[發(fā)明專(zhuān)利]一種可穿戴自供電多功能傳感器及可穿戴監(jiān)測(cè)設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110565522.6
• 申請(qǐng)日: 2021-05-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113358152B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡志宇;吳振華;張帥;劉澤昆;施慧烈;劉妍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01D21/02
• 分類(lèi)號(hào): G01D21/02
• 代理公司: 上?？剖⒅R(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 翁惠瑜

本發(fā)明涉及一種可穿戴自供電多功能傳感器及可穿戴監(jiān)測(cè)設(shè)備，所述多功能傳感器包括功能水凝膠和熱電器件，所述功能水凝膠包括第一皮膚接觸面，所述熱電器件包括第二皮膚接觸面，所述功能水凝膠作為傳感信號(hào)部分，熱電器件作為供電部分，兩部分串聯(lián)形成閉合電路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有供能效率高、工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種可穿戴自供電多功能傳感器及可穿戴監(jiān)測(cè)設(shè)備。

背景技術(shù)

利用柔性可穿戴傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)人體行為運(yùn)動(dòng)和健康狀態(tài)可視化監(jiān)測(cè)已逐漸成為生物醫(yī)學(xué)工程和人機(jī)交互領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。理想的可穿戴傳感器應(yīng)具有較好的生物相容性以確保無(wú)害、合適的柔軟度以確保與人體的機(jī)械匹配、強(qiáng)大的彈性以適應(yīng)重復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變形、優(yōu)異的加工性以滿(mǎn)足定制等特征。傳統(tǒng)柔性器件通常由軟質(zhì)基底材料和硬質(zhì)電子器件兩部分組成，而軟質(zhì)基底往往無(wú)法滿(mǎn)足以上特點(diǎn)。

目前所采用的傳感器裝置通常需要外置電源裝置，增加了便攜困難和成本。對(duì)于可穿戴應(yīng)用，人體熱能的收集可以提供持續(xù)的能量供給，既不依賴(lài)任何機(jī)械輸入，也不依賴(lài)環(huán)境中的光或無(wú)線(xiàn)電波。利用人體體溫發(fā)電的熱電發(fā)電技術(shù)，是為可穿戴電子設(shè)備獲取可持續(xù)能源的一種極具前景的方法。人體的體溫常維持在37℃左右，與環(huán)境的溫差通常在0-40℃范圍內(nèi)，這部分溫差能量可以通過(guò)熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)利用起來(lái)給電子器件供電。但在利用熱電器件供電時(shí)，一方面需要提高熱電材料和器件的性能，另一方面，還需要盡量減小器件與皮膚之間的熱阻并使冷端有效的散熱(即增大熱電器件兩端溫差)，這對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種供能效率高的可穿戴自供電多功能傳感器及可穿戴監(jiān)測(cè)設(shè)備。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

第一方面，本發(fā)明提供一種可穿戴自供電多功能傳感器，包括功能水凝膠和熱電器件，所述功能水凝膠包括第一皮膚接觸面，所述熱電器件包括第二皮膚接觸面，所述功能水凝膠作為傳感信號(hào)部分，熱電器件作為供電部分，兩部分串聯(lián)形成閉合電路。

進(jìn)一步地，所述功能水凝膠為實(shí)現(xiàn)應(yīng)變、壓力、光、溫度傳感中的一種或多種功能的水凝膠。

進(jìn)一步地，所述功能水凝膠在外界作用下產(chǎn)生表觀電阻的變化，從而產(chǎn)生傳感信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述第二皮膚接觸面涂敷有高熱導(dǎo)率材料。

進(jìn)一步地，所述熱電器件包括水凝膠接觸面。

進(jìn)一步地，所述水凝膠接觸面涂敷有高熱導(dǎo)率且電學(xué)絕緣的材料。

進(jìn)一步地，所述熱電器件為面外型熱電器件或面內(nèi)型熱電器件。

進(jìn)一步地，所述熱電器件為剛性基底的塊體熱電器件、軟封裝方式制備的塊體基柔性熱電器件、在柔性基底上制備的熱電器件或無(wú)基底的柔性熱電器件。

第二方面，本發(fā)明提供一種可穿戴監(jiān)測(cè)設(shè)備，包括如上所述的可穿戴自供電多功能傳感器。

進(jìn)一步地，該可穿戴監(jiān)測(cè)設(shè)備為人體全周期生理活動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明的熱電器件能利用體溫實(shí)現(xiàn)對(duì)功能水凝膠的持續(xù)供電，供能效率高，工作穩(wěn)定。

2、本發(fā)明可通過(guò)功能水凝膠實(shí)現(xiàn)應(yīng)變、壓力、光、溫度等多種傳感，方便實(shí)現(xiàn)對(duì)人體全周期生理活動(dòng)的監(jiān)測(cè)。

3、本發(fā)明的功能水凝膠可同時(shí)貼附在熱電器件表面，增大熱電器件兩端溫差以增大其輸出功率，從而增大傳感電信號(hào)，提高供能效率。

4、本發(fā)明的可穿戴自供電多功能傳感器，在生物醫(yī)學(xué)工程和人機(jī)交互領(lǐng)域具有重大的潛在應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明