一种力致发光/变阻多模织物基呼吸传感器及其制备方法

本发明涉及呼吸监测设备，尤其涉及一种力致发光/变阻多模织物基呼吸传感器及其制备方法。

背景技术：

1、鉴于近年来呼吸道疾病的高发态势，能够实时、准确地监测个体呼吸状态的呼吸监测设备受到人们广泛关注。相较于传统刚性呼吸传感器，柔性呼吸传感器具有柔软、体积小、重量轻、生物相容性好等特点，是理想的智能可穿戴呼吸监测设备传感元件。

2、目前，根据传感原理，柔性呼吸传感器可分为直接监测式和间接监测式，直接监测式包括气流检测式、湿度监测式、温度监测式等呼吸传感器，通常集成至贴片或口罩中，布置于口鼻外侧，通过捕获气体流速、湿度变化、温度变化等呼吸气流引发的电信号波动实现呼吸监测，受人体运动干扰较小，但受环境风速及湿度影响较大，且外附于面部使得舒适性较差，无法长期佩戴以实现全天候呼吸监测；间接监测式呼吸传感器通常集成至可穿戴呼吸监测设备中，布置于胸腔或腹腔外侧，通过收集呼吸起伏过程中应力或应变引发的电信号变化实现呼吸监测，受环境因素影响较小，佩戴舒适性较好，但受人体运动干扰较大。

3、综上，直接监测式及间接监测式柔性呼吸传感器各有利弊，而目前研究更多集中在单模态呼吸传感器，受限于单一信号来源，环境条件、人体运动、人体姿态等影响因素造成的电信号失真更加明显，监测准确性难以保证。

4、现有的多模态柔性呼吸传感器能够同时监测压力、拉伸、温度、湿度等信息中的两种或是多种，输出信号普遍仍为电信号(如电阻、电流、电压、电容等)，信号输出依赖外附装置，而外附装置会制约穿着者运动，且影响可穿戴呼吸监测设备的穿着舒适性和美观性。且普遍采用“三明治”结构，通过热压、压制、粘合等方法将相互独立的组件连接，透气性及一体性差，影响可穿戴呼吸监测设备的穿着舒适性和结构强度；

5、现有的柔性呼吸传感器制备流程繁琐、制备流程长，多为离散生产，无法批量生产。因此亟待开发出一种穿着舒适性好、结构强度大、输出信号多样的多模态柔性呼吸传感器。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述现有呼吸传感器存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明目的是提供一种力致发光/变阻多模织物基呼吸传感器，其目的在于解决现有呼吸传感器舒适性差、结构强度低，输出信号单一的问题。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种力致发光/变阻多模织物基呼吸传感器，此呼吸传感器包括多模传感织物和片状电极组，其中，多模传感织物，其包括力致发光纱组和弹性导电纱线，二者按照网目组织结构织造；片状电极组，包括第一电极和第二电极，二者各自连接于所述多模传感织物的两侧。

5、作为本发明所述力致发光/变阻多模织物基呼吸传感器的一种优选方案，其中：所述力致发光纱组包括网目纱和牵引纱，二者具有不同的发光颜色。

6、作为本发明所述力致发光/变阻多模织物基呼吸传感器的一种优选方案，其中：所述网目纱作为经纱或纬纱，所述牵引纱作为牵引经或牵引纬，所述弹性导电纱线作为纬线或经线，编织形成网目组织织物。

7、作为本发明所述力致发光/变阻多模织物基呼吸传感器的一种优选方案，其中：所述第一电极和第二电极的结构相同；所述第一电极包括金属片、设置于所述金属片表面且沿织物延伸方向的织物端触点，以及设置于所述金属片表面且与所述织物端触点保持连接的外电路触点。

8、作为本发明所述力致发光/变阻多模织物基呼吸传感器的一种优选方案，其中：所述织物端触点与多模传感织物保持电性连接。

9、本发明目的是提供一种力致发光/变阻多模织物基呼吸传感器的制备方法，其目的在于制备出一种穿着舒适性好、结构强度大、输出信号多样的多模态柔性呼吸传感器。

10、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种力致发光/变阻多模织物基呼吸传感器的制备方法，制备上述的力致发光/变阻多模织物基呼吸传感器，包括如下步骤：

11、s1：制备力致发光纱线；

12、s2：制备弹性导电纱线；

13、s3：设计织物上机图；

14、s4：织造多模传感织物；

15、s5：装配呼吸传感器。

16、作为本发明所述力致发光/变阻多模织物基呼吸传感器的制备方法的一种优选方案，其中：所述制备力致发光纱线，包括如下步骤：

17、s11：制备网目纱，将若干力致发光材料与可纺弹性体母粒均匀混合得到混合物，将混合物投入单螺杆挤出机，连续挤出，低温退火后收集至卷纱筒，得到网目纱；

18、s12：制备牵引纱，更换力致发光材料，再与可纺弹性体母粒均匀混合得到混合物，将混合物投入单螺杆挤出机，连续挤出，低温退火后收集至卷纱筒，得到牵引纱。

19、作为本发明所述力致发光/变阻多模织物基呼吸传感器的制备方法的一种优选方案，其中：所述制备弹性导电纱线，包括如下步骤：

20、s21：选用导电纳米材料作为导电填料，与聚合物基体混合均匀，加入注射器，通过湿法纺丝成丝，热固化后收卷至卷纱筒；

21、s22：对成丝进行清洁并干燥，并通过浸渍法在成丝表面制备绝缘层，干燥后卷装至卷纱筒，得到弹性导电纱线。

22、作为本发明所述力致发光/变阻多模织物基呼吸传感器的制备方法的一种优选方案，其中：所述织造多模传感织物，包括如下步骤：

23、将预先设计的纹版图录入纺织机，选用弹性导电纱线作为经纬纱组成地组织，网目纱作为第二经纱或第二纬纱，牵引纱作为第二纬纱或第二经纱，依据预先设计的组织图分别按序排列，并确定引纬顺序；将所有经纱按照预先设计的穿综图穿入对应综丝，在综框每次开口后根据引纬顺序引入一根纬纱与经纱交织，依次进行打纬、卷曲和送经运动，并重复开口和引纬运动，织得多模传感织物。

24、作为本发明所述力致发光/变阻多模织物基呼吸传感器的制备方法的一种优选方案，其中：所述装配呼吸传感器，包括如下步骤：

25、s51：制备电极封装液；

26、s52：制备液态金属；

27、s53：封装片状电极：将多模传感织物一端的弹性导电纱线绝缘层剥离，夹在片状电极模具底板与导电通路模板之间并锁止顶盖；将电极封装液通过浇筑口注入片状电极模具，浇筑至与多模传感织物平齐；将模具整体移至烘箱中固化；而后将液态金属通过浇筑口注入导电通路模板，直至液面覆盖导电通路成型槽，再将模具整体移入低温箱，使液态金属固着于织物表面，并形成织物端触点；将电极封装液继续注入模具，直至液面到达液面指示窗；重复固化后分离模具，得到一侧的片状电极；

28、s54：重复操作，在多模传感织物同向的另一端也制得片状电极，形成呼吸传感器。

29、本发明的有益效果：

30、本发明的呼吸传感器，基于具有力致发光/变阻多模传感功能的网目组织织物，其中力致发光纱线作为浮长线，通过呼吸过程中的应力及应变激励引发的浮长线自发光，实现了“应力-光信号”及“应变-光信号”模态传感功能；弹性导电纱线作为地组织，保证整体强度及弹性的同时赋予织物“应变-电信号”模态传感功能。此织物基呼吸传感器穿着舒适性好、结构强度大、具备多模态传感功能、可单独输出光信号或同时输出光/电信号，可广泛用于呼吸带、多导睡眠仪、智能运动背心等可穿戴呼吸监测设备中。