CN110547770B - 一种触觉感知智能织物及其检测系统和制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种触觉感知智能织物及其检测系统和制备方法，其中，一种触觉感知智能织物，包括：柔性基底层；绝缘垫片层，设置于柔性基底层上，绝缘垫片层包括至少一个通孔；第一电极，包括相互连接的感应端和引线，第一电极位于绝缘垫片层与柔性基底层之间，感应端导电一侧对应通孔位置朝向外侧空气。本发明通过采用全织物构造的方法，使智能织物具有变形能力强、透气性高和灵活性高的功能，并通过运用皮肤‑电极双电层结构的电容式传感机理，实现感应区域内多点压力探测，真实反映皮肤表面压力分布，具有结构简单、灵敏度高和稳定性好的特点，在可穿戴设备以及智能医疗等领域具有广泛应用前景。
Description
技术领域
本发明实施例涉及智能织物领域，尤其涉及一种触觉感知智能织物及其检测系统和制备方法。
背景技术
随着现代社会医疗健康产业的发展和科学健康生活理念的增强，人们对各种生命体征指标以及科学运动监测的需求不断提高。受益于电子信息技术、新材料、生物医学以及智能工程的快速发展，智能可穿戴电子产品迅速成为科研领域及产业界的热点。该类产品具有先进的传感功能，可以持续监测人体心跳、温度、足部压力等多种生理、运动参数，并可传输到手机等各种便携类终端设备以供用户实时了解自身健康状态，从而制定科学合理的生活运动方式。
目前市场上的智能可穿戴设备主要有智能手表、手环、智能鞋垫以及眼镜等产品。基于衣服、服装等纺织品的智能织物，作为与人体皮肤接触面积可达80％以上的不可或缺的日用品，成为可穿戴产品的一个重点研究发展方向。
但是当前可穿戴电子产品存在设计复杂、透气性差、灵活性差和稳定性差的问题，极大制约了可穿戴产品的日常应用。
发明内容
本发明提供一种触觉感知智能织物，包括：
柔性基底层；
绝缘垫片层，设置于柔性基底层上，绝缘垫片层包括至少一个通孔；
第一电极，包括相互连接的感应端和引线，第一电极位于绝缘垫片层与柔性基底层之间，感应端导电一侧对应通孔位置朝向外侧空气。
进一步的，通孔的数据量为多个，第一电极的感应端的数量和通孔的数量对应。
进一步的，多个感应端呈阵列化排布。
进一步的，第一电极的材料包括导电碳布、导电纳米纤维无纺布薄膜及导电的织物或针织物。
进一步的，柔性基底层和绝缘垫片层材料包括涤纶、丝绸或棉布等多种织物材料。
本发明还提供了一种触觉感知智能织物的制备方法，包括以下步骤：
对第一导电材料进行切割处理，以获得多个第一电极，第一电极包括相互连接的感应端和引线；
对第一柔性材料进行切割处理，以获得多个绝缘垫片层和柔性基底层；
对绝缘垫片层做多个通孔处理，通孔的数量与第一电极的数量对应；
将每个第一电极和绝缘垫片层依次贴附于柔性基底层，第一电极位于垫片层和基底之间，感应端导电一侧对应通孔位置朝向外侧空气。
进一步的，切割包括机械切割和激光切割。
进一步的，第一导电材料包括导电碳布、导电纳米纤维无纺布薄膜及导电的织物或针织物。
本发明还提供可了一种触觉感知智能织物的检测系统，包括：
感应模块，包括柔性基底层、绝缘垫片层和第一电极；
绝缘垫片层设置于柔性基底层上，绝缘垫片层包括至少一个通孔；
第一电极包括相互连接的感应端和引线，第一电极位于绝缘垫片层与柔性基底层之间，感应端导电一侧对应通孔位置朝向外侧空气，第一电极的引线贴附于柔性基底层上，绝缘垫片层贴附于皮肤的第一位置；
检测模块，包括第二电极和外部检测设备，第二电极贴附于皮肤的第二位置上，第二电极的引线连接外部检测设备，外部检测设备的另一端连接第一电极的引线。
进一步的，第二电极的材料包括金属导电材料、碳材料、导电凝胶、导电高分子材料的机织物、导电的针织物或者无纺布
本发明通过采用全织物构造的方法，使智能织物具有变形能力强、透气性高和灵活性高的技术效果，并通过运用皮肤-电极双电层结构的电容式传感机理，实现感应区域内多点压力探测，真实反映皮肤表面压力分布，解决了现有技术中智能织物结构复杂、灵敏度低和稳定性差的技术问题，在可穿戴设备以及智能医疗等领域具有广泛应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例一中的一种触觉感知智能织物的立体结构示意图；
图2是图1中的触觉感知智能织物翻转后的结构示意图(主视)；
图3是图2中沿A-A线的剖面示意图沿线的剖面示意图；
图4是本发明实施例二中的一种触觉感知智能织物的结构示意图；
图5是本发明实施例三中的一种触觉感知智能织物的制备方法的流程图；
图6是本发明实施例四中的一种触觉感知智能织物的检测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
此外，术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种方向、动作、步骤或元件等，但这些方向、动作、步骤或元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个方向、动作、步骤或元件与另一个方向、动作、步骤或元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一速度差值称为第二速度差值，且类似地，可将第二速度差值称为第一速度差值。第一速度差值和第二速度差值两者都是速度差值，但其不是同一速度差值。术语“第一”、“第二”等不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
实施例一
图1是本发明实施例一中的一种触觉感知智能织物的立体结构示意图，图2是图1中的触觉感知智能织物翻转后的立体结构示意图，图3是图2中沿A-A线的剖面示意图。如图1-3所示，一种触觉感知智能织物100，包括：
柔性基底层110，本实施例的柔性基底层110可以采用织物类的软性材料制备；
绝缘垫片层120，设置于柔性基底层110上，绝缘垫片层120包括至少一个通孔121；
第一电极130，包括相互连接的感应端和引线，第一电极130位于绝缘垫片层120与柔性基底层110之间，感应端导电一侧对应通孔121位置朝向外侧空气。
具体的，柔性基底层110和绝缘垫片层120的材料可以包括但不限于涤纶、丝绸或棉布。第一电极130的材料可以包括但不限于导电碳布、导电纳米纤维无纺布薄膜及导电的织物或针织物。通孔121的形状可以是任意的，可以是圆形、椭圆形、正方形或长方形，本实施例中的通孔121为圆形。每个第一电极130的感应端的导电一侧对应通孔121位置朝向外侧空气，使感应端和皮肤间隔空气形成一个电容器，根据按压后和皮肤之间接触面积的改变获得不同的响应信号。
本实施例的有益效果在于通过采用全织物构造的方法，使智能织物具有变形能力强、透气性高和灵活性高的功能，提升穿戴者的使用体验，同时也方便穿戴者进行日常的活动。
实施例二
本实施例二是在实施例一的基础上做的进一步细化。图4是本发明实施例二中的一种触觉感知智能织物的结构示意图。如图4所示，一种触觉感知智能织物200，包括：
柔性基底层210；
绝缘垫片层220，设置于柔性基底层210上，绝缘垫片层220包括至少一个通孔221；
第一电极230，包括相互连接的感应端231和引线232，第一电极230位于绝缘垫片层220与柔性基底层210之间，感应端231导电一侧对应通孔221的位置朝向外侧空气。
通孔221的数据量为多个，第一电极230的感应端231的数量和通孔221的数量对应。
多个感应端231呈阵列化排布。
具体的，通孔221的形状可以是任意的，可以是圆形、椭圆形、正方形或长方形，本实施例中的通孔221为圆形。本实施例中的通孔221数量为四个，四个感应端231呈长方形排布，用于实现感应区域内多点压力检测，每个第一电极230的感应端231的导电一侧对应通孔221位置朝向外侧空气，使感应端231和皮肤间隔空气形成一个电容器，根据按压后和皮肤之间接触面积的改变获得不同的响应信号。
第一电极230的材料包括导电碳布、导电纳米纤维无纺布薄膜及导电的织物或针织物。
柔性基底层210和绝缘垫片层220材料包括涤纶、丝绸或棉布等多种织物材料。
具体的，本实施例中的柔性基底层210采用丝绸材质，绝缘垫片层220采用棉布材质，通孔221直径为2毫米，第一电极230采用金纳米网格材料。
本实施例二的有益效果在于通过采用全织物构造的方法，使智能织物具有变形能力强、透气性高和灵活性高的功能，提升穿戴者的使用体验，同时也方便穿戴者进行日常的活动，并通过运用皮肤-电极双电层结构的电容式传感机理，实现感应区域内多点压力探测，真实反映皮肤表面压力分布，具有结构简单、灵敏度高和稳定性好的特点。
实施例三
图5是本发明实施例三中的一种触觉感知智能织物的制备方法的流程图。如图5所示，一种触觉感知智能织物的制备方法，包括以下步骤：
步骤S310：对第一导电材料进行切割处理，以获得多个第一电极，第一电极包括相互连接的感应端和引线。
步骤S320：对第一柔性材料进行切割处理，以获得多个绝缘垫片层和柔性基底层。
步骤S330：对绝缘垫片层做多个通孔处理，通孔的数量与第一电极的数量对应。
步骤S340：将每个第一电极和绝缘垫片层依次贴附于柔性基底层，第一电极位于垫片层和基底之间，感应端导电一侧对应通孔位置朝向外侧空气。
切割包括机械切割和激光切割。
第一柔性材料包括涤纶、棉布和丝绸等多种织物材料。
第一导电材料包括导电碳布、导电纳米纤维无纺布薄膜及导电的织物或针织物。
具体的，本实施例中采用激光切割技术，第一导电材料采用导电纳米纤维薄膜无纺布，通孔的直径为4毫米，第一柔性材料采用棉布和丝绸，通孔的形状可以是任意的，可以是圆形、椭圆形、正方形或长方形，本实施例中的通孔为圆形，通过利用激光切割在棉布上切割出通孔并以此作为绝缘垫片层，在丝绸上切割出适当尺寸作为柔性基底层。
本实施例三的有益效果在于通过提供一种触觉感知智能织物的制备方法，简化智能织物的设计方案和操作方法，同时制造出来的智能织物具有变形能力强、透气性高和灵活性高的特点，能提升穿戴者的使用体验，同时也方便穿戴者进行日常的活动。
实施例四
图6是本发明实施例四中的一种触觉感知智能织物的检测系统的结构示意图。如图6所示，一种触觉感知智能织物的检测系统400，包括：
感应模块410，包括柔性基底层411、绝缘垫片层412和第一电极413；
绝缘垫片层412设置于柔性基底层411上，绝缘垫片层412包括至少一个通孔；
第一电极413包括相互连接的感应端和引线，第一电极413位于绝缘垫片层412与柔性基底层411之间，感应端导电一侧对应通孔位置朝向外侧空气，第一电极413的引线贴附于柔性基底层411上，绝缘垫片层412贴附于皮肤430的第一位置431；
检测模块420，包括第二电极421和外部检测设备422，第二电极421贴附于皮肤430的第二位置432上，第二电极421的引线连接外部检测设备422，外部检测设备422的另一端连接第一电极413的引线。
通孔的数据量为多个，第一电极413的数量和通孔的数量对应。
多个感应端呈阵列化排布。
具体的，通孔的形状可以是任意的，可以是圆形、椭圆形、正方形或长方形，本实施例中的通孔为椭圆形。每个第一电极413的感应端的导电一侧对应通孔位置朝向外侧空气，使感应端和皮肤间隔空气形成一个电容器，根据按压后和皮肤之间接触面积的改变获得不同的响应信号。第二电极421的引线连接外部检测设备422，外部检测设备422的另一端连接第一电极413的引线用于构成完整检测回路并通过连接外部检测设备检测皮肤表面压力分布情况。
柔性基底层411和绝缘垫片层412材料包括涤纶、丝绸或棉布等多种织物材料。
第一电极413的材料包括导电碳布、导电纳米纤维无纺布薄膜及导电的织物或针织物。
第二电极421的材料包括金属导电材料、碳材料、导电凝胶、导电高分子材料的机织物、导电的针织物或者无纺布。
具体的，本实施例中的柔性基底层411采用丝绸材质，绝缘垫片层412采用涤纶材质，第一电极413的材料采用导电碳布，第二电极421的材料采用导电凝胶。
本实施例的有益效果在于通过提供一种触觉感知智能织物的检测系统，运用皮肤-电极双电层结构的电容式传感机理，实现感应区域内多点压力探测，真实反映皮肤表面压力分布，具有结构简单、灵敏度高和稳定性好的效果。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种触觉感知智能织物，其特征在于，包括：
柔性基底层；
绝缘垫片层，设置于所述柔性基底层上，所述绝缘垫片层包括至少一个通孔；
第一电极，包括相互连接的感应端和引线，所述第一电极位于所述绝缘垫片层与所述柔性基底层之间，所述感应端导电一侧对应所述通孔位置朝向外侧空气，以使所述感应端和皮肤间隔空气形成电容器，根据按压后所述感应端与皮肤之间的接触面积实现压力传感。
2.根据权利要求1所述的一种触觉感知智能织物，其特征在于，所述通孔的数量为多个，所述第一电极的感应端的数量和通孔的数量对应。
3.根据权利要求2所述的一种触觉感知智能织物，其特征在于，多个感应端呈阵列化排布。
4.根据权利要求1所述的一种触觉感知智能织物，其特征在于，所述第一电极的材料包括导电碳布、导电纳米纤维无纺布薄膜及导电的织物或针织物。
5.根据权利要求1所述的一种触觉感知智能织物，其特征在于，所述柔性基底层和绝缘垫片层材料包括涤纶、丝绸或棉布等多种织物材料。
6.一种触觉感知智能织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
对第一导电材料进行切割处理，以获得多个第一电极，所述第一电极包括相互连接的感应端和引线；
对第一柔性材料进行切割处理，以获得多个绝缘垫片层和柔性基底层；
对所述绝缘垫片层做多个通孔处理，所述通孔的数量与所述第一电极的数量对应；
将每个所述第一电极和所述绝缘垫片层依次贴附于所述柔性基底层，所述第一电极位于所述垫片层和所述基底之间，所述感应端导电一侧对应所述通孔位置朝向外侧空气，以使所述感应端和皮肤间隔空气形成电容器，根据按压后所述感应端与皮肤之间的接触面积实现压力传感。
7.根据权利要求6所述的一种触觉感知智能织物的制备方法，其特征在于，所述切割包括机械切割和激光切割。
8.根据权利要求6所述的一种触觉感知智能织物的制备方法，其特征在于，所述第一导电材料包括导电碳布、导电纳米纤维无纺布薄膜及导电的织物或针织物。
9.一种触觉感知智能织物的检测系统，其特征在于，包括：
感应模块，包括柔性基底层、绝缘垫片层和第一电极；
所述绝缘垫片层设置于柔性基底层上，所述绝缘垫片层包括至少一个通孔；
所述第一电极包括相互连接的感应端和引线，所述第一电极位于所述绝缘垫片层与所述柔性基底层之间，所述感应端导电一侧对应所述通孔位置朝向外侧空气，以使所述感应端和皮肤间隔空气形成电容器，根据按压后所述感应端与皮肤之间的接触面积实现压力传感，所述第一电极的引线贴附于柔性基底层上，所述绝缘垫片层贴附于皮肤的第一位置；
检测模块，包括第二电极和外部检测设备，所述第二电极贴附于皮肤的第二位置上，所述第二电极的引线连接外部检测设备一端，所述外部检测设备的另一端连接所述第一电极的引线。
10.根据权利要求9所述的一种触觉感知智能织物的检测系统，其特征在于，所述第二电极的材料包括金属导电材料、碳材料、导电凝胶、导电高分子材料的机织物、导电的针织物或者无纺布。
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Application publication date: 20191210 Assignee: Shenzhen Churou Technology Co.,Ltd. Assignor: Southern University of Science and Technology Contract record no.: X2021980002164 Denomination of invention: A tactile sensing intelligent fabric and its detection system and preparation method License type: Exclusive License Record date: 20210326 |
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Assignee: Shenzhen Churou Technology Co.,Ltd. Assignor: Southern University of Science and Technology Contract record no.: X2021980002164 Date of cancellation: 20230804 |