CN109183219B - 一种智能纱线开关传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种智能纱线开关传感器，包括绝缘托架和混纺导电纱线；混纺导电纱线的两端均连接有电极夹且混纺导电纱线的两端分别固定在绝缘固定托柱和绝缘活动托柱上；绝缘固定托柱固定在绝缘托架一端，绝缘活动托柱设置在绝缘托架的滑槽中；绝缘活动托柱一侧连接空心螺杆；空心螺杆上设有电阻值调节旋钮；空心螺杆中心插入压杆；压杆上设有压头。本发明的智能纱线开关传感器可应用到需要穿戴或者柔性场合中；可同时作为传感器和开关使用；利用导电混纺纱线可作为电阻随伸长或者负荷响应的传感器用于电路通断开关以及电阻值调节；可通过螺杆精细调节改变电阻大小，且电阻大小通过标尺电阻显示；电阻调节和开关装置机构简单，操作方便。

Description

一种智能纱线开关传感器
技术领域
本发明涉及电子元器技术领域，具体为一种智能纱线开关传感器。
背景技术
一般现有技术实现电器开关作用主要是利用机械结构使两导体之间实现接触来控制电流的通断，如日常生活中常见的电路开关、电闸等。电阻大小的调节通过变阻器转柄或滑柄的调节，改变动触点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值来改变电阻器的阻值，不同变阻器的形状尺寸各异但工作原理和结构都近似。随着科技的发展和需求，很多领域越来越需具有柔性的电器元件，例如智能穿戴、医疗监护，柔性电子产品等领域，需要柔性的电器元件来实现特定的电器功能。人们致力于电器元件的微型化的同时，积极地寻找具有柔性的可适合穿戴的智能传感器。纺织用的导电纤维因其具有良好的柔性合适纺纱织造，目前被广泛地用来制造导电纺织品用于抗静电、电磁屏蔽防护等方面。
中国专利CN205192668U公开了一种适于肘腕关节运动能力测试的柔性拉力传感器，其主体部分为织物，所述织物中的纱线包括电阻随其拉伸状态变化的导电纱线，所述织物为梭织织物，也可以为针织织物，所述梭织织物中的经纱和纬纱可以部分为电阻随其拉伸状态变化的导电纱线，部分为非导电纱线，也可以全部为导电纱线。该发明质地柔和，避免了因设置硬质传感器带来的生理上和/或心理上的不适，并且结构简单，使用方便。
中国专利CN103654793B公开了一种用于测量双向拉伸应变的针织柔性传感器及其制备方法，包括上传感器层区域、下传感器层区域和连接区域，上传感器层区域由传感器横列区域和非传感器横列区域组成，两个横列区域在纵行方向没有连接；下传感器层区域由传感器纵行区域和非传感器纵行区域组成，两个纵行区域在横列方向没有连接；传感器横列区域与传感器纵行区域由导电纱线构成；上传感器层区域和下传感器层区域之间没有纱线连接；连接区域分别与上、下传感器层区域连接。具有结构整体性、延伸性、弹性回复性、重现性良好，制备方法简便的优点，可以编织在服装上分别测量双向拉伸条件下纵、横方向的应变，监测人体的姿势与动作以及心跳、呼吸等生理指标。
中国专利CN201226304公开了两层结构压力式纺织基柔性开关，包括上导电织物层和下导电织物层，所述上、下导电织物层由导电的金属丝和非导电纱线交织而成，所述上、下两导电织物层相互固定连接，且其中至少一个导电织物层的非导电纱线的直径比导电金属丝的直径至少大于约0.1mm，浮长线小于2mm。本发明的优点是：一导电织物层的较大直径的非导电纱线与另一导电织物层直接接触，较短的浮长线使上、下两个导电织物层中导电金属丝保持分离，只有在施加压力时才接触，因此柔性开关的可靠性得到了保证。同时，两层结构减少了织物厚度，较大程度地保留了织物的特性，简化了制作过程，降低了制作成本。
目前现有技术资料中利用导电纱线在智能穿戴或柔性产品中应用时，不能同时具有开关和传感器的功能，也无法调节导电纱线的拉伸状态和电阻大小。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明旨在至少解决现有技术中的技术问题之一，提供一种智能纱线开关传感器，可根据设定的伸长或施加的负荷实现开关作用和电阻大小的调节。
本发明是通过以下技术方案实现：一种智能纱线开关传感器，包括绝缘托架和弹性混纺导电纱线；弹性混纺导电纱线的两端均连接有电极夹且弹性混纺导电纱线的两端分别固定在绝缘固定托柱和绝缘活动托柱上；绝缘固定托柱固定在绝缘托架一端，绝缘活动托柱设置在绝缘托架的滑槽中；绝缘活动托柱一侧连接空心螺杆；空心螺杆上设有电阻值调节旋钮；空心螺杆中心插入压杆；压杆上设有压头。
本发明智能纱线开关传感器包括导电纱线、纱线托持部件和伸长或负荷控制部件。所述弹性混纺导电纱线为现有的电阻随其拉伸状态变化的导电纱线，将其一端固定在绝缘托架上，一端连接可活动的绝缘固定托柱；不同拉伸位置导电纱线时其电阻产生变化，最初的电阻最大视为电阻无穷大，即为开关处于关状态，拉伸到一定状态后电阻变为最小视为零电阻，即开关处于开状态，空心螺杆上的电阻值调节旋钮与空心螺杆之间为螺纹配合，通过调节旋钮可以精准调节不同的电阻大小，通过按压压杆上的压头，可快速改变弹性混纺导电纱线的伸长度从而实现开关作用。本发明的智能纱线开关传感器可作为电阻随伸长或者负荷响应的传感器用于电路通断开关以及电阻值调节导电纱线制备方便，不同混纺比的导电纱线有不同的传感器响应特征，使用范围广。
优选地，所述绝缘托架内还设有限制绝缘活动托柱位置的导通限位器和断开限位器。可准确控制导电混纺纱通断位置。
优选地，所述绝缘托架外还设有电阻标尺和开/关标识，开/关标识的位置分别对应导通限位器和断开限位器的位置。通过限位器和电阻标尺以及开关标识，可以更加方便的调节电阻大小以及实现开关作用。
优选地，所述绝缘活动托柱另一侧与绝缘托架之间连接第一弹簧用于使绝缘活动托柱快速回弹。
优选地，所述压杆的压头和空心螺杆之间设有第二弹簧用于使压杆快速回弹。
通过设置第一弹簧和第二弹簧可以使压杆和活动柱快速回弹。
优选地，绝缘活动托柱位置位于断开限位器时第一弹簧为微压缩弹簧。本方案的弹簧的常用状态可以保证压杆快速回弹，也可以使弹簧使用寿命更长。
优选地，所述弹性混纺导电纱线由弹性纱线和导电金属纤维混纺制成，其中导电金属纤维的比例为10％-20％。本方案的弹性混纺导电纱线可以保证其弹性好，快速回缩恢复原始状态也可以保证其拉伸时的导电性好，传感器的灵敏度较好。
优选地，所述弹性混纺导电纱线由不导电的PET聚酯纤维和不锈钢金属纤维混纺制成，其中不锈钢金属纤维的比例为15％。本优选方案的导电材料成本低，导电性好，且弹性混纺导电纱线的弹性和耐磨性等综合性能良好，可延长智能纱线开关传感器的寿命。
相对与现有技术，本发明具有以下优点：(1)提供了全新的柔性传感器，相比现有类似功能的电器元件该类型的传感器可应用需要穿戴或者柔性场合中；可同时作为传感器和开关使用；(2)利用导电混纺纱线一定混纺导电纱可作为电阻随伸长或者负荷响应的传感器用于电路通断开关以及电阻值调节，传感机理有别于传统电器开关元件；(3)可以通过螺杆精细调节改变电阻大小，且电阻大小通过标尺电阻显示，作为开关的压杆通过弹簧可以快速复位；电阻调节和开关装置机构简单，操作方便；(4)导电纱线制备方便，不同混纺比的导电纱线有不同的传感器响应特征，使用范围广；(5)传感器的灵敏度高且使用寿命长。
附图说明
图1是本发明实施例1的一种智能纱线开关传感器的内部示意图。
图2是本发明实施例1的一种智能纱线开关传感器的外部示意图。
图中：1、第一电极夹；2、第二电极夹；3、弹性混纺导电纱线；4、绝缘固定托柱；5、绝缘活动托柱；6、绝缘托架；7、压杆；8、压头；9、第二弹簧；10、空心螺杆；11、断开限位器；12、导通限位器；13、第一弹簧；14、电阻标尺。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
如图1到图2所示，一种智能纱线开关传感器，包括绝缘托架6和弹性混纺导电纱线3；弹性混纺导电纱线3的左端连接第一电极夹1，右端连接第二电极夹2；且弹性混纺导电纱线3的左右两端分别固定在绝缘固定托柱4和绝缘活动托柱5上；绝缘固定托柱4固定在绝缘托架6左端，绝缘活动托柱5设置在绝缘托架6内的滑槽中；绝缘活动托柱5左侧连接空心螺杆10；空心螺杆10上设有电阻值调节旋钮，电阻值调节旋钮与空心螺杆之间通过螺纹配合，通过旋转电阻值调节旋钮使空心螺杆10向右运动时带动绝缘活动托柱5向右运动拉伸弹性混纺导电纱线3达到改变电阻的作用；空心螺杆10中心插入压杆7；压杆7上设有压头8。所述绝缘托架6内还设有限制绝缘活动托柱5位置的导通限位器12和断开限位器11，
绝缘活动托柱5位置位于导通限位器/断开限位器时，弹性混纺导电纱线3电阻分别近似为无限大/零。所述绝缘托架6外还设有电阻标尺14和开/关标识0/ON和∞/OFF，在弹性混纺导电纱线3伸直无张力状态作为∞/OFF位置，沿着纱线伸展方向刻有电阻标尺，电阻标尺刻度为该导电混纺纱线从∞/OFF位置到0/ON位置；其中∞/OFF对应电阻无穷大/开关开，其中0/ON对应电阻为零/开关闭合。0/ON和∞/OFF的位置分别对应导通限位器和断开限位器的位置。所述绝缘活动托柱另一侧与绝缘托架之间连接第一弹簧13用于使绝缘活动托柱快速回弹。所述压杆7的压头8和空心螺杆之间设有第二弹簧9用于使压杆7快速回弹。
本发明的智能纱线开关传感器可应用到需要穿戴或者柔性场合中；可同时作为传感器和开关使用；弹性混纺导电纱线在感应到不同的拉伸力或压头感应到不同压力时，其导电纱线的电阻产生变化，并且可以直观的从刻度标尺上读出电阻大小，不同的电阻对应不同的拉伸力或压力；也可以使用空心螺杆上的调节旋钮调节电阻大小；并且可以使用压杆快速快速改变电阻值作为通断开关使用；电阻调节和开关装置机构简单，操作方便；导电纱线制备方便，不同混纺比的导电纱线有不同的传感器响应特征，使用范围广。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种智能纱线开关传感器，其特征在于，包括绝缘托架和弹性混纺导电纱线；弹性混纺导电纱线的两端均连接有电极夹且弹性混纺导电纱线的两端分别固定在绝缘固定托柱和绝缘活动托柱上；绝缘固定托柱固定在绝缘托架一端，绝缘活动托柱设置在绝缘托架的滑槽中；绝缘活动托柱一侧连接空心螺杆；空心螺杆上设有电阻值调节旋钮；空心螺杆中心插入压杆；压杆上设有压头。
2.根据权利要求1所述的一种智能纱线开关传感器，其特征在于：所述绝缘托架内还设有限制绝缘活动托柱位置的导通限位器和断开限位器。
3.根据权利要求2所述的一种智能纱线开关传感器，其特征在于：所述绝缘托架外还设有电阻标尺和开/关标识，开/关标识的位置分别对应导通限位器和断开限位器的位置。
4.根据权利要求1所述的一种智能纱线开关传感器，其特征在于：所述绝缘活动托柱另一侧与绝缘托架之间连接第一弹簧用于使绝缘活动托柱快速回弹。
5.根据权利要求4所述的一种智能纱线开关传感器，其特征在于：所述压杆的压头和空心螺杆之间设有第二弹簧用于使压杆快速回弹。
6.根据权利要求4所述的一种智能纱线开关传感器，其特征在于：绝缘活动托柱位置位于断开限位器时第一弹簧为微压缩弹簧。
7.根据权利要求1到6任一项所述的一种智能纱线开关传感器，其特征在于：所述弹性混纺导电纱线由弹性纱线和导电金属纤维混纺制成，其中导电金属纤维的比例为10％-20％。
8.根据权利要求7所述的一种智能纱线开关传感器，其特征在于：所述弹性混纺导电纱线由不导电的PET聚酯纤维和不锈钢金属纤维混纺制成，其中不锈钢金属纤维的比例为15％。
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