CN107923764A - 具有可降解传感器的织物 - Google Patents

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Abstract

一种织物，包括用于定义电路的至少一部分的至少一个导电元件以及耦合到所述导电元件的传感器，其中所述传感器包括被配置成在预设条件下至少部分地降解以改变所述传感器的电特征的可降解元件。还公开了一种包括该织物的制品以及一种用于监视该织物的寿命周期的过程。

Description

具有可降解传感器的织物
***
..
本发明涉及一种织物以及一种服装，该服装具有这样的织物以监视该服装的寿命周期，并且具体地监视该服装在其寿命中已遭受的预定事件(诸如洗涤周期、热处理等)的次数。
具有传感器的服装在本领域中是已知的；例如，服装可提供有用于监视这些服装的穿戴者的不同类型的参数(例如，活动)的传感器。在其他已知的织物中，传感器允许沿着服装传送信号，并监视穿戴者的重要数据。更一般地，具有工业用纱线的织物(诸如具有压电纱线的织物)被已知用于例如能量收集。
US 6687523 B1公开了一种婴儿服装，该婴儿服装在可包括用于感测穿戴者的一个或多个身体重要特征的材料的织物内具有信息基础结构。信息基础结构组件可由高导电性组件或低导电性组件组成，或者由高导电性纤维和低导电性纤维两者组成。它们可被用于通过在身体上并用于链接到个人状态监视器(PSM)的传感器来监视包括心率、脉搏率、温度和氧饱和度(脉搏氧气)在内的一个或多个身体重要特征。这些导电材料可按不同方式被插入在织物内，例如它们可被编织或针织在织物内。
US 6727197公开了一种针织、编织或编结成的纺织缎带，该纺织缎带包括一个或多个传输元件。这些传输元件优选地彼此间隔非导电纤维。这些传输元件可与非导电纤维编织或针织在一起，并且它们被用于传送信号，以便例如使同一服装上的两个电子设备互连，或使该服装上的一个电子设备和位于另一服装或腰带上的第二电子设备互连。换言之，该缎带被用作总线。
一些织物(尤其是具有传感器或工业用纱线的织物)的问题在于它们在遭受不合适或不适当的处理(诸如，处于过高温度的洗涤周期或通过干洗而非水洗(或反之亦然)等等)的情况下可能受到损坏。类似地，当衣服在不合适或不适当的穿戴条件中(诸如，在雨中或雪中)被穿戴时，损坏可发生。损坏也可能是意外的，诸如掉落在水中或熨烫等等。
在其他情况下，破坏在特定次数的事件之后(例如在某次数的家庭洗涤之后)加剧。损坏可能并不总是第一眼就可见的，尤其是在仅传感器或工业用纱线被损坏的情况下。结果，服装的真实状况可能不被用户知道。
由此需要找出用于检测服装或织物的各状况的方式。具体地，随着该信息被获得，用户可例如更好地管理其服装、评估所使用的服装的价值等等。
此外，当织物被损坏时，由于该数据，使得有可能评估该损坏归因于该织物的质量很差，还是归因于对衣服本身的处理很糟糕，例如因为它已被过于频繁和/或以过高的温度、或者以错误的方式清洗。其他服装(例如工作服)可仅能保证特定次数的洗涤，即在特定次数的洗涤之后，一些属性被失去。
由此需要评估该特性，并可能还需要评估对服装实施的预定事件的数目。
这些和其他目标是借助根据独立权利要求的织物、制品(例如，服装)和用于监视服装的寿命周期的过程来实现的。从属权利要求中列出了各优选方面。
根据一实施例，织物包括定义电路的至少一部分的至少一个导电元件以及耦合到所述导电元件的传感器，其中传感器包括可降解元件。该可降解元件被配置成在预设条件下至少部分地降解以改变传感器的电特征。
传感器的“可降解元件”是具有在预定条件下渐进地(并且不可逆地)改变从而影响该传感器的至少一个电特性的至少一个特征的元件。
在一示例性实施例中，可降解元件可以是例如水可降解元件。水可降解元件被配置成使得该水可降解元件的电特征被渐进地改变，例如每当该织物被洗涤时，该可降解元件的尺寸或质量就被渐进地降低(即，它“降解了”)。这可用本领域已知的不同方式来实现。作为一个示例，水可降解元件可经历水解作用，以使得在与水接触时，该可降解元件的部分被侵蚀。作为替换，该水可降解元件可以是可溶于水的。
这样的水可降解元件可被用于监视对提供有这样的可降解元件的织物实施的洗涤周期的次数。事实上，每当该织物被洗涤时，可降解元件就减小其尺寸(优选地为其总尺寸的一小比例)，并且由此该可降解元件耦合到的电路的电特征被改变。作为示例，置于两个导电纱线之间的水可降解元件可充当电阻器。当该织物被洗涤时，水可降解元件的尺寸被减小。结果，这些元件之间的电阻按可测量的方式改变(它通常按阶梯状方式升高)。该改变可被用来指示洗涤周期的发生。
同样，水可降解元件可实质上维持其维度(或更好地维持其“外部”尺寸)，同时失去其内容的部分。作为示例，水可降解载体可填充有可降解填充物，并且在与水接触之际被侵蚀或溶解，而无需实质上改变其尺寸。更一般地，水可降解元件可被配置成在与水接触时(至少)失去其内容的部分(即失去质量和/或填充物)，以使得电路的电特征被改变。
作为又一示例，压电元件可被用作“可降解”元件。如所知道的，当压电元件遭受机械刺激时，压电元件生成电信号。电信号的强度是压电元件的结构的函数，并且具体地该强度与压电元件的偏振成比例。压电元件的内部结构(并且由此偏振)可例如通过向该压电元件施加某个温度来改变。压电元件的材料可由此被选为使得当遭受预定温度(例如，对应于织物的洗涤周期的温度)时失去偏振。结果，当织物以某个温度被洗涤时，压电元件的偏振被改变。该改变可发生一次或若干次。像之前一样，压电元件的该降解将导致纳入所述压电元件的传感器的信号的改变，并且可被用于示出热处理的发生。
根据一实施例，织物是编织或针织成的织物，并且导电元件是插入在该织物内的导电纱线，即它们是该织物的编织或针织成的结构的部分。结果，这些纱线可被容易地实现在该织物中。同样，该织物的外观不怎么受导电纱线的存在的影响。如上所述，根据优选实施例，可降解元件被配置成在对该织物实施的清洗周期或热处理期间被部分地降解。
这些事件与服装的寿命尤其相关。由于本实施例，有可能监视清洗周期和/或热处理的发生。应当注意，在一些情况中，这两个事件可同时发生，或者在任何情况下，它们可在同一时间被实施。作为示例，洗衣机可使用热水。结果，洗衣机可同时执行清洗周期和热处理。
在再一实施例中，可降解元件的“寿命”可变为等于织物/服装的预期寿命。作为示例，如果在例如100个清洗周期后服装被认为要被丢弃并且以后不再被使用，则可降解元件可被配置成具有在每一清洗周期降解约1％或例如0.5％的特征。结果，在可降解元件的“工作寿命”期间，可降解元件的实际降解可被用于例如示出服装剩下的预期寿命。当可通过该可降解元件测量的特征不再存在或已达到预设值(即，在以上引用的示例中为0％或50％)时，依据该事实，示出服装需要被替换为新的服装。
如所提到的，根据一实施例，可降解元件是可溶于水的。结果，每当可降解元件变为与水接触时，该可降解元件就降低其尺寸/质量。在另一实施例中，该元件是在水中部分水解并且包含诸如碳粉或石墨烯之类的填充物的聚合物，该填充物使得经填充的聚合物变为电阻元件；每次洗涤时失去聚合物基体及其填充物中的一些，使得该元件的电阻的初始值随每次洗涤改变。
优选地，水可降解元件被配置成使得在正常洗涤周期期间，仅可降解元件的一小部分被失去(例如，它被侵蚀或带走)。
该结果可以通过对水可降解元件的适当尺寸标注和/或通过适当地选择水可降解元件的(诸)材料来获得。
根据一实施例，可降解元件是置于两个导电元件之间的电阻器。具体地，(水)可降解元件可被置于两个导电元件之间，并充当电阻器。如之前所提到的，每当水可降解电阻器被洗涤时，它就减小其尺寸/质量。结果，可降解元件的电阻在每个洗涤周期都被升高。
用于实现可降解电阻器的合适材料在本领域是已知的，并且例如是聚醚、聚已酸内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、热塑性聚氨酯(TPU)；导电填充物并且还有镁和硅可与这些聚合物一起被使用。
在不同的实施例中，可降解元件(优选地为水可降解元件)被置于两个导电元件之间，以便形成电容器。具体地，可降解元件充当该电容器的介电部分。
每当水可降解元件被洗涤时，该水可降解元件就改变例如其质量或体积或其尺寸。结果，由导电元件并由可降解元件形成的电容器的电容在每个洗涤周期都被改变。可降解电容器的合适材料例如为导致可伸缩的聚氨酯的脂肪族聚异氰酸脂、交联聚醚和聚酯多元醇。
在另一实施例中，导电元件(例如，导电纱线)被缠绕在水可降解元件周围以形成电感线圈，并且该可降解元件可以是该电感器的芯。结果，由导电元件并由可降解元件形成的电感器的电感在每个洗涤周期都被改变，例如被降低。可降解电感器的合适材料在本领域中是已知的，并且例如为聚已酸内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)和热塑性聚氨酯(TPU)
像之前一样，每当水可降解元件被洗涤时，它就减少其质量或尺寸。结果，由导电元件并由可降解元件形成的电感器的电感在每个洗涤周期都被改变。
更一般地，当无源电路元件(电阻器、电容器、电感器、忆阻器等)提供有能够在遭受预设条件时改变该电子元件的电特征的元件时，这些无源电路元件可被用作可降解传感器，该元件通常通过在与水接触时减小其尺寸(或更一般地其质量)来改变该电子元件的电特征。
以上记载了具有在被洗涤时减小其质量/尺寸的可降解元件的传感器的优选材料。适合被使用的材料例如为具有导电碳杂质(碳黑、碳粉、碳纳米管、石墨烯等)分散在其中的基于聚醚的基体材料。
根据不同的实施例，可降解元件包括压电元件。具体地，这些压电元件在遭受到热时“可降解”。具体地，压电元件当被加热到某些温度时可改变其结构，以致失去偏振；偏振的失去优选是渐进的失去。如所提到的，压电元件可(例如通过适当的材料选择)被配置成在基本上等于洗涤周期期间所需的温度的温度时失去偏振。结果，在洗涤周期期间，如果织物被加热，则压电元件失去偏振；一般来说，在该第一事件发生了之后，偏振基本上完全失去，使得该传感器是仅一次性的。在其他实施例中，偏振可通过若干步骤逐渐失去，并且传感器每次生成小于洗涤周期之前的信号的信号(即，热处理在该洗涤周期期间发生了)。
根据一实施例，压电传感器包括压电片(优选地为诸如聚偏二氟乙烯(PVDF)或同一族的聚合物之类的静电纺丝材料)，其夹在两个导电(例如，铝)片之间。这些导电片优选地被直接连接到具有上拉/下拉电阻器的控制器的模数转换器。
根据一实施例，可降解元件可示出服装已被使用，并且该服装已被洗涤过。出于该目的，可降解元件被配置成当织物被用户穿戴时提供第一降解程度，并且在洗涤周期或热处理时提供第二降解程度。优选地，第二降解程度大于第一降解程度。在(例如借助于控制器)监视可降解元件的降解时，有可能区分第一降解程度和第二降解程度以确认相关事件的发生。
换言之，包括可降解元件的传感器可被用于监视并区分不同种类的事件的发生。
作为示例，水可降解元件在正常使用期间例如由于用户的汗液或与用户的皮肤接触而可通过水解作用并以非常小的比例被慢慢地侵蚀。相反，在洗涤周期期间，水可降解元件可更快并以比使用期间更大的比例降解。
根据一实施例，可降解元件在不同于预设条件的非期望事件期间被提供第三降解程度。
作为示例，以过高温度进行加热可引起压电元件基本上完全消偏振，以使得该压电元件停止生成电信号。由于这个，有可能知道已对织物或对服装实施了过于激进的热处理。类似地，水可降解元件的尺寸的突然和大量失去可指示已实施了过于激进的清洗周期。
本发明的一实施例提供诸如服装之类的制品，该制品包括根据前述方面中的任一者的织物。在进一步实施例中，该制品包括耦合到电路的控制器，该控制器用于监视电特征的变化。
换言之，控制器检查电路的电特征(诸如，来自传感器的信号)是否由于可降解元件的降解而随时间改变。
该检查可以是连续的或者处于离散时间间隔。作为示例，控制器可在电路内发送电信号，并在可降解元件处检查该电路的例如电阻/电容/电感。否则，它可接收并评估例如从压电元件接收到的电信号。
根据一实施例，控制器被放置在服装的纽扣内。由于这个，服装可提供有传感器(即，具有可降解元件的电路)和用于接收并评估来自该传感器的信号的装置(即，控制器)。
本发明的一方面进一步提供根据前述各方面中的一者或多者的用于监视织物或服装的寿命周期的过程。具体地，该过程包括以下步骤：
(a)向织物提供用于定义电路的至少一部分的至少一个导电元件以及耦合到所述导电元件的传感器，所述传感器具有被配置成在预设条件中部分降解的可降解元件，由此所述元件的降解改变所述传感器的电特征；
(b)监视并存储所述电特征；
(c)根据在步骤(b)存储的所监视的数据来评估所述电特征的降解值和/或降解事件的次数；
(d)根据步骤(c)的评估确定所述织物的状态。
在优选实施例中，以上提到的步骤(c)进而包括以下步骤：
(c1)根据时间评估所监视的电特征的函数；
(c2)评估步骤(c1)的所监视的电特征的函数的导数
(c3)对步骤(c2)的导函数的峰值进行计数，其中每一峰值与所述事件的一次发生相关联。
通常，步骤(c3)在峰值大于特定阈值的情况下被实施，以便仅对该事件的发生进行计数。
本发明的其他方面涉及一种电路，该电路包括用于定义该电路的至少一部分的至少一个导电元件以及耦合到该导电元件的传感器。该传感器包括被配置成在预设条件中至少部分地降解以改变该传感器的电特征的可降解元件，并且该电路适合被插入在织物中。
优选地，该电路提供有可被放置在织物中的导电元件(例如，它们可以是可被用来生产该织物的导电纱线，诸如纬纱/经纱)。同样，该可降解元件优选具有可被容易地放置在织物中或设置在织物上的材料。
现在将参考所附的附图讨论示例性和非限制性实施例，其中：
-图1和2是本发明的各实施例的织物的示意图；
-图2A、2B和2C是水可降解元件的不同实施例，分别为电阻器、电容器和电感器；
-图3是根据本发明的一实施例的包括水可降解电阻器的电路的示意图；
-图3A是根据本发明的一实施例的水可降解电阻器的渐进降解的示意图；
-图4是根据本发明的一实施例的包括水可降解电容器的电路的示意图；
-图5是根据本发明的一实施例的包括水可降解电感器的电路的示意图；
-图6是根据本发明的进一步实施例的可降解元件的示意图；
-图6A是图6的替换实施例的示意图；
-图7是当遭受图8A中示意性地示出的不同条件时，水可降解电阻器的电阻根据时间的示图；
-图8是图7的电阻的导数根据时间的示图；
-图8A是对水可降解元件的测试的不同条件的示意图。
-图9是根据本发明的一实施例的包括压电可降解元件的电路的示意图；
-图9A是图9的实施例的压电可降解元件的SEM图。
-图9B是具有图9的传感器的另外的电路的示意图；
-图10是图9的压电可降解元件的渐进降解的示意图；
-图11、11A、11B是本发明的进一步实施例的电路的示意图；
图12是不同可降解元件的电特征的变化的示图；
-图13A-13B示出对放置在没有遭受洗涤周期的织物上的传感器实施的测试的结果；
-图13C-13D示出对放置在以60摄氏度遭受洗涤周期的织物上的传感器实施的测试的结果；
-图14示出在接缝中具有传感器的劳动布制品。
参考附图，(图1和2中示意性地示出的)制品11包括织物1，该织物1进而包括用于定义电路3的至少一个导电元件2。传感器12包括耦合到一个或多个导电元件2的可降解元件4。可降解元件4的降解引起电路3的一个(或多个)电特征的变化。
优选地，控制器10可被耦合到电路3以评估这样的电特征的变化。
织物1优选地是编织或针织而成的织物。导电元件2可由此是作为该编织或针织而成的织物的部分的导电纱线2a、2b，即它们可被插入到该织物中，作为该织物本身的编织或针织而成的结构中的纱线。
在优选实施例中，织物1是用于裤子的劳动布织物。在任一情况下，织物1可以是通用织物。
在图1中，示出了织物1的编织而成的结构中的两个导电纱线2a、2b。在图2中，示出了另外的织物1b的针织而成的结构中的导电纱线2。
导电纱线可包括例如钢线或铜线或银线，并且它们可以是例如单丝，或者它们可以是形成最终的纱线的多个纤维的混纺。
可使用替换的导电元件。在图6的示意性实施例中，耦合到该织物的两个金属元件2c被用作导电元件。
根据图6B中示出的进一步实施例，揿钮2e(通常为阳型揿钮)可被夹压到导电元件2a、2b(例如，钢纱线)—以点线示出—以提供与后者的欧姆接触，使得它们可(例如，经由标准的阴型揿钮)被连接到外部电路系统，例如以将由控制器记录的数据下载到外部数据处理器。
一般来说，导电元件允许沿着织物的一部分传输电信号。更详细地，导电元件被耦合到可降解元件，以形成电闭合回路的一部分。
更详细的，导电元件2、2a、2b、2c被设置在织物1内/被耦合到织物1，以便优选地与控制器10一起形成闭合回路，即电路3。控制器10可被插入在织物1内，或者它可以是在织物1外部的元件。
作为示例，控制器10可被插入在被配置为耦合到织物的纽扣内，如以本申请人的名义在待决申请EP 15179147.2中公开的。导电元件2、2a、2b、2c被设置成使得当外部控制器10被耦合到最终服装的织物1时与该外部控制器10一起使电回路闭合。电控制器10包括用于生成/或评估电信号的已知装置以及用于监视电路3的电特征的已知装置。
作为示例，在图3中，以示意性和简化示图示出了电路3。
电路3包括两个导电纱线2a、2b。纱线2a、2b可被插入在织物1内，如以上所公开的。出于清楚起见，织物1没有被示出。可降解元件4a被置于纱线2a、2b之间。电路被控制器10闭合。
电路3可比所示出的更复杂。如例如在图11中示出的，电路3可包括模数转换器(ADC)5，以允许控制器10管理数字信号，如以后更好地讨论的。
根据一实施例，电路3可包括上拉或下拉电阻7，以避免短路并限制外部干扰。一般来说，传感器12能够生成去往和/或来自可降解元件4(如根据图11为可降解电阻器4a)的信号。具体地，电路3一般被配置成允许信号在可降解元件4和控制器10之间传输。
在图11的特定实施例中，传感器包括可降解电阻器4a以及与电阻器4a串联布置的另一电阻器7a，以便形成分压器。根据一方面，电阻器7a的电阻值可被如下选择。
R_ini是电阻器4a的电阻的初始值(即，在任何降解之前)，且R_fin是电阻器4a在其有效寿命时间的结束时的较大预期最终电阻值，分压器电阻器7a优选地具有由R_ini和R_fin的几何平均值定义的电阻值R_div。换言之，分压器电阻器7a的电阻的值可被根据以下公式来选择：
分压器电阻器7a的上述优选值保证ADC 5的输入处的最大动态范围。以上公开的分压器在测量电阻器4a的电阻值期间尤其有用。
如图1A中所示出的，电阻器7a可被用于还与具有可降解电感器4c的可降解传感器组合形成分压器。在该情况下，可降解电感器4c(在以后更好地讨论)优选与非可降解电容器7b并列布置。
同样，如图11B中所示出的，可使用分压器而无需(上拉/下拉)电阻器，图11B中示出了电容分压器，在该电容分压器中，可降解电容器4b与参考电容器7c串联安置。
在图9B中的示例性实施例中，还示出了上拉/下拉电阻器7以及可降解压电传感器。在该情况下，上拉/下拉电阻器7的电阻的值可被更自由地选择，因为它在分压器中不与根据图11的可降解电阻器一起被使用。
根据一实施例中，传感器12可被放置在制品11的接缝11a、11b内(参见图14)，以使得在看着该制品时，传感器12是不可见的，即这些传感器12被隐藏在接缝内。换言之，传感器12可被织物包围，并被放置在接缝11a内部。如本文中所使用的，接缝11a、11b是制品11的一部分，在该部分中，(诸)织物的两个重叠的部分被接合在一起。图14中示意性地示出接缝11a的特写。图14中所示的接缝11a表示一种接缝实施例，但是在其他实施例中使用各种类型的接缝。各种缝合类型和其他方法可以被用来在其他实施例中形成接缝。在所示的实施例中，制品11是一条劳动布牛仔裤，但在其他实施例中可使用其他材料以及不同的制品。作为示例，制品11可以是由穿戴者穿戴的一件服装，包括但不限于短裤、衬衫、连体衣、腿套和袖套等。
图14示出由两个织物片1a、1b形成的接缝11a，这两个织物片1a、1b通过缝合13被接合在一起以形成接缝11a。传感器12被放置在接缝11a内，并且它被连接到至少部分在接缝4内运行的导电元件2a、2b。
具体地，图14示出了制品11(即服装)，该制品11是一条劳动布裤。在根据本公开的各方面的其他实施例中，制品可以是不同的服装，例如一件诸如可被用户穿戴的衣服。在所解说的实施例中，制品11包括至少位于每一裤腿的外侧位置(接缝11a)和内侧位置(接缝11b)的接缝11a、11b。当制品11由穿戴者穿戴时，接缝11a、11b一般沿穿戴者的腿的纵向方向延伸并因此一般在裤腿的较上部分中与穿戴者的股骨平行以及在裤腿的较下部分中与穿戴者的胫骨和腓骨平行。
此外，即使未详细示出，但另外的接缝可被提供在制品11上，例如在裤子的上部分处，即在裤子的通常被配置成容纳腰带的部分处。传感器12可根据需要被放置在这些接缝中的任一者内。还应注意，接缝11a、11b被用于生产该制品，以使得传感器可被放置在该制品的预先存在的接缝内。这样的接缝可提供有相对于接缝的其他区域具有更大尺寸(例如，更大宽度)的区域，以便在该较大的区域中容纳传感器。同样，在一些实施例中，传感器可被放置在特别为该传感器创建的接缝内。换言之，不具有“结构”功能的接缝可仅出于容纳传感器的目的被提供在制品上。一接缝可由此被形成在制品上，以便形成其中可容纳传感器的“口袋”。
同样，传感器10可被放置在制品11的接缝11a、11b内。
控制器10可借助于不降解的传导元件(例如，诸如钢纱之类的传导纱线)被连接到传感器。
如之前提到的，在本发明的不同实施例中可使用各种种类的可降解元件。现在将详细讨论具有水可降解元件和压电元件的实施例。
参考图3，水可降解电阻器4a被置于两个导电纱线之间。
水可降解电阻器4优选地由基于聚醚和/或聚酯的聚氨酯制成。
每当织物1被洗涤时，水可降解电阻器4a就部分地降低其质量/尺寸。这在图3A中被示意性地示出。具体地，图3A从下到上地示出了水可降解电阻器的降解。更详细地，在图3A的底部，示出了完整的水可降解电阻器。在顶部，该水可降解电阻器4a被完全降解。在图3A的底部和顶部之间，示出了中间状况。
每当可溶于水的电阻器减小其质量/尺寸时，即每当可溶于水的电阻器失去其材料的部分时，相关的电特征(即，电阻)被改变。
水可降解电阻器(且更一般地，水可降解元件，如后续讨论的水可降解元件42b和41c)优选地被配置成在每一洗涤周期都改变约1％到5％的相关电特征(例如，在电阻器的当前情况中为电阻)。事实上，如所提到的，电阻器4a的电阻独立于电阻器4a本身的质量/尺寸。具体地，该电阻随电阻器4a的质量/尺寸减小而增大。事实上，当该电阻器(通过减小电阻器的外部尺寸或者通过失去电阻器的填充物两者)失去质量时，电流所穿过的电回路变窄，由此使电阻器的电阻升高。
如后面更好地讨论的，传感器12中的电阻器4a的电阻的改变可由控制器10感测到，以便评估织物1的寿命周期，并具体地评估关于织物1的洗涤周期的历史。
水可降解元件可不仅被用作电阻器。作为示例，在图4中，示出了其中水可降解元件在电容器4b中被使用的实施例。具体地，电容器4b包括两个导电纱线2a、2b的一部分40b、41b(即第一导电纱线2a的一部分40b和第二导电纱线2b的一部分41b)。水可降解介电部分42b被置于这两个部分40b、41b之间，以便形成电容器4b。像之前一样，在洗涤周期期间，介电部分42b部分地减小其质量/尺寸，并且由此电容器4b的电容被改变，例如被降低。
在进一步实施例中，在图5中示意性地示出了可降解元件被用作电感器4c的芯41c。更详细地，导电纱线2a的一部分40c被缠绕在水可降解芯41c周围，以便形成电感器4c。
在洗涤周期期间，水可降解芯41c部分地减小其质量/尺寸，以使得电感器4c的电感被改变，例如被降低。
更一般地，在本发明的不同实施例中可使用不同的水可降解元件，条件是该水可降解元件的部分降解(例如，由于水解作用所引起的侵蚀)引起电路3内的敏感变化，即该水可降解元件的部分降解改变电路3的电特征的值。
在以上公开的各实施例中，由水可降解元件所改变的“电特征”分别是该电路3在相关水可降解元件4a、42b、41c处的电阻(在图3中)、电容(在图4中)和电感(图5)。
如所提到的，电感元件不限于导电纱线。参考图6的实施例，水可降解元件4被置于耦合到服装的两个金属元件2c(例如它们是金属纽扣的部分)之间。
具体地，可降解元件4连接两个金属元件2c，以便允许在这些金属元件2c之间传输电信号。
这样的电信号可由例如被嵌入在另外的纽扣(未示出)中的控制器10(图6中未示出)生成。
水可降解元件被公开。然而，不同的可降解元件可被配置成当安置为与例如干洗中所使用的四氯乙烯或其他溶剂之类的不同的流体(即除水以外)接触时减小其质量/尺寸。此外，在本发明的进一步实施例中，可使用可降解元件4，在该可降解元件4被安置为与液体接触时，不减小其质量/尺寸。
作为一示例，在图9中，示出了压电可降解元件4d。具体地，在所示出的实施例中，压电可降解元件4d可被形成为被置于两个导电层20a、20d之间的层(其他导电元件也可与压电可降解元件一起使用)。
该实施例的压电可降解元件4d由聚偏氟乙烯(PVDF)制成，具体地由半晶状聚乙烯(偏二氟乙烯)聚合物制成。在压电可降解元件4d遭受机械刺激时，例如在承载该压电可降解元件的织物被弯曲、拉伸、按压、起皱、修剪、施压、释放/放松时，该压电可降解元件4d生成电信号。
在图9A中示出了PVDF族成员的SEM(扫描电子显微镜)图像。在图9B中，压电传感器12被示为在电路中，其中该传感器(具体为导电层)被直接连接到具有拉上/拉下电阻器7的控制器10的模数转换器5。
该信号的强度独立于压电可降解元件的偏振(即图10的电偶极子41d的定向)。压电元件在遭受热时可部分地失去偏振(即，部分地失去电偶极子41d之间的对准)。在一实施例中，压电可降解元件4d的材料由此被选为使得在清洗周期期间所达到的温度处失去偏振。
结果，当织物1在清洗周期期间(例如，由于与热水接触)被加热时，压电可降解元件4d部分地失去偏振，并且由此由该压电可降解元件4d所生成的电信号的强度被降低。
像之前一样，压电可降解元件4d可由当在单个清洗周期期间被加热时不会完全失去偏振的材料制成。
换言之，由压电可降解元件生成的信号优选地在热处理之后被改变。该改变优选地被包括在5％和95％之间，更优选地被包括在10和50％之间。
在图10中，示出了压电元件的“降解”，其中左边示出了未经降解的压电元件(即，经完全偏振的压电元件)，并且右边示出了经完全降解的压电元件(即，经完全消偏振的压电元件)。中间示出了中间状况。
换言之，压电可降解元件4d的电偶极子41d在图10的左边被完全对准，在图10的中间被部分对准，并且在图10的右边没有被对准。
压电元件4d的材料可被选为允许对热处理的发生进行计数。不同的压电元件可被用于对不同的事件(具体为热处理)的发生进行计数。
在本发明的其他实施例中，也可使用不同的可降解元件。
一般来说，如所提到的，可降解元件4被配置成在预设条件期间(即在预定事件发生时)部分地降解，以便改变可降解元件4被耦合到的电路3的电特征。
根据本发明的进一步实施例，可降解元件4可被配置成不仅在预定事件期间降解。作为示例，可降解元件4也可在织物1的“正常使用”期间(例如在包括织物1的服装被用户穿戴时)降解。
优选地，正常使用期间的降解速率(即，降解的速度)不同于预定事件期间的降解。具体地，预设事件期间的降解比正常使用期间的降解更大(并且优选地也比其更快)。换言之，正常使用期间的降解比例小于预定事件期间的降解比例。降解通常被检测为由传感器生成的信号方面的改变。
这样的实施例的示例在图7和8A中被示出。具体地，在图7中，示出了对提供有水可降解电阻器4a的织物1实施的测试的结果，以评估水可降解电阻器在不同的条件期间(即在“正常使用”期间和在洗涤周期期间)的响应。该测试在图8A中被示意性地示出。
具体地，对织物1实施了汗液模拟6(即，对“正常使用”的模拟)和洗涤周期模拟8。汗液模拟是通过将该织物沉浸在用盐酸组氨酸、磷酸钠和氯化钠制备的pH5.5溶液中来实施的。
测量水可降解电阻器4a的电阻的阶段M是在汗液模拟6和洗涤周期模拟8之前和之后被实施的。如所示出的，汗液模拟6和洗涤周期模拟的两个周期被实施。此后，织物被闲置，即它不被用户穿戴也不遭受特定处理。
更详细地，还参考图7，在时间A和B之间，以及在时间C和D之间，汗液模拟6被执行。在时间B和C之间，并且在时间D和E之间，洗涤模拟8被执行。在时间E和F之间，织物被闲置。
如所提到的，在图7中示出了图8A的测试的结果。具体地，在时间A和B之间，以及在时间C和D之间，示出了水可降解电阻器4a的电阻的缓慢且很小的增加(对应于水可降解电阻器4a的缓慢降解)。该缓慢降解归因于织物1的“正常使用”，例如归因于与用户的皮肤和汗液的接触。
在时间B和C之间以及在D和E之间，示出了快速降解。该快速降解归因于各洗涤周期。具体地，可注意到，时间B和时间C之间的洗涤周期比时间D和时间E之间的洗涤周期更长。在时间E之后，水可降解水电阻器4a的电阻是基本上恒定的。这归因于对织物的停用。
该行为不仅限于水可降解电阻器4a。作为示例，水可降解电容器4b和电感器4c可被配置成示出类似的行为，例如正常使用期间的第一降解程度，以及热处理期间的第二降解程度。
压电可降解元件4d也可示出类似的行为。作为示例，由用户身体发出的热可引起压电可降解元件4d的偏振的缓慢降解。
此外，在其他实施例中，除了正常使用期间的降解以及热处理/洗涤周期期间的降解之外，可降解元件可具有第三降解程度。具体地，第三降解程度优选地被配置为示出非期望事件的发生。
第三降解程度通常不同于预设条件期间的降解程度。换言之，非期望事件期间的降解的百分比不同于(通常大于和/或快于)预设条件期间的降解的百分比。
作为示例，如果织物1以过高的温度被加热，则压电可降解元件可失去大量偏振。在一实施例中，压电元件在某个温度(这是不应向织物1施加的温度)处经历玻璃转化，以致完全失去偏振。换言之，可降解元件可能在单个非期望事件期间被完全降解。
参考先前公开的实施例，如果织物被放置在水中达太长的时段，则水可降解元件可被高度降解(例如，被大大侵蚀或溶解)。
一般来说，本发明的各实施例可具有仅含一个降解程度(即预设事件时的降解)的可降解元件。不同的实施例可具有含两个降解程度(即，预定事件时的降解和正常使用期间或非期望事件期间的降解)的可降解元件。
进一步的实施例可具有含先前讨论的所有三个降解程度的可降解元件。
具有一个可降解元件4的实施例已被示出。然而，有可能具有更大数目的可降解元件4。此外，不同种类的可降解元件可在同一实施例中被使用，以监视不同的事件。作为示例，水可降解元件可被用于对洗涤周期进行计数，同时压电可降解元件可被用于监视热处理。
具体参考图7和8，现在将讨论对可降解元件4(具体参考水可降解电阻器4a)的测试。控制器10检查电路3的电特征。在本实施例中，控制器10检查电路3的电阻。该检查可以是连续的，或者它可以离散时间间隔实施，例如每次有多个连贯的测量。所监视的电特征的变化可示出预定事件的发生。
如之前所提到的，ADC 5(图11)优选地将所监视的数据变换为数字信号，该数字信号可由控制器10处理。所监视的数据的变化随后被存储在控制器10的存储器中。由于这个，有可能具有根据时间的所监视的数据的值。时间信息可由控制器10本身提供，该控制器10可提供有内部时钟。在图7的实施例中，示出了电路3的电阻的值随时间的趋势。所监视的数据(即，电路3的电特征)的变化随后被用于评估预定事件的发生次数。
出于该目的可使用各种分析方法，例如控制器上的实时和在线快速数据分析或者例如借助于PC实施的离线数据挖掘。
在所示的实施例中，具体参考图8，电特征(在该情况下为电阻)和时间之间的函数的导数被计算。如所知道的，函数的导数示出函数的变化程度。由此，导函数的峰值p1和p2对应于所监视的数据较大变化的时刻。如所知道的，该大变化发生在预定事件处。
阈值可被建立以评估显著峰值p1和p2的数目。换言之，每当导函数超过阈值时，控制器就对一个峰值进行计数，即它对预定事件的发生进行计数。
在所示的实施例中，两个洗涤周期已被实施，即在图7的时间B和时间C之间以及时间D和时间E之间。结果，图8的导函数示出两个峰值p1(在时间B和时间C之间)以及p2(在时间D和时间E之间)。这些峰值大于预定阈值TV，因此控制器对两个预定事件进行计数。
大于阈值TV的另外的阈值TV2可被选择，以便对非期望事件的发生进行计数。由于此，如果峰值p1在TV和TV2之间，则控制器10将对预定事件的发生进行计数。相反，如果峰值大于TV和TV2两者，则将对非期望事件的发生进行计数。在所示的实施例中，对织物1实施了非期望事件。结果，不存在高于TV2的导函数的峰值。
其他方法可被用于评估预定事件的发生次数。作为示例，可对不同的传感器12实施测试，以评估在发生一个或多个事件(例如，洗涤周期)时或者在传感器12的整个寿命周期中相关电特征的改变。
图13A-13D示出进一步测试的结果。两个织物样本上的传感器被测试达2500分钟。第一传感器被放置在没有经历任何洗涤的样本上(图11C和11D的测试结果)。第二样本经历了一系列60℃的洗涤。两个样本的传感器都是电阻器传感器。
图13A示出没有被洗涤的样本上的传感器的电阻示出了该电阻的值的轻微波动。具体地，该电阻的值的范围在200kΩ和215kΩ之间。这样的波动归因于对环境的湿度的响应。导数值(其趋势在图13B中被示出)示出非常小并且不被控制器10认为是洗涤事件的多个峰值。
相反，遭受洗涤的样本的传感器明显地改变其电阻值，事实上超过600kΩ的总变化在图13C中被示出。每一洗涤周期引起传感器的可降解部分减小，以快速地(并明显地)增加相关电阻的值。结果，图13D的导数值示出相对于图13B的导数值更高的峰值(请注意，y轴上的缩放的比率为1：10)。像先前一样，这些峰值由此被控制器10标识为洗涤周期。
图12示出了对四个不同传感器12的寿命周期的模拟的结果，其由参考标记12a、12b、12c和12d标识出。
传感器12a、12b、12c和12d在安置在强化学浴中的情况下将模拟传感器12a、12b、12c和12d的整个寿命。
如可看见的，传感器12a提供有对事件的特别高的“敏感性”(即，它提供电特征的明显很大且很快的变化)，但它提供有相对于其他传感器12b和12d而言较小的寿命。事实上，可看出，图4中传感器12a的曲线比其他传感器12b和12d更早变得基本上平坦。传感器12c提供与传感器12a类似的行为，但具有对事件的更低的敏感性(传感器12c将由此在如图7的示图之类的示图中引起较小的阶跃，或者在如图8的示图之类的示图中引起较小的峰值)。传感器12b和12d提供有比传感器12a和12c长得多的寿命，其中传感器12b具有比传感器12d更大的敏感性(分别类似于传感器12a和12c之间的关系)。
一般来说，根据这些或类似测试的结果，有可能将控制器10配置为评估传感器12a、12b、12c和12d中的每一者的响应，例如预测电特征的变化(即，图7的各阶跃的高度)，预测电特征的变化速度(即，图7的各阶跃的悬垂性以及由此图8的峰值的高度)。
此外，根据这些结果，有可能预测传感器12a、12b、12c和12d的寿命终止，即何时响应于事件(洗涤周期)传感器12a、12b、12c和12d的电特征方面基本上没有变化，即何时图12的曲线最后变为基本上平坦。
一般来说，控制器10可被配置成识别电特征的值响应于某些事件(例如，洗涤周期)的变化。进一步的分析方法可被实施以评估对织物实施的“正常使用”。作为示例，长时间发生的电阻的小变化(例如，在图7的时间C和D之间的小变化)可被控制器10标识为“正常使用”。一般来说，控制器10可提供有将每一跳跃的幅度与某个事件关联的算法。
一般来说，对所监视的数据(例如，图7的电阻)的评估允许控制器10估计织物1(以及由此具有织物1的服装)的寿命周期，即对织物1实施的事件。具体地，对所监视的数据的评估可被用于估计对织物1实施的事件，并可能监视并区分对织物1实施的每一其他不同种类的事件(例如，洗涤周期和/或热处理和/或正常使用和/或非期望事件等)。

Claims (23)

1.一种织物(1)，包括：用于定义电路(3)的至少一部分的至少一个导电元件(2,2a,2b,2c)，以及耦合到所述导电元件的传感器(12)，其中所述传感器(12)包括被配置成在预设条件下至少部分地降解以改变所述传感器(12)的电特征的可降解元件(4,4a,4b,4c,4d)。
2.根据权利要求1所述的织物(1)，其特征在于，所述织物(1)是编织或针织成的织物。
3.根据权利要求1或2所述的织物(1)，其特征在于，所述一个或多个导电元件(2,2a,2b,2c)包括导电纱线(2a，2b)。
4.根据任一前述权利要求所述的织物(1)，其特征在于，所述预设条件是选自清洗周期、热处理和穿戴条件中的至少一者的事件。
5.根据任一前述权利要求所述的织物(1)，其特征在于，所述可降解元件(4,4a,4b,4c,4d)被配置成当安置为与液体接触时，优选地当遭受水解作用或溶于水时，减小其质量或尺寸，以改变所述电特征。
6.根据权利要求5所述的织物(1)，其特征在于，在所述预设条件下的降解之际，所述传感器(12)的所述电特征的改变被包括在1％和5％之间。
7.根据任一前述权利要求所述的织物(1)，其特征在于，所述可降解元件(4,4a,4b,4c,4d)是从电阻器(4a)和置于两个导电元件(2,2a,2b,2c)之间的电容器(4b)的介电部分(42b)中选择出的或者为其组合。
8.根据权利要求1到6中的任一项所述的织物(1)，其特征在于，所述可降解元件(4,4a,4b,4c,4d)是电感器(4c)的芯(41c)以定义所述电感器(4c)的电感，并且导电元件(2,2a,2b,2c)被缠绕在所述可降解元件(4,4a,4b,4c,4d)周围。
9.根据权利要求1到4中的任一项所述的织物(1)，其特征在于，所述可降解元件(4,4a,4b,4c,4d)包括压电元件(4d)。
10.根据权利要求9所述的织物(1)，其特征在于，由传感器(12)在降解之际生成的电信号的改变在10％到50％的范围中。
11.根据任一前述权利要求所述的织物(1)，其特征在于，所述可降解元件(4,4a,4b,4c,4d)被配置成在所述织物(1)被用户穿戴时提供第一降解程度，并且在所述清洗周期或热处理时提供第二降解程度。
12.根据权利要求11所述的织物(1)，其特征在于，不同于所述预设条件，所述可降解元件(4,4a,4b,4c,4d)在非期望事件时提供第三降解程度。
13.一种制品(11)，包括根据任一前述权利要求所述的织物(1)。
14.根据权利要求13所述的制品(11)，其特征在于，包括耦合到所述传感器(12)的控制器(10)，所述控制器(10)用于监视所述传感器(12)的所述电特征的变化。
15.根据权利要求14所述的制品(11)，其特征在于，所述控制器(10)被放置在所述制品(11)的纽扣之内。
16.根据权利要求13到15中的任一项所述的制品(11)，其特征在于，所述制品(11)是服装。
17.根据权利要求16所述的制品(11)，其特征在于，所述制品(11)至少包括一个接缝(11a,11b),并且所述传感器(12)被放置在所述接缝(11a,11b)之一内。
18.根据权利要求17所述的制品(11)，其特征在于，所述制品(11)是一条裤子。
19.根据权利要求18所述的制品(11)，其特征在于，所述传感器(12)被放置在以下接缝(11a,11b)中的一者或多者内：沿穿戴者的腿以纵向方向延伸的外侧接缝、沿所述穿戴者的腿以所述纵向方向延伸的内侧接缝。
20.一种用于监视根据任一前述权利要求所述的织物(1)或包括织物(1)的制品(11)的寿命周期的过程，所述过程包括以下步骤：
(a)向织物(1)提供用于定义电路(3)的至少一部分的至少一个导电元件(2,2a,2b,2c)以及耦合到所述导电元件的传感器(12)，所述传感器(12)具有被配置成在预设条件中部分降解的可降解元件(4,4a,4b,4c,4d)，由此所述元件的降解改变所述传感器(12)的电特征；
(b)监视并存储所述电特征；
(c)根据在步骤(b)存储的所监视的数据来评估所述电特征的降解值和/或降解事件的次数；
(d)根据在步骤(c)的评估确定所述织物(1)的状态。
21.根据权利要求20所述的过程，其特征在于，所述步骤(c)包括以下步骤：
(c1)根据时间评估所监视的电特征的函数；
(c2)评估以上步骤(c1)的所监视的电特征的函数的导数
(c3)对步骤(c2)的导函数的峰值进行计数，其中每一峰值与所述事件的一次发生相关联。
22.根据权利要求20或21所述的过程，其特征在于，所述传感器(12)包括电阻(4a)、电感器(4b)、电容器(4c)和压电元件(4d)中的至少一者。
23.一种电路(3)，包括：用于定义所述电路的至少一部分的至少一个导电元件(2,2a,2b,2c)，以及耦合到所述导电元件(2,2a,2b,2c)的传感器(12)，其中所述传感器(12)包括被配置成在预设条件下至少部分地降解以改变所述传感器的电特征的可降解元件(4,4a,4b,4c,4d)，所述电路适合被插入在织物(1)中。
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