编织结构摩擦纳米纤维的压力传感系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种编织结构摩擦纳米纤维的压力传感系统，包括至少一个压力传感器和数据采集模块，其中，所述压力传感器，由核壳编织结构的摩擦纳米纤维针织形成，其中，所述摩擦纳米纤维由导电的芯层以及缠绕所述芯层的壳层缠绕纱线组成；受到外部压力作用时，所述芯层产生与压力相关的电信号；所述数据采集模块用于接收所述压力传感器产生的电信号。该压力传感系统应用于检测足底压力时，透气性与舒适性良好，并且核壳编织摩擦电纤维的制备过程简单，成本低，具有自供电优势。将传感器集成在足底不同位置与多通道数据采集模块结合，做不同的瑜伽姿势时，会实时显示足底不同位置的压力映射。力映射。力映射。

【技术实现步骤摘要】
编织结构摩擦纳米纤维的压力传感系统


[0001]本技术涉及传感器领域，尤其涉及一种编织结构摩擦纳米纤维的压力传感系统。

技术介绍

[0002]足底压力分布在人类疾病诊断、生物力学和步态分析中已被广泛认可。例如，足底压力的诊断可以预测糖尿病足溃疡和预测影响足部和踝关节的疾病。现有的足底压力检测通常是依赖压力传感器，制作成本高，需要额外的电池供电。
[0003]摩擦纳米发电机是一种利用摩擦电和静电感应的耦合效应将机械能转化为电能的技术。而织物基摩擦纳米发电机更是可以集成在纺织品上实现自驱动传感。本技术提出了一种基于核壳编织结构的摩擦电纤维构成针织自驱动传感织物来实现足底压力检测及输出。

技术实现思路

[0004]本技术的目的是提供一种编织结构摩擦纳米纤维的压力传感系统，可以集成在纺织品上实现自驱动压力传感。
[0005]为了实现上述目的，本技术提供一种编织结构摩擦纳米纤维的压力传感系统，包括至少一个压力传感器和数据采集模块，其中
[0006]所述压力传感器，由核壳编织结构的摩擦纳米纤维针织形成，其中，所述摩擦纳米纤维由导电的芯层以及缠绕所述芯层的壳层缠绕纱线组成；受到外部压力作用时，所述芯层产生与压力相关的电信号；
[0007]所述数据采集模块用于接收所述压力传感器产生的电信号。
[0008]优选的，所述壳层缠绕纱线为柔性的尼龙纱线、涤纶纱线或陶瓷纱线。
[0009]优选的，所述壳层缠绕纱线为2
‑
24股。
[0010]优选的，所述芯层选用导电纱线。
[0011]优选的，所述芯层为镀银尼龙纱线、不锈钢丝或导电碳线。
[0012]优选的，所述芯层的纱线为1
‑
8股。
[0013]优选的，所述数据采集模块将所述电信号传输至电脑终端，显示出压力映射图，根据压力映射图判断外部动作。
[0014]优选的，包括多个所述压力传感器，所述压力传感器设置在脚踩部位，用于传感足底不同部位的压力。
[0015]优选的，多个所述压力传感器设置在袜子底部或者鞋垫上。
[0016]优选的，多个所述压力传感器设置在脚前掌、脚弓和脚后跟的位置。
[0017]本技术的技术方案与现有技术相比，有下列优点：
[0018]本技术主要针对现有的用于足底压力检测传感器的透气性低，舒适性差且制造工艺复杂等缺点，采用PVDF、尼龙和镀银尼龙纱线等廉价且无毒的商用材料制作的编织
核壳摩擦纳米纤维制作的自驱动压力传感器作为传感系统的传感元件，这种编织核壳编织摩擦电纤维编织成针织自驱动传感织物应用于检测足底压力时，透气性与舒适性良好，并且核壳编织摩擦电纤维的制备过程简单，成本低，具有自供电优势，所技术的压力检测传感器并不需要额外供电，即不需要更换电池，在有效降低了成本适合大规模工业生产的前提下也解决了环保问题。将传感器集成在足底不同位置与多通道数据采集模块结合，做不同的瑜伽姿势时，会实时显示足底不同位置的压力映射。
[0019]除了可以作为足底压力传感系统，也可以作为全身运动的具体动作和姿势等复杂信息的实时监测。
附图说明
[0020]附图是用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本技术，但并不构成对本技术的限制。在附图中：
[0021]图1为本技术编织结构摩擦纳米纤维的足底压力传感系统的结构示意图；
[0022]图2为足底压力传感系统的应用示范图；
[0023]图3为编织结构摩擦纳米纤维的压力传感器结构示意图；
[0024]图4为核壳结构摩擦纳米纤维的结构示意图；
[0025]图5为编织结构摩擦纳米纤维的压力传感器的工作原理示意图。
具体实施方式
[0026]以下结合附图对本技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本技术，并不用于限制本技术。
[0027]技术提供了一种由核壳编织结构的摩擦纳米纤维的足底压力检测传感系统，包括至少一个压力传感器和数据采集模块，其中，压力传感器，由核壳编织结构的摩擦纳米纤维针织形成，其中，摩擦纳米纤维由导电的芯层以及缠绕所述芯层的壳层缠绕纱线组成；受到外部压力作用时，所述芯层产生与压力相关的电信号；所述数据采集模块用于接收所述压力传感器产生的电信号，并可以对电信号进行处理和分析。
[0028]数据采集模块可以将压力传感器的电信号传输至电脑终端，显示出压力映射图，根据压力映射图判断外部动作。
[0029]本技术提供的传感系统用于监测不同运动姿势，如监测瑜伽姿势时足底的压力分布等。在此以足底压力检测传感系统为例来描述，如附图1和图2中所示，图1为编织结构摩擦纳米纤维的足底压力传感器分布情况，图2为实际应用场景中的各种瑜伽动作足底压力传感系统的应用示范图。足底压力传感器的结构与工作原理如附图5所示，图3为足底压力传感器的结构，由核壳编织结构的摩擦纳米纤维针织形成，是自驱动传感织物；图4为核壳编织结构的摩擦纳米纤维的结构；图5为压力传感器的工作原理示意图。
[0030]足底压力传感器是一种单电极工作模式，自由运动物体与壳层表面接触时，通过接触起电和静电感应耦合产生等效电荷，当两个表面相互远离时，电子从电极层03流向外电路02从而产生电流，向外部的数据采集模块01传递信息。
[0031]核壳编织结构的摩擦纳米纤维的具体的制备工艺，参见附图4，首先以一些具有一定柔性且弹性模量较小的纱线，如尼龙纱线、涤纶纱线、陶瓷纱线等作为壳层缠绕纱线，壳
层缠绕纱线可控制在2
‑
24股；芯层03选用导电性好的纱线，如镀银尼龙纱线、不锈钢丝、导电碳线等作为电极层，芯层纱线可控制在1
‑
8股。经过编织机将壳层纱线缠绕在中心电极纱线上，制备出核壳编织结构摩擦纳米纤维。
[0032]值得注意的是，在制备过程中壳层纱线缠绕要紧密，否则会泄露电荷。将核壳编织结构摩擦纳米纤维制备成针织传感织物用作足底压力传感织物，将其集成在足底用于足底压力检测(足底压力传感织物的数量与位置可随实际情况进行调整)。
[0033]图1中展示了其在实际场景下的工作原理，选择了双脚共16个足底压力传感器织物，分别位于脚前掌，脚弓和脚后跟的位置，每个足底压力传感器分别与数据采集模块相连，数据采集模块可以为多通道电压或者电流采集装置。当人体做不同动作时，会引起人体重心的轻微不同转移，足底压力也会产生轻微不同，使足底的针织传感织物受到不同的压力，产生相应的电信号并通过数据采集模块将其传输至电脑终端，显示出足底压力映射图，根据足底压力映射图判断足部动作。
[0034]例如当人体正常站立姿势时，双脚足底压力平均，脚弓部位压力显示最小。当单脚站立时，会有一只脚没有足底压力显示，另一只脚的压力会明显增大。当改变姿势双脚脚尖站立时，重心本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种编织结构摩擦纳米纤维的压力传感系统，其特征在于，包括至少一个压力传感器和数据采集模块，其中所述压力传感器，由核壳编织结构的摩擦纳米纤维针织形成，其中，所述摩擦纳米纤维由导电的芯层以及缠绕所述芯层的壳层缠绕纱线组成；受到外部压力作用时，所述芯层产生反应压力变化的电信号；所述数据采集模块用于接收所述压力传感器产生的电信号。2.根据权利要求1所述的压力传感系统，其特征在于，所述壳层缠绕纱线为柔性的尼龙纱线、涤纶纱线或陶瓷纱线。3.根据权利要求2所述的压力传感系统，其特征在于，所述壳层缠绕纱线为2
‑
24股。4.根据权利要求1所述的压力传感系统，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：董凯，王中林，李盈盈，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：新型
国别省市：