CN107022823A - 一种集成温敏纤维的机织结构柔性温度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成温敏纤维的机织结构柔性温度传感器，包括基体，所述基体采用机织面料，通过机织技术将温敏纤维集成到基体中。本发明能舒适地紧密贴合人体或生物体表，实现长期、实时监测人体温度的目的。

Description

一种集成温敏纤维的机织结构柔性温度传感器

技术领域

本发明涉及温度传感器技术领域，特别是涉及一种集成温敏纤维的机织结构柔性温度传感器。

背景技术

随着人们对健康意识的增强以及生活节奏的加快，到医疗机构就医的模式已不能满足人们对健康监护的需求。BennetAM和RappaportWH等人早在20世纪70年代末提出远程医疗的构想，即利用通信技术使医疗服务不再仅局限于医院。近年，我国工业和信息化部已将可穿戴式的移动医疗设备列为重点发展产业。可穿戴式移动医疗设备通过实时监测人体温度、血糖、血压、脉搏等生理信号，为疾病的诊断和治疗提供辅助作用。尤其对人体温度的实时监测，不仅能判断受试者是否有发烧发热，还可对数据进一步处理和分析，为人们的日常生活、疾病的诊断及治疗提供更多指导。例如为备孕期的女性提供较为精确的受孕时间，提高受孕机率；为特殊病人提供特定的用药治疗方案；手术过程中和手术结束后的生命监护；康复期预防感染；老人及婴幼儿的家庭健康监护等。

基于织物的温度传感器具有透气、柔软、可洗涤的优点，因此很适用于可穿戴移动式体温监测设备。现阶段，织物温度传感器的制备还依赖于现成的温度传感器，即将体积较小的硬质温度传感器嵌入到纺织面料中。例如专利CN 104264315A利用双层织物将摆在货架上的温度传感器包覆在双层面料中间。但是这种包覆的方法使温度传感器不能直接接触到皮肤，对体温测量结果的精度产生影响，另外，现有温度传感器的质地坚硬，使其无法长期舒适地贴合人体皮肤。因此，开发透气、柔性、耐洗涤、可精确测量人体温度的织物基温度传感器非常有意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种集成温敏纤维的机织结构柔性温度传感器，能舒适地紧密贴合人体或生物体表，实现长期、实时监测人体温度的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种集成温敏纤维的机织结构柔性温度传感器，包括基体，所述基体采用机织面料，通过机织技术将温敏纤维集成到基体中。

所述温敏纤维通过有梭或无梭的机织方式集成到基体中。

所述温敏纤维通过机织技术集成到基体中时，包括经纱和两个系统纬纱，其中两个系统纬纱中一个为普通纬纱，一根为温敏纤维，两个系统纬纱交替与经纱进行交织，隔两根普通纬纱织入一根温敏纤维，普通纬纱参与全幅宽织造，温敏纤维参与织造成矩形的传感单元。

所述温敏纤维与导线之间的连接采用导电银浆连接。

所述机织面料为单面织物、双面织物或多层织物，组织结构为平纹结构、斜纹结构、缎纹结构或提花结构。

所述机织面料为纤维材料。

所述纤维材料为天然纤维材料或化学纤维材料。

所述温敏纤维由金属材料、导电高聚物或涂层的导电纤维制成。

有益效果

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：本发明可将温敏纤维集成到纺织面料中，制备的温度传感器具有高度可靠性的同时，也具备了机械的柔韧性，能舒适地贴合在人体体表，实现长期、实时监测人体温度的目的。作为可穿戴温度生理监控装置，不仅对慢性疾病患者以及潜在危险人群有显著治疗和提早预防的作用，也可用于健康以及亚健康人群的基本日常生活健康护理中，尤其适用于对老人和孩子的健康监护。

附图说明

图1是实施例1的机织结构示意图；

图2是机织温度传感器与导线的连接图；

图3是实施例2和实施例4的机织结构示意图；

图4是实施例3的机织结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种集成温敏纤维的机织结构柔性温度传感器，包括基体，所述基体采用机织面料，通过机织技术将温敏纤维集成到基体中。所述温敏纤维可以通过有梭或无梭的机织方式集成到基体中。

所述机织材料包括单面织物、双面织物及多层织物，其组织结构包括平纹结构、斜纹结构、缎纹结构和提花等任意组织结构。所述机织面料为纤维材料，纤维材料包括任意天然纤维和化学纤维，如棉、毛、蚕丝、人造丝、聚酯、聚酰胺和由嵌段共聚物制成的聚氨酯弹性纤维等。

所述温敏纤维的阻值随温度的变化而变化，可以由金属材料、导电高聚物或涂层的导电纤维制成。其中，金属材料可以是镍丝、铂丝、铜丝等；导电高聚物可以是炭黑/硅胶复合材料、石墨/硅胶复合材料、碳纳米管复合材料、聚吡咯/硅胶、PEDOT:PSS等；涂层的导电纤维可以是银/尼龙纤维等。

下面通过几个实施例来进一步说明本发明。

实施例1：

温敏纤维的选择：选用金属纤维铂丝(直径：20μm,上海凯泰仪表有限公司)，其电阻随温度的变化而变化，且近似线性关系，即ρ＝ρ₀(1+αt)，式中，t为某时刻摄氏温度，ρ₀为铂丝纤维在0℃时的电阻率，α为材料的电阻温度系数(表示当温度变化1℃时，材料电阻值的相对变化)，ρ为材料在t℃时的电阻率。

机织结构的设计：采用任一机织结构，如1上3下的斜纹组织(见图1)，可适当减少金属纤维铂丝与其他纺织纤维的交织，避免其受到弯曲。

柔性温度传感器的制备。采用机织织造，包括经纱和两个系统纬纱，经纱采用棉纱线(32N)，第一系统纬纱为棉纱线(32N)，第二系统纬纱为金属丝铂丝，两个系统纬纱交替与经纱进行交织，隔两根第一系统纬纱织入一根第二系统纬纱，第一系统纬纱参与全幅宽织造，第二系统纬纱参与织造成1cmx1cm的传感单元。所述金属丝铂丝与导线之间的连接采用导电银浆，从而可以保证将铂丝感测到的信号很好的传递。用导电银浆将温敏纤维与导线连接并用热熔胶封装保护，如图2所示。

柔性温度传感器的表征：制备的机织结构温度传感器(纬密:240根/10cm经密：210根/10cm)，其温度系数为0.0036℃^-1，与普通铂丝的敏感度一致，且具备了织物的透气、柔性、耐洗涤。因此，能舒适地贴合在人体体表，实现长期、实时监测人体温度的目的。

实施例2：

选用金属纤维铂丝(直径：20μm,上海凯泰仪表有限公司)，利用其自身电阻随温度变化而变化的特性，将其作为温敏纤维。采用机织的方式进行织造，将温敏纤维铂丝织入到织物中。织造方法与实施例1相同，组织结构采用5枚3飞纬面缎纹(见图3)，一方面纬面缎纹具有较长纬浮长线，可减少铂丝与纱线的交织点；另一方面，纬面缎纹的单独组织点由纬浮长线所覆盖，织物表面平滑匀整，可减少对温敏纤维的磨损和破坏。该机织结构温度传感器温度系数为0.0036℃^-1，与普通铂丝的灵敏度一致。传感单元仅为5mmx8mm，且铂丝足够细，较为柔软，不影响织物的外观及穿着舒适性，并保留了织物的透气、耐水洗等特点，非常适用于人体温度的实时监测。

实施例3：

金属纤维镍丝也是对温度敏感的材料，采用直径25μm的镍丝(盐城宇恒电热科技有限公司)，织造平纹组织结构的温度传感器(见图4)。织造时经纱采用聚酰胺纤维(210D),纬纱分为两个系统，第一系统纬纱为棉纱线(32N)，第二系统纬纱为金属纤维镍丝，隔两根棉纱线织入一根镍丝。第一系统纬纱参与全幅织造，第二系统纬纱镍丝参与织造成8mmx8mm的传感单元。制备的机织结构的温度传感器温度系数为0.0048℃^-1，与普通镍丝的灵敏度几乎相同，并可用于连续、实时地监测人体温度信号，对人体健康监护有重要意义。

实施例4：

选择对温度敏感的金属丝镍丝(直径25μm，盐城宇恒电热科技有限公司)作为温敏纤维，采用机织的方式进行织造，将铂丝织入到织物中。织造方法与实施例2相同，组织结构采用5枚3飞纬面缎纹(见图3)，纬面缎纹组织可保证较少组织点，避免镍丝的弯曲；并且纬面缎纹的单独组织点由纬浮长线所覆盖，织物表面平滑匀整，保证了穿着的舒适性。制备的机织结构温度传感器，具有织物的柔软、耐水洗等特点，能舒适的贴合在人体皮肤表面，实现人体体温实时、连续的监测。

Claims (8)

1.一种集成温敏纤维的机织结构柔性温度传感器，包括基体，其特征在于，所述基体采用机织面料，通过机织技术将温敏纤维集成到基体中。

2.根据权利要求1所述的集成温敏纤维的机织结构柔性温度传感器，其特征在于，所述温敏纤维通过有梭或无梭的机织方式集成到基体中。

3.根据权利要求1所述的集成温敏纤维的机织结构柔性温度传感器，其特征在于，所述温敏纤维通过机织技术集成到基体中时，包括经纱和两个系统纬纱，其中两个系统纬纱中一个为普通纬纱，一根为温敏纤维，两个系统纬纱交替与经纱进行交织，隔两根普通纬纱织入一根温敏纤维，普通纬纱参与全幅宽织造，温敏纤维参与织造成矩形的传感单元。

4.根据权利要求1所述的集成温敏纤维的机织结构柔性温度传感器，其特征在于，所述温敏纤维与导线之间的连接采用导电银浆连接。

5.根据权利要求1所述的集成温敏纤维的机织结构柔性温度传感器，其特征在于，所述机织面料为单面织物、双面织物或多层织物，组织结构为平纹结构、斜纹结构、缎纹结构或提花结构。

6.根据权利要求1所述的集成温敏纤维的机织结构柔性温度传感器，其特征在于，所述机织面料为纤维材料。

7.根据权利要求6所述的集成温敏纤维的机织结构柔性温度传感器，其特征在于，所述纤维材料为天然纤维材料或化学纤维材料。

8.根据权利要求1所述的集成温敏纤维的机织结构柔性温度传感器，其特征在于，所述温敏纤维由金属材料、导电高聚物或涂层的导电纤维制成。