直接与导电物质直接接触发生触电的危险；所述柔性传感器在非导电部分仅通过普通纱线编织形成两面提花组织，同时增强织物的保形性与美观性。(6)本专利技术在导电部分使用添纱组织，导电纱线为地纱，非导电纱线为面纱，保证了导电性的同时，避免了人体直接与导电纱线接触，防止发生漏电影响睡眠的舒适性与安全性。(7)人体在睡眠阶段皮肤与床垫本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能床垫用纬编双向提花结构柔性传感器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/n通过导电纱线在两面提花面料的正反两面正对位置分别织入导电方格，形成柔性传感器；每一组正反面导电方格形成的传感器称为柔性传感器单元；/n所述导电方格是采用添纱方式进行编织，通过局部添纱组织和空气层组织配合编织形成的。/n

【技术特征摘要】
1.一种智能床垫用纬编双向提花结构柔性传感器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过导电纱线在两面提花面料的正反两面正对位置分别织入导电方格，形成柔性传感器；每一组正反面导电方格形成的传感器称为柔性传感器单元；
所述导电方格是采用添纱方式进行编织，通过局部添纱组织和空气层组织配合编织形成的。


2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述的两面提花面料为床垫面料，可以将其分为头部、胸部、腹部、大腿四个横向区域，每个导电方格横向间隔为5cm，形成柔性传感器单元阵列。


3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述的两面提花面料中的提花组织为空气层组织、芝麻点组织、横条组织、纵条组织中的一种或者一种以上。


4.权利要求1～3任一所述的设计方法得到的智能床垫用纬编双向提花结构柔性传感器。


5.权利要求4所述的智能床垫用纬编双向提花结构柔性传感器的织造方法，其特征在于，包括以下步骤：在双面圆纬机或双针床横机上织造时，添加衬纬装置，在织物正反两面之间衬入具有细度在300D～1500D的衬纬纱，使织物的厚度在2mm～5mm之间。


6.根据权利要求5所述的织造方法，其特征在于，所述的衬纬装置将衬纬纱嘴置于两针床织针之间，纱嘴位置略先与编织纱嘴位置；在正反线圈编织前先将衬纬纱衬入，再由正...

【专利技术属性】
技术研发人员：丛洪莲，蒋高明，赵博宇，董智佳，马丕波，万爱兰，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32