CN100484469C - 一种用于电子织物的应变式柔性呼吸传感器及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于电子织物的应变式柔性呼吸传感器及其应用，它包括由具有弹性的导电纤维和绝缘纤维机织或针织的织物形式的传感器敏感元件，所述传感器敏感元件具有用于电连接的引线或接头。一种应用该呼吸传感器的用于监测人体呼吸信息的衣物，该衣物为紧身衣，它包括由至少一个用于电子织物的应变式柔性呼吸传感器，其中衣物的胸部部位为织物形式的应变式柔性呼吸传感器敏感元件，衣物的其它部位为普通聚氨酯纤维针织的织物。本发明是一种织物形式的传感器和包含这种传感器的衣物，因此其具有可弯曲、可折叠、可揉搓、可洗涤等特性，非常适于在穿着状态下实时监测穿着者的呼吸信息，其结构简洁，成本低廉，使用非常方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种柔性呼吸传感器，特别是一种用于检测人体生理信息的基于导电纤维的柔性传感器。
背景技术
在此之前，已公开了许多将导电纤维用于织物或服装以检测人体的生理信息(例如体温、心率、心电、脉搏、呼吸等)的专利。在这些专利中，导电纤维具有信息传输或供电的作用。例如，授予美国佐治亚科技研究公司的中国专利99801099.5和00811968.6公开的织物或衣物就包括用作信息传输或供电的导电纤维。授予荷兰皇家飞利浦电子股份有限公司的中国专利03804817.5公开的电极传感器包括用作连接电极的支撑和衣物本体的导电纤维。授予佐治亚科技研究公司的另一个中国专利01821924.1公开的织物传感器包括采用导电纤维编织或针织的织物电极，在这里导电纤维的作用仍然是信息传输。
然而，这些专利未能公开包含一种具有信息感知与传输双重功能的导电纤维，或者由这种导电纤维机织或针织的织物，而且这样的织物是可穿着的、可洗涤的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于电子织物的应变式柔性呼吸传感器和提供一种应用该呼吸传感器的用于监测人体呼吸信息的衣物。
本发明的创新点是采用机织或针织的方法将具有信息感知与传输双重功能的导电纤维制作成织物形式的传感器。这种传感器能够感知特定的人体生理信息(例如呼吸)。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种用于电子织物的应变式柔性呼吸传感器，所述的应变式柔性呼吸传感器具有机织结构，由导电的弹性纤维机织而成，包括由具有弹性的导电纤维和绝缘纤维机织或针织的织物形式的传感器敏感元件，所述传感器敏感元件具有用于电连接的引线或接头。
所述机织结构为平纹组织结构。
所述弹性的导电纤维为碳纳米管填充的聚氨酯纤维，电阻率大小为108Ω·cm。
所述弹性的绝缘纤维为聚氨酯纤维。
所述传感器敏感元件由机织方法制成，其中经纱全部为绝缘纤维，纬纱一部分为导电纤维，一部分为绝缘纤维，并且每相邻导电纤维之间有两根绝缘纤维；传感器敏感元件边缘处的导电纤维以折λ边的形式依次串接起来以形成一根连续的导电纤维。
一种用于监测人体呼吸信息的衣物，包括由至少一个用于电子织物的应变式柔性呼吸传感器，其中衣物的胸部部位为织物形式的应变式柔性呼吸传感器敏感元件，衣物的其它部位为普通聚氨酯纤维针织的织物。
所述衣物上还设置有包括传感器信号调节转换电路和信号采集、处理、存储、发射功能的电路板，所述电路板连同电源一起被固定在一个电路保护外壳内，电路保护外壳是可拆卸的。
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
本发明是一种织物形式的传感器和包含这种传感器的衣物，因此其具有可弯曲、可折叠、可揉搓、可洗涤等特性，非常适于在穿着状态下实时监测穿着者的呼吸信息，其结构简洁，成本低廉，使用非常方便。
附图说明
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的描述。
图1是本发明的传感器敏感元件示意图；
图2是本发明的传感器敏感元件的机织平纹组织结构图；
图3是本发明的传感器信号调节转换电路图；
图4是本发明的衣物部件分布示意图；
图中：1.传感器敏感元件，11.导电纤维，12.绝缘纤维，13.引线或接头，14.导线，2.电路板，20.电路保护外壳，3.衣物。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明一种用于电子织物的应变式柔性呼吸传感器，主要包括由具有弹性的导电纤维11和绝缘纤维12机织的平纹组织结构的传感器敏感元件1；导电纤维11选用碳纳米管改性聚氨酯纤维，其电阻率大小为108Ω·cm，绝缘纤维12选用普通聚氨酯纤维；采用机织方法，其中经纱全部为绝缘纤维12，纬纱一部分为导电纤维11，一部分为绝缘纤维12，并且每相邻导电纤维11之间有两根绝缘纤维12；传感器敏感元件1边缘处的导电纤维11以折λ边的形式依次串接起来以形成一根连续的导电纤维11；连续的导电纤维11的两端具有用于电连接的引线或接头13。
如图3所示，本发明一种用于电子织物的应变式柔性呼吸传感器的信号调节转换电路，能够将导电纤维11的电阻率大小的变化转换为输出电压的变化。
如图4所示，本发明一种用于监测人体呼吸信息的紧身衣3，紧身衣3的胸部部位为织物形式的传感器敏感元件1，紧身衣3上设置有包括传感器信号调节转换电路和信号采集、处理、存储、发射等功能的电路板2，传感器敏感元件1与电路板2之间由导线14连接，电路板2连同电源(图略)一起被固定在一个电路保护外壳20内，电路保护外壳20是可拆卸的，并且设置在衣物底部。
这种用于电子织物的应变式柔性呼吸传感器的工作原理大致如下：当传感器敏感元件受到拉力(例如呼吸引起的胸廓运动)作用而产生应变(形变)时，导电纤维的电阻率或由导电纤维组成的导电网络的电阻值将发生变化，通过传感器信号调节转换电路对其电阻率或电阻值进行测量即可获得应变的大小。如果应变是周期性变化的，则还可以获得其周期大小。进一步地，将该织物形式的传感器用于衣物上，就能获得穿着者的呼吸频率与幅度信息。
虽然以其优选的形式公开了本发明，但对于本领域的普通技术人员来说，在不偏离由权利要求书提出的本发明的构思和范围的条件下，还可以进行许多改进。
Claims (7)
1.一种用于电子织物的应变式柔性呼吸传感器，其特征在于，所述的应变式柔性呼吸传感器具有机织结构，由导电的弹性纤维机织而成，包括由具有弹性的导电纤维(11)和绝缘纤维(12)机织的织物形式的传感器敏感元件(1)，所述传感器敏感元件(1)具有用于电连接的引线或接头(13)。
2.根据权利要求1所述的一种用于电子织物的应变式柔性应变传感器，其特征在于，所述机织结构为平纹组织结构。
3.根据权利要求1所述的一种用于电子织物的应变式柔性应变传感器，其特征在于，所述弹性的导电纤维为碳纳米管填充的聚氨酯纤维，电阻率大小为108Ω·cm。
4.根据权利要求1所述的一种用于电子织物的应变式柔性应变传感器，其特征在于，所述弹性的绝缘纤维为聚氨酯纤维。
5.根据权利要求1所述的一种用于电子织物的应变式柔性呼吸传感器，其特征在于，所述传感器敏感元件(1)由机织方法制成，其中经纱全部为绝缘纤维(12)，纬纱一部分为导电纤维(11)，一部分为绝缘纤维(12)，并且每相邻导电纤维之间有两根绝缘纤维(12)；传感器敏感元件(1)边缘处的导电纤维以折λ边的形式依次串接起来以形成一根连续的导电纤维。
6.一种用于监测人体呼吸信息的衣物，其特征在于：包括由至少一个权利要求1所述的用于电子织物的应变式柔性呼吸传感器，其中衣物(3)的胸部部位为织物形式的应变式柔性呼吸传感器敏感元件(1)，衣物(3)的其它部位为普通聚氨酯纤维针织的织物。
7.根据权利要求6所述的用于监测人体呼吸信息的衣物，其特征在于，所述衣物(3)上还设置有包括传感器信号调节转换电路和信号采集、处理、存储、发射功能的电路板(2)，所述电路板(2)连同电源一起被固定在一个电路保护外壳(20)内，电路保护外壳(20)是可拆卸的。
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