[發(fā)明專利]基于柔性傳感器的柔性可穿戴器件及其組裝方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310303856.5
• 申請日: 2023-03-27
• 公開（公告）號: CN116576906A
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余厚詠;李升鴻;董延娟;葛丹;苗舟羽;謝瑤;龔瑞芯;徐德文
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;A61B5/0531;A61B5/00;G08B19/00;G08B31/00;G08B7/06;H04W4/38;H04W4/80
• 代理公司: 浙江永鼎律師事務(wù)所 33233
• 代理人: 王日精

本發(fā)明屬于智能可穿戴技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于柔性傳感器的柔性可穿戴器件及其組裝方法和應(yīng)用。其中，基于柔性傳感器的柔性可穿戴器件，包括單片機、紡織基柔性傳感器和電子功能元件，紡織基柔性傳感器、電子功能元件與單片機信號連接。本發(fā)明經(jīng)過特殊結(jié)構(gòu)的設(shè)計符合人體工程學(xué)，可通過簡單的縫紉技術(shù)維持器件的可穿戴性，克服了柔性傳感材料難以器件化，只能接收信號難以輸出、反饋的重大問題，實時完成對人體生理信號和環(huán)境信號的監(jiān)測和及時預(yù)警，實現(xiàn)柔性傳感器材料電信號的可視化，實現(xiàn)人機交互。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于智能可穿戴技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于柔性傳感器的柔性可穿戴器件及其組裝方法和應(yīng)用，實時完成對人體生理信號和環(huán)境信號的監(jiān)測和及時預(yù)警。

背景技術(shù)

傳感是仿生人體感知結(jié)構(gòu)的一種功能。人體皮膚能夠通過與外界環(huán)境發(fā)生互動，由神經(jīng)元將信號傳輸?shù)酱竽X感知再做出反饋響應(yīng)，根據(jù)不同的信號，人體能夠識別并作出相應(yīng)的反饋行為。為了模擬人體這種感應(yīng)能力，研究人員提出將互動信號轉(zhuǎn)換成電信號來感知和量化，由計算機儀器等處理并響應(yīng)，形成不同傳感的人機交互功能。在生活中，人們常使用智能手機和可視化觸摸顯示屏等，但是這些電子設(shè)備由于材料的限制，過于堅硬、笨重和不靈活，在智能可穿戴設(shè)備中不適合廣泛應(yīng)用。

隨著納米材料和技術(shù)的發(fā)展，柔性傳感器因為其柔軟性、靈敏性和耐久性受到越來越多的關(guān)注，在醫(yī)療健康、運動檢測和智能可穿戴領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。柔性傳感器結(jié)合了本征柔性、輕質(zhì)、多功能、成本低等優(yōu)點，能夠表現(xiàn)出高靈敏性、可拉伸性、超共形性和大面積制造等特性。柔性傳感器通常是由多個部件組成，包括活性材料、導(dǎo)體和柔性基板的選擇或合成。碳納米管(CNT)、石墨烯、MXenes、導(dǎo)電聚合物、金屬和半導(dǎo)體納米線已被廣泛用作傳感器的活性材料。聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亞胺(PI)、水凝膠、聚醚醚酮、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和聚酯樹脂(PET)在內(nèi)的各種柔性基板是柔性傳感器的理想材料。在各種新型材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計下，柔性傳感器的傳感性能得到了極大提升。但在智能可穿戴領(lǐng)域中，這些柔性傳感材料仍存在難以器件化，只能接收信號難以輸出、反饋的重大缺陷。

紡織基柔性傳感器是柔性傳感器的新發(fā)展方向，首先由于其特殊的紡織結(jié)構(gòu)可與服裝無縫連接，實現(xiàn)設(shè)計-穿著-應(yīng)用一體化；其次在紡織不同階段能夠開發(fā)不同維度結(jié)構(gòu)的傳感器，有一維的纖維狀和紗線狀傳感器、二維的織物狀傳感器和三維的服裝紡織品。在不同維度上的傳感應(yīng)用范圍不同，與基于纖維/紗線傳感器的低響應(yīng)、高靈敏相比，織物/紡織品的傳感器有更大的傳感面積和更理想的陣列設(shè)計。更重要的是，通過將傳感與紡織結(jié)合的可穿戴設(shè)備有著優(yōu)秀的傳感性能和舒適性，能夠廣泛運用在醫(yī)療監(jiān)測、人機交互和早期預(yù)警等領(lǐng)域。

例如，公告號為CN114573987B的專利文獻(xiàn)公開了以具備快速響應(yīng)性的多孔結(jié)構(gòu)靜電紡絲纖維為基礎(chǔ)，通過還原銀反應(yīng)在纖維絲上原位制備出銀顆粒,實現(xiàn)導(dǎo)電功能和可以實時對人體生理信號和環(huán)境信號的監(jiān)測，然而信號傳輸、人機可視化交互仍難以達(dá)到，同時也沒有集成相應(yīng)的器件，限制了其實際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

基于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺點和不足，本發(fā)明的目的之一是至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題之一或多個，換言之，本發(fā)明的目的之一是提供滿足前述需求之一或多個的一種。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

基于柔性傳感器的柔性可穿戴器件，包括單片機、紡織基柔性傳感器和電子功能元件，紡織基柔性傳感器、電子功能元件與單片機信號連接。

作為優(yōu)選方案，所述紡織基柔性傳感器的基底為一維纖維狀、一維紗線狀、二維織物狀或三維服裝紡織品。

作為優(yōu)選方案，所述紡織基柔性傳感器的導(dǎo)電功能材料為聚吡咯、聚苯胺、碳黑、碳納米管、石墨烯、MXene、金銀納米線、金屬氧化物中的一種或多種。

作為優(yōu)選方案，所述電子功能元件為顯示器。

作為優(yōu)選方案，所述電子功能元件為蜂鳴器。