一种基于口罩的可穿戴传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于口罩的可穿戴传感器；其包括传感器主体和敏感元件传感器主体和敏感元件相互连接；传感器主体包括壳体，壳体内设置电源，壳体的外表面设置LED灯；敏感元件整体呈180度弯钩状，其由180度弯钩状壳体以及壳体内的阴极、阳极和ZrO2‑

【技术实现步骤摘要】
一种基于口罩的可穿戴传感器


[0001]本技术属于气体传感器
，具体的说，涉及一种基于口罩的可穿戴传感器。

技术介绍

[0002]如今，可以通过使用气体传感器对呼吸状况进行检测，以反应身体健康状况
[1]。现有的医疗用气体传感器具有昂贵的价格与较大的体积，不能满足日常生活中实时监测的需求。因此设计出一款适用于非特殊工作人群的，可安装于口罩上的气体传感器，实现人体健康状态的日常检测与预警是必要的。
[0003]已知健康成年男性安静状态下每分钟呼吸次数为12-20次，人体日常呼吸摄氧量估算值如表1所示
[2]。
[0004]表1人体日常呼吸摄氧量估算值
[0005][0006]模拟一个实验人员为30岁男性、体重70kg、身高175cm、每分钟呼吸次数为16次，其站立状态下摄氧量应为
[0007]8.75
×
70
×
0.1％＝0.6125L/min
[0008]实际测得的健康人体呼出气体(干燥气体)比例约为79.2％氮气，16.3％氧气，4.5％其他气体，如表2所示
[3]。
[0009]表2实验测得健康人体呼出气体(干燥气体)
[0010][0011][0012]医学上，安静状态下成年男性呼吸频率超过每分钟24次被称作呼吸超频。当人们在一些非健康状态下同样会表现出该症状，这是每次呼吸时摄氧量降低导致的(病理或非病理性体温上升同样会影响呼吸频率，体温每上升1℃每分钟呼吸次数上升约4次)。这意味着比起健康人，非健康状态下人们每次呼吸的效率更低，呼出气体中氧气浓度会更高，因此在传感器设计时可以选取对氧气进行识别的敏感材料。通过对氧气浓度进行监测对人体的健康状态进行判别预警。

技术实现思路

[0013]针对现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种基于口罩的可穿戴传感器。该传感器可在口罩上方固定，其在口罩内侧的部分敏感元件对人体呼吸状态进行检测，从而通过检测人体呼出气体分析人体健康状态，检测结果通过LED发光状态表现，进而可对佩戴者发出预警。本技术的技术方案具体介绍如下。
[0014]一种基于口罩的可穿戴传感器，其包括传感器主体和敏感元件，传感器主体和敏感元件相互连接；传感器主体包括壳体，壳体内设置电源，壳体的外表面设置LED灯；敏感元件整体呈180度弯钩状，其由180度弯钩状壳体以及壳体内的阴极、阳极和ZrO
2-Y2O3固定电解质层组成；电源、LED灯和敏感元件相互串联于电路中；穿戴传感器时，敏感元件的弯钩挂在口罩上方，传感器主体置于口罩外侧。
[0015]本技术中，传感器主体的壳体呈立方体状或圆柱体状。
[0016]本技术中，电源为扣式电池。
[0017]本技术中，敏感元件中的阴极和阳极均为铂电极。
[0018]本技术中，还包括海绵条，海绵条设置在敏感元件的弯钩处。
[0019]和现有技术相比，本技术的有益效果在于：
[0020]该可穿戴传感器可以对多种非健康状态发出预警，成本低、便携、拆装简单，便于生产以及日常生活中的使用与推广。
附图说明
[0021]图1为本技术的可穿戴传感器的结构示意图。
[0022]图2为本技术的可穿戴传感器内部电路简图。
[0023]图中标号：1-敏感元件，2-电源，3-传感器主体，4-LED灯，5-海绵条，6-敏感元件阴极，7-敏感元件阳极，8-电阻。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和实施例对本技术的技术方案进行详细介绍。
[0025]实施例1
[0026]如图1所示，本技术提供一种基于口罩的可穿戴传感器，其包括传感器主体3和敏感元件1，传感器主体3和敏感元件1相连。
[0027]传感器主体1包括长方形壳体，对应电源处的壳体的上方可设置盖子，电源选用两
粒CR2450型扣式电池串联进行供电；传感器主体3的外表面上设置一小孔，用于放置LED灯4，LED灯4的工作电压2.0V-2.2V，直径5.00mm。
[0028]敏感元件1包括180度弯钩状壳体以及壳体内的阴、阳极以及阴、阳极中间的固体电解质层；阴、阳极选用铂电极，固体电解质层采用ZrO
2-Y2O3固定电解质，优选的，ZrO
2-Y2O3固定电解质中的Y2O3添加量的摩尔分数为10％，在该条件下，其室温下离子电导高，对氧气浓度的变化有较好的响应。
[0029]本技术的可穿戴传感器的控制电路如图2所示，电源2、敏感元件1、LED灯4和电阻8皆串联于电路中，电源2的正极与敏感元件阴极6(与传感器主体3连接的一端)相连。当敏感元件1的两端接触到的氧气体积分数相同时，其两端不产生新的电动势，电路中电流不发生变化，LED灯4将正常发光。当敏感元件1两端接触到的氧气体积分数不同时，敏感元件1的两端将形成新的电动势，该电动势在电路中所形成的电流与电源电流方向相反，电路中电流将会减小。因此，当待测气体中氧气的体积分数下降至特定值时(理论值为18％)，LED灯4将会熄灭。
[0030]将上述的基于口罩的可穿戴传感器用于健康状况检测时，敏感元件1的弯钩挂在口罩上，海绵条5置于敏感元件1的弯钩处，用于增加口罩的气密性和增加传感器固定的稳固性，传感器主体3在口罩外侧，敏感元件1部分在口罩内侧。传感器置于环境中时，LED在已安装电源情况下始终保持亮起。吸气时口罩内外氧气浓度基本一致，敏感元件两端电动势基本不发生变化，LED保持亮起；安装与口罩并佩戴后，健康人呼气时口罩内氧气浓度大幅降低，电路中敏感元件1两端的电动势减小，与之串联的LED灯4随之熄灭，随着呼吸动作的循环，LED灯4进行闪烁。非健康状态下人们吸气短促但空气成分不变；呼气时氧气浓度会比健康人更高，口罩内外氧气浓度差变小，敏感元件1两端电动势变化不大，LED仍会保持明亮状态，随着呼吸动作的循环，LED始终明亮。
[0031]参考文献：
[0032][1]曾天禹,徐航,黄显.呼出气传感器进展、挑战和未来[J].仪器仪表学报,2019,40(08):65-81.
[0033][2][荷]瑞克
·
考斯林克主编.慢性呼吸系统疾病物理治疗工作手册[M].北京：北京科学技术出版社,2020(01):19.
[0034][3]程德福，凌振宝，赵静，王言章.传感器原理及应用[M].第2版.北京：机械工业出版社，2019(08):262-270.
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种基于口罩的可穿戴传感器，其特征在于，其包括传感器主体和敏感元件，传感器主体和敏感元件相互连接；传感器主体包括壳体，壳体内设置电源，壳体的外表面设置LED灯；敏感元件整体呈180度弯钩状，其由180度弯钩状壳体以及壳体内的阴极、阳极和ZrO
2-Y2O
3 固定电解质层组成；电源、LED灯和敏感元件相互串联于电路中；穿戴传感器时，敏感元件的弯钩挂在口罩上方，传感器主...

【专利技术属性】
技术研发人员：李崭虹，朱志刚，黄晨笑，
申请(专利权)人：上海第二工业大学，
类型：新型
国别省市：