CN111879332A - 一种成形编织的柔性传感开关电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种成形编织的柔性传感开关电路设计方法，属于可穿戴电子设备领域。包括：载体织物、芯片和开关；所述开关包括：两个接触感应区、连接导电区、信号传导区。本发明所述的柔性传感开关电路面料是在无缝圆纬机或全成形横机上织造的，使用具有导电功能的纱线，利用一体成形编织技术进行二维到三维多种形态的针织面料开发。本发明利用接触传导区的接触与分离控制电路通断从而形成开关。利用针织成形技术将开关与电路融合，既保证了传感电路的舒适性，又为可穿戴电子设备提供更多可能性。

Description

一种成形编织的柔性传感开关电路

技术领域

本发明涉及一种成形编织的柔性传感开关电路，属于智能纺织品领域。

背景技术

柔性智能穿戴织物在不断研发过程中，逐步进入人们的生活。柔性传感开关电路不同于传统电路开关，可以将电路开关与可穿戴电子设备通过编织方式有机结合，具有更好的柔软性、灵活性，既可以适应人体工学的要求，还能更好地隐秘在服装内部，具有美观舒适的优点。通过成形编织形成的柔性传感开关电路，既符合柔性传感要求，又具有成形工艺优点，解决其他方法在增减纱线编织时的织物缺陷，解决电路的性能可靠问题。

目前，专利(CN205863059U)提及了一种柔性织物开关，通过层层复合地方法将两层织物电极板与中间隔离层组合在一起，这种方式将两个开关电极板的位置进行固定，局限了柔性开关的开关方式的可能性，同时采用复合方式进行电极层与隔离层的组合，对开关的使用耐久性也有一定的影响。

发明内容

[技术问题]

解决现有开关电路中两个开关电极位置固定，柔性不足且影响开关耐久性的问题。

[技术方案]

本发明首先提供一种成形编织的柔性传感开关电路，包括：载体织物、芯片和开关；所述开关包括：两个接触感应区、连接导电区、信号传导区；所述接触感应区域、连接导电区、信号传导区为使用导电纱线编织的区域，所述芯片设于织物上或织物外；所述载体织物、接触感应区域、连接导电区、信号传导区通过织造成形的方式结合在一起；所述连接导电区连接两个接触感应区与芯片；所述信号传导区有两块，分别与两个接触感应区相连，所述计数芯片的两极分别连接两块信号传导区；所述两个接触感应区呈相对位置状态或呈分离状态；所述芯片提供电源；两接触感应区相互碰触形成导电通路，信号传导区导电通路将电流传导到芯片，芯片获得电流，产生瞬时信号并作出反馈，同时将信号通过无线传输技术传输到移动客户端完成数据存储与同步。

在本发明的一种实施方式中，所述接触感应区显现在载体织物表面，所述信号传导区设于织物表面或通过组织变化隐形在载体织物内部。

在本发明的一种实施方式中，载体织物为使用基础纱线编织的织物，所述的基础纱线为天然短纤维纱线、化纤长丝、吸湿抗菌等功能性纱线或高强力、高熔点等高性能纱线中的一种或者一种以上；所述的导电纱为表面镀金属长丝纱线、金属长丝纱线、碳纤维长丝纱线中的一种或者一种以上。

在本发明的一种实施方式中，所述的柔性传感开关电路载体织物为平面织物或为异形立体织物；所述的织物组织可以为添纱组织、衬纬组织、空气层组织等一种或几种复合织造而成。

在本发明的一种实施方式中，所述的柔性传感开关适合记录瞬时开关状态。

在本发明的一种实施方式中，所述的接触感应开关可以根据人体工学进行位置设计，以适应人体状态的变化来改变开关状态，如指尖触碰、足部触地等。

在本发明的一种实施方式中，所述的成形织物织造可以在无缝编织圆纬机或全成形横编机器上。

在本发明的一种实施方式中，所述芯片为带电源的可编程计数器或定时器8253芯片，所述芯片可以设于织物上；所述芯片也可外置于织物。

本发明提供所述的成形编织的柔性传感开关电路的织造方法，所述织物是在双针床全成形横机上织造而成的，使用带有自动定位的定位纱嘴局部编织，织造过程包括：接触感应区的局部编织、导电连接区的局部编织、信号传导区的局部编织；所述接触感应区的局部编织包括：基础纱线通过第一定位纱嘴在局部导电区域后针床隔针编织，在工艺正面形成正面线圈；使用第二定位纱嘴将导电纱线隔针喂入局部导电区域前针床织针，在工艺反面形成正面线圈；将前针床线圈翻针到后针床，形成局部双面编织；所述导电连接区的局部编织包括：基础纱线通过第一定位纱嘴在前针床编织，第二定位纱嘴将导电纱线喂入前针床织针，并隔针形成局部编织，编织区域与基础纱线所形成的线圈形成满针编织，且导电纱线形成的线圈覆盖在基础纱线上；所述信号传导区的局部编织包括：基础纱线通过第一定位纱嘴在后针床编织，第二定位纱嘴在前针床喂入导电纱线，导电纱线在前针床空针上形成线圈，基础纱线在对应的后针床空针形成线圈，得到双面结构的信号传导区。

本发明提供一种具有柔性传感电路的智能计件织物手套，包括：手套主体、第一接触感应区、第二接触感应区、连接导电区、信号传导区、计数芯片；所述第一接触感应区、第二接触感应区设于手套主体指端，为导电纱线在手套指端形成方格状导电区域；所述计数芯片固定于手套主体的手背处；所述连接导电区连接第一接触感应区、第二接触感应区与计数芯片，在手套内部形成电路的区域；所述信号传导区为两块位于手背中央的导电方格，分别与第一接触感应区、第二接触感应区相连，所述计数芯片的两极分别连接两块信号传导区。

在本发明的一种实施方式中，所述第一接触感应区位于大拇指指腹端，所述第二接触感应区位于中指指尖侧端。

在本发明的一种实施方式中，所述信号传导区中心通过移圈组织和浮线组织形成孔洞，技术芯片固定于手背的孔洞中，所述孔洞使用浮线组织形成。

在本发明的一种实施方式中，所述手套腕部线圈间衬入有橡筋纱，每隔一个横列衬入一根，且每个横列线圈一隔一衬入，固定橡筋纱位置。

本发明所述的柔性传感开关电路或所述的方法，应用于如下场景：计步、物体计数、姿态矫正。

[有益效果]

(1)本发明中的柔性传感开关可以根据需要进行接触感应区等不同位置的设计，两个接触感应区呈相对位置状态或呈分离状态，可以充分适应人体工学要求，还可以根据不同位置的使用方式进行不同组织设计，如指尖触碰、足部触地、背部等，具有丰富多样性与很好的适应性。

(2)本发明中的柔性传感开关电路将面料与传感电路和开关融合，利用一体成形编织技术进行开发，保证了传感电路的舒适性，更适于在可穿戴智能服装应用，拓宽了面料的适用范围。

(3)本发明在外观设计时，将感应接触区设计在成形织物外部，考虑到织物的整体美观效果，可以对感应接触区进行形状设计；信号传导区则可以根据不同要求设计在内部，也可以设计在成形织物外部将电路进行花型设计，可以满足不同人群对柔性传感面料的美学要求。

(4)本发明中的柔性传感开关电路的载体织物在无缝编织圆纬机或全成形横编机器上形成，为各种形状的二维平面形态，也可以为筒状、球状、异形结构等三维立体形态，具有更多应用可能性。

(5)本发明中设计的柔性开关更适宜应用于瞬时开关状态下的信号记录，应用场景广泛，如计步、物体计数、姿态矫正等。形成导电通路后，不仅能够记录开关状态，而且能够根据瞬时状态下电流大小进行转化为对压力大小并记录。

附图说明

图1为实施例1中的两极板处于分离位置状态的柔性传感开关电路的示意图；

图2为实施例1中的计件手套工作流程图；

图3为实施例2的接触感应区的局部编织示意图；

图4为实施例2中大拇指指腹处接触感应区的局部编织工艺；

图5为实施例3中的两极板处于相对位置状态的柔性传感开关电路的示意图；

图6为实施例3中负责导电开关的接触感应区局部编织图；

图中：第一接触感应区1，第二接触感应区2，连接导电区3，信号传导区4，导电纱线纱嘴5，高性能纱线纱嘴6，局部导电区域7，接触感应区极板8，信号传导区电路9，外接导线10，处理芯片11。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本实施例提供一种两开关极板处于分离位置状态下的柔性传感开关电路织物，以一种具有柔性传感电路的智能计件手套设计及织造方法为例，通过原料的选择和合理的组织结构，采用针织结构编织带有柔性电路的手套，通过控制电路的开合达到计数的目的。同时为了解决工业生产中某些异性结构零件容易对工人的手部造成的伤害，采用特种纱线对手套进行防刺化处理，提供安全高效的工作环境。分离位置状态下的柔性传感电路示意图如图1所示，其工作流程如图2所示，

如图3所示，本实施例提供一种具有柔性传感电路的智能计件手套；所述手套包括：手套主体、第一接触感应区1、第二接触感应区2、连接导电区3、信号传导区4；所述第一接触感应区1、第二接触感应区2设于手套主体指端，为导电纱线在手套指端形成方格状导电区域；所述的连接导电区3在手套主体内部进行导电线路排布，纵向导电电路平行于手指侧缘；所述连接导电区3连接第一接触感应区1、第二接触感应区2与计数芯片，在手套内部形成电路的区域；所述信号传导区4为两块位于手背中央的导电方格，分别与接触感应区1、2相连，计数芯片的两极分别连接在两块信号传导区4上；所述两块信号传导区4位于手背相同纵列，两个信号传导区4的尺寸相同，均为6横列×5纵行。

进一步地，如图4所示，所述手套主体为单面针织结构，局部导电区域7采用双面编织结构结合定位纱嘴进行编织，导电纱线通过导电纱线纱嘴6的局部编织形成导电通路。

进一步地，所述手套主体采用高性能纱线，局部导电区域使用导电纱线。

进一步地，手套主体在编织时将反面线圈显露在手套的外部；手套上的三个导电区域，接触感应区显露于手套的外部，连接导电区与信号传导区位于手套内部。

进一步地，所述第一接触感应区1位于大拇指指腹端，尺寸为18横列×7纵行，所述第二接触感应区2位于中指指尖侧端处，尺寸为12横列×6纵行。

进一步地，所述手套在手背处开设2×3个孔洞，所述孔洞用于固定计数芯片位置，以矩阵形式排列，每横向间距为16个线圈纵行、纵向间距为12个线圈横列；

进一步地，所述手套腕部设计宽度为6cm的弹性收口。

进一步地，所述高性能纱线为高强力尼龙纱线中的一种或者一种以上，纱线规格在1500D左右。

进一步地，所述的导电纱为表面镀金属长丝纱线、金属长丝纱线、碳纤维长丝纱线中的一种或者一种以上，纱线规格在300D左右。

所述的计数芯片的信号采集过程为：所述智能计件手套在开始工作前首先通过手背上的芯片进行清零操作，开始工作时工人对零件进行抓握拿取，拇指与中指的感应区相接触，使得电路接通，具有导电通路；电流信号通过导电区与信号传导区传入芯片，芯片内部的时钟信号得到“+1”指示，并将信息无线传输到电子设备进行数据存储与同步；工人抓握零件结束，接触感应区分开，导电通路断开，完成一次计数，直至下一次抓握。

所述类型的柔性传感开关电路还可以应用在：用于记录人体行走步数，在裤装两条大腿内侧分别设置接触感应区。人行走过程中，两腿交叉抬起时，两块接触感应区相互接触，实现一次电路通断，将信号传导至芯片，记录通断次数，从而得到行走步数。

实施例2

本实施例提供一种具有柔性传感电路的智能计件手套的织造方法：所述计件手套是在双针床全成形横机上织造而成的，局部编织示意图如图3所示，具体的导电区域局部编织工艺如图4所示。

所述纱线规格为：高性能纱线为1500D高强力纱线，导电纱线为300D镀银尼龙丝。

如图4所示，以接触感应区的局部编织为例，高性能纱线通过高性能纱嘴6在局部导电区域7后针床隔针编织，在工艺正面形成正面线圈；使用导电纱纱嘴5将导电纱线隔针喂入局部导电区域7前针床织针，在工艺反面形成正面线圈；将前针床线圈翻针到后针床，形成筒状指套的局部双面编织；

所述导电连接区的局部编织，高性能纱线通过高性能纱线纱嘴6在前针床编织，导电纱线纱嘴5将导电纱线喂入前针床织针，并隔针形成局部编织，编织区域与高性能纱线所形成的线圈形成满针编织，且导电纱线形成的线圈覆盖在高性能纱线上。

所述信号传导区的局部编织，高性能纱线通过高性能纱线纱嘴6在后针床编织，导电纱线纱嘴5在前针床喂入导电纱线，导电纱线在前针床空针上形成线圈，高性能纱线在对应的后针床空针形成线圈，得到双面结构的信号传导区。

所述信号传导区中心通过移圈组织和浮线组织形成孔洞，手背上用于固定计数芯片的非导电区域孔洞使用浮线组织形成。

所述在手套腕部线圈间衬入橡筋纱，每隔一个横列衬入一根，且每个横列线圈一隔一衬入，固定橡筋纱位置。

实施例3

一种两开关极板处于相对位置状态下的柔性传感开关电路织物，具体的导电区域的布局如图5所示，其编织原理如图6所示。

所述两开关极板处于相对位置状态下的柔性传感开关电路织物包括：接触感应区极板8，信号传导区电路9，外接导线10，处理芯片11；

所述接触感应区极板8有两个，并在织物上处于相对位置，作为开关触点；所述信号传导区电路9用于电路的信号传导；所述信号传导区电路9与接触感应区极板8连接，所述处理芯片11通过外接导线10与信号传导区电路9连接。

进一步地，所述柔性传感开关电路织物采用双针床横编机器进行编织，所述接触传感区8和信号传导区9使用定位纱嘴喂入导电纱线进行编织。

所述柔性传感开关电路的接触传感区8和信号传导区9使用空气层组织编织。

所述柔性传感开关电路织物在两接触感应区极板8位于的面之间衬入非导电纱线作为间隔纱线，将两接触感应区极板8分隔开，同时间隔纱线不能过密，避免摁压开关时正反极板不能相互碰触导致的开关失灵；所述间隔纱线可以为间隔丝，也可以为衬纬纱线，间隔纱细度在20D-40D之间，衬纬纱线细度在300D-900D之间。

所述柔性传感开关电路织物的面料是在双针床全成形横机上织造而成的，导电电路区域的局部编织示意图如图6所示：

当编织柔性传感电路部分时，导电纱线分别由两个不同纱嘴带到指定位置，同时喂入前后针床由机头带动单向编织，该行传感电路部分结束部分，由定位纱嘴带动普通纱线继续编织，由此得到传感面料完整的一个横列。

所述柔性传感开关电路织物工作流程：由人体状态发生改变，对开关接触感应极板发生挤压应力，使得两极板接触导通电路，电流通过信号传导电路将信号传导至芯片，当挤压应力消失，传感电路间的衬纬纱恢复蓬松，两极板分离从而实现电路的断开；

所述类型的柔性传感开关电路可以应用在：用于坐姿矫正的座椅靠背，通过设置局部开关矩阵以检测人体坐姿，并安装坐姿反馈指示灯或警鸣器。当人体靠在座椅靠背时，系统可以综合各块开关通断状况来判断坐姿，从而分析出坐姿是否标准，当坐姿不合理时，可通过芯片进行反馈到指示灯或警鸣器，从而促使人体改变坐姿；

所述类型的柔性传感开关电路还可以应用在：具有跳跃计数功能的地毯，通过在局部区域设置电路开关，记录人体进行跳跃活动的次数。

本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡是在本发明构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够做出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种成形编织的柔性传感开关电路，其特征在于，包括：载体织物、芯片和开关；所述开关包括：两个接触感应区、连接导电区、信号传导区；

所述接触感应区域、连接导电区、信号传导区为使用导电纱线编织的区域，所述芯片设于织物上或织物外；所述载体织物、接触感应区域、连接导电区、信号传导区通过织造成形的方式结合在一起；

所述连接导电区连接两个接触感应区与芯片；

所述信号传导区有两块，分别与两个接触感应区相连，所述计数芯片的两极分别连接两块信号传导区；

所述两个接触感应区呈相对位置状态或呈分离状态；两接触感应区相互碰触形成导电通路，信号传导区导电通路将电流传导到芯片，芯片获得电流，产生瞬时信号并作出反馈，同时将信号通过无线传输技术传输到移动客户端完成数据存储与同步。

2.如权利要求1所述的一种成形编织的柔性传感开关电路，其特征在于，所述接触感应区显现在载体织物表面，所述信号传导区设于织物表面或通过组织变化隐形在载体织物内部。

3.如权利要求2所述的一种成形编织的柔性传感开关电路，其特征在于，载体织物为使用基础纱线编织的织物，所述的基础纱线为天然短纤维纱线、化纤长丝、吸湿抗菌等功能性纱线或高强力、高熔点等高性能纱线中的一种或者一种以上；所述的导电纱为表面镀金属长丝纱线、金属长丝纱线、碳纤维长丝纱线中的一种或者一种以上。

4.如权利要求3所述的一种成形编织的柔性传感开关电路，其特征在于，所述的柔性传感开关电路载体织物为平面织物或为异形立体织物；所述的织物组织为添纱组织、衬纬组织、空气层组织等一种或几种复合织造而成。

5.一种权利要求1-4任一所述的成形编织的柔性传感开关电路的织造方法，其特征在于，所述织物是在双针床全成形横机上织造而成的，使用带有自动定位的定位纱嘴局部编织，织造过程包括：接触感应区的局部编织、导电连接区的局部编织、信号传导区的局部编织；

所述接触感应区的局部编织包括：基础纱线通过第一定位纱嘴在局部导电区域后针床隔针编织，在工艺正面形成正面线圈；使用第二定位纱嘴将导电纱线隔针喂入局部导电区域前针床织针，在工艺反面形成正面线圈；将前针床线圈翻针到后针床，形成局部双面编织；

所述导电连接区的局部编织包括：基础纱线通过第一定位纱嘴在前针床编织，第二定位纱嘴将导电纱线喂入前针床织针，并隔针形成局部编织，编织区域与基础纱线所形成的线圈形成满针编织，且导电纱线形成的线圈覆盖在基础纱线上；

所述信号传导区的局部编织包括：基础纱线通过第一定位纱嘴在后针床编织，第二定位纱嘴在前针床喂入导电纱线，导电纱线在前针床空针上形成线圈，基础纱线在对应的后针床空针形成线圈，得到双面结构的信号传导区。

6.一种具有柔性传感电路的智能计件织物手套，其特征在于，包括：手套主体、第一接触感应区、第二接触感应区、连接导电区、信号传导区、计数芯片；

所述第一接触感应区、第二接触感应区设于手套主体指端，为导电纱线在手套指端形成方格状导电区域；所述计数芯片固定于手套主体的手背处；

所述连接导电区连接第一接触感应区、第二接触感应区与计数芯片，在手套内部形成电路的区域；

所述信号传导区为两块位于手背中央的导电方格，分别与第一接触感应区、第二接触感应区相连，所述计数芯片的两极分别连接两块信号传导区。

7.如权利要求6所述的一种具有柔性传感电路的智能计件手套，其特征在于，所述第一接触感应区位于大拇指指腹端，所述第二接触感应区位于中指指尖侧端。

8.如权利要求7所述的一种具有柔性传感电路的智能计件手套，其特征在于，所述信号传导区中心通过移圈组织和浮线组织形成孔洞，技术芯片固定于手背的孔洞中，所述孔洞使用浮线组织形成。

9.如权利要求8所述的一种具有柔性传感电路的智能计件手套，其特征在于，所述手套腕部线圈间衬入有橡筋纱，每隔一个横列衬入一根，且每个横列线圈一隔一衬入，固定橡筋纱位置。

10.权利要求1-4任一项所述的柔性传感开关电路，其特征在于，应用于如下场景：计步、物体计数、姿态矫正。

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