[發明專利]一種基于壓電-熱電收集的自供電便攜式智能口罩

在審

• 申請號: 202111137374.4
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN113876057A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 蔣莊德;劉兆鈞;田邊;黎瑤;李樂;雷嘉明;張仲愷;劉江江;史鵬;林啟敬
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: A41D13/11
• 分類號: A41D13/11;A41D27/00;A61B5/08;G01D21/02;H02N2/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 白文佳

本發明公開了一種基于壓電?熱電收集的自供電便攜式智能口罩，包括呼吸監測模塊、無線傳輸模塊、微型控制單元、口罩本體以及用于提供電能的自供電模塊，其中，自供電模塊及呼吸監測模塊均固定于口罩本體的內側，且自供電模塊及呼吸監測模塊正對攜帶者的口鼻，自供電模塊經微型控制單元與呼吸監測模塊相連接，呼吸監測模塊與外界設備相連接，該口罩采用自供電方式對人體呼吸參數進行檢測。

技術領域

本發明屬于能量采集、供能以及傳感器測量技術領域，涉及一種基于壓電-熱電收集的自供電便攜式智能口罩。

背景技術

截至今天，新冠肺炎已是在194個國家與地區快速傳播的大流行病。在全球疫情依舊如此嚴峻的情況下，口罩的重要作用自然不必多說，因為這次的新冠病毒有一個十分關鍵的傳播途徑——飛沫傳播，在我們的日常生活中，口罩的佩戴已經成為了生活中的一部分。但目前口罩僅僅是口罩，完成其阻止飛沫傳播過濾各種顆粒物等本職工作。

另一方面，通信技術與傳感器制造技術的快速發展，使得無線傳感網絡廣泛地應用于各類對象的監控檢測中，傳統的電池供電系統供能有限，維護成本較高，而能量采集技術為這一問題提供了良好的解決方案。能量采集技術也能夠將人體的相關能量轉換為電能，為應用于人體的可穿戴傳感器設備進行供電，實現自主式供電的智能穿戴設備。

結合疫情環境下不可或缺的口罩以及可穿戴傳感器的發展，基于人體基本代謝活動完成自供電來檢測人體呼吸健康狀態的智能口罩有著十分廣闊的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種基于壓電-熱電收集的自供電便攜式智能口罩，該口罩采用自供電方式對人體呼吸參數進行檢測。

為達到上述目的，本發明所述的基于壓電-熱電收集的自供電便攜式智能口罩包括呼吸監測模塊、無線傳輸模塊、微型控制單元、口罩本體以及用于提供電能的自供電模塊，其中，自供電模塊及呼吸監測模塊均固定于口罩本體的內側，且自供電模塊及呼吸監測模塊正對攜帶者的口鼻，自供電模塊經微型控制單元與呼吸監測模塊相連接，呼吸監測模塊與外界設備相連接。

所述呼吸監測模塊包括信息采集模塊、第一柔性壓電式力傳感器及第一柔性熱電偶式溫度傳感器，信息采集模塊的輸入端與第一柔性壓電式力傳感器及第一柔性熱電偶式溫度傳感器相連接，信息采集模塊的輸出端與外界設備相連接，信息采集模塊的控制端與微型控制單元的輸出端相連接。

所述自供電模塊包括熱電/壓電能量儲存單元、陣列式柔性壓電式力傳感器及陣列式柔性熱電偶式溫度傳感器，陣列式柔性壓電式力傳感器的輸出端及陣列式柔性熱電偶式溫度傳感器的輸出端與熱電/壓電能量儲存單元相連接，熱電/壓電能量儲存單元的輸出端與微型控制單元的電源接口相連接，熱電/壓電能量儲存單元的控制端與微型控制單元的輸出端相連接。

信息采集模塊的控制端與外界設備通過無線傳輸模塊相連接，熱電/壓電能量儲存單元的輸出端與無線傳輸模塊的電源接口相連接。

所述外界設備包括手機APP及5G云醫療平臺。

第一柔性壓電式力傳感器、第一柔性熱電偶式溫度傳感器、陣列式柔性壓電式力傳感器中的各第二柔性壓電式力傳感器及陣列式柔性熱電偶式溫度傳感器中的各第二柔性熱電偶式溫度傳感器均為疊層式復合結構。

第一柔性壓電式力傳感器及第二柔性壓電式力傳感器內壓電薄膜層的材質均為鋯鈦酸鉛或聚偏氟乙烯。

第一柔性熱電偶式溫度傳感器及第二柔性熱電偶式溫度傳感器中熱電薄膜層的材質為氧化銦錫或氧化銦。

第一柔性壓電式力傳感器及第二柔性壓電式力傳感器內的上電極及下電極均為銅電極。

第一柔性壓電式力傳感器、第二柔性壓電式力傳感器、第一柔性熱電偶式溫度傳感器及第二柔性熱電偶式溫度傳感器的柔性基底均為聚酰亞胺或聚二甲基硅氧烷。

本發明具有以下有益效果：