基于多層復合織物結構的光纖脈搏傳感織物及其服裝制造技術

本發明專利技術公開了一種基于多層復合織物結構的光纖脈搏傳感織物及其服裝。本發明專利技術光纖脈搏傳感織物由內層織物、中間層織物、外層織物、柔性填充物和光纖壓力敏感單元組成；在內層織物中植入光纖壓力敏感單元，中間層織物中植入兩個柔性填充物，分別放置在壓力敏感單元的兩端；所述柔性填充物的高度高于中間層織物；內層織物、中間層織物和外層織物通過縫紉進行連接。本發明專利技術一種基于所述光纖脈搏傳感織物的服裝，包括服裝本體、光纖脈搏傳感織物、傳光織物和信號處理織物。本發明專利技術將光纖傳感器完全植入織物中，與織物融為一體，并采用柔性填充物，且與人體皮膚接觸的織物層采用針織編織方式，從而增強了穿著和測量的舒適性。

【技術實現步驟摘要】
基于多層復合織物結構的光纖脈搏傳感織物及其服裝
本專利技術涉及可穿戴傳感
，更具體的說，是涉及一種基于多層復合織物結構的光纖脈搏傳感織物及其服裝。
技術介紹
脈搏信號是由于心臟心室周期性收縮和舒張導致主動脈的收縮和舒張、血流以壓力波的形式從主動脈根部出發沿動脈系統傳播而產生的壓力波。脈搏信號與動脈血壓有直接關系，其波形變化反映了一個心動周期內動脈血壓隨時間的脈動變化。另外，血流、血管阻力、血管壁彈性等血流參數的變化也能夠間接地從脈搏信號中得到反映。人體多種生理病理變化(特別是心血管系統的變化)都會對脈搏產生明顯影響。因此，利用脈搏信號獲取人體的生理病理信息在醫療和健康監護領域具有重要意義。目前，檢測人體脈搏信號的傳感器主要有光電式脈搏傳感器和壓電式脈搏傳感器。其中，光電式脈搏傳感器一般通過夾具固定在指尖處，在一定波長光源照射下，通過檢測透過手指或反射回來的光強，間接測量人體的脈搏信號。壓電式脈搏傳感器利用壓電效應，當壓電材料發生形變時，將產生電荷，通過檢測電荷的變化實現脈搏信號的檢測。為獲取人體實時的脈搏信號且又不影響日常活動，可將脈搏傳感器集成到服裝中，實現可穿戴式的脈搏測量。上述兩種傳統的脈搏傳感器體積較大，不易植入服裝且影響穿著舒適性。為與服裝相結合，織物型脈搏傳感器的研制十分必要，對智能服裝和可穿戴技術的發展具有重要意義。織物型傳感器是一種柔性傳感器，本身為織物的形式，可作為服裝的一部分，不易被人察覺，且具有良好的穿著舒適性。專利技術專利201010287822.4公開了一種織物型壓力傳感器。該傳感器采用“三明治”結構，中間層為利用導電纖維編織成的電阻型織物傳感元件，上下兩部分為硅膠基或硅膠-織物復合基的轉換層。外部壓力通過轉換層使中間傳感織物發生形變，影響其電阻變化。利用檢測電路，通過檢測中間織物電阻的變化可以得到外部壓力。專利技術專利201510209269.5也公開了一種織物電阻傳感器。該傳感器也為三層結構，中間層使用的紗線為聚苯胺復合導電紗線和氨綸單絲。織物的形變將導致中間織物電阻發生變化，通過檢測該電阻的變化，從而實現外部壓力和拉力的測量。上述兩種織物傳感器均具有較好的服用舒適性，但中間層電阻型織物易受電磁干擾，且靈敏度受到后端電阻測量電路分辨率的限制。光纖傳感器具有不受電磁干擾、靈敏度高、與紗線兼容可織入織物的特點，是織物型傳感器的理想敏感元件。專利技術專利201410745004.2和201410740824.2公開了一種用于脈搏、心音及呼吸信號檢測的光纖光柵傳感織物，為兩層織物結構，主要包括脈搏敏感元件、內層織物和外層織物。光纖光柵壓力敏感元件通過刺繡的方法固定在內層織物內側，直接與腕部橈動脈上方皮膚接觸。在敏感元件上方的內層和外層織物形成口袋，內置硬質塑料材料的外輪廓為弧面的填充物。脈搏壓力的變化使敏感元件內部的光纖光柵發生軸向形變，導致其反射波長發生漂移，通過檢測光纖光柵反射波長的漂移實現脈搏信號的檢測。由于在兩層織物間加入實心填充物，限制了壓力敏感元件的形變幅度，導致脈搏檢測的靈敏度較低。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是，克服現有技術中存在的不足，提供一種基于多層復合織物結構的光纖脈搏傳感織物及其服裝。本專利技術一種基于多層復合織物結構的光纖脈搏傳感織物，通過下述技術方案予以實現，所述光纖脈搏傳感織物由內層織物2-1、中間層織物2-2、外層織物2-3、柔性填充物2-4和光纖壓力敏感單元2-6組成；在內層織物2-1中植入光纖壓力敏感單元2-6，所述壓力敏感單元由彈性材料內部嵌入或表面粘貼光纖傳感器2-7制作而成，壓力敏感單元外形為長方體；中間層織物2-2中植入兩個柔性填充物2-4，分別放置在壓力敏感單元2-6的兩端；所述柔性填充物2-4的高度高于中間層織物2-2，在光纖傳感器上方形成空氣腔；內層織物2-1、中間層織物2-2和外層織物2-3通過縫紉進行連接。所述外層織物上縫有按扣，通過按扣將光纖脈搏傳感織物連接到袖口織物。所述光纖傳感器類型采用波長型光纖光柵傳感器、干涉型或光強型光纖傳感器，光纖材料為石英或聚合物。所述內層織物為針織物，采用空氣層復合織物結構，內層織物為三部分組成的平面結構，上邊和下邊為提花編織結構，中間部分為空氣層編織結構，中間部分用于植入光纖壓力敏感單元及其尾纖。所述中間層織物為針織物，采用空氣層復合織物結構，中間層織物為三部分組成的平面結構，上邊和下邊為提花編織結構，中間部分為空氣層編織結構，空氣層編織結構中柔性填充物部分和非柔性填充物部分分別由兩根紗線編織而成，形成空氣層結構；中間層織物中柔性填充物為泡棉材料。所述外層織物采用沒有彈性的機織布。所述袖口織物采用魔術貼式袖口，魔術貼分為子母兩面：子面是細軟的纖維，母面是帶有勾刺的彈性纖維。一種基于所述光纖脈搏傳感織物的服裝，其特征是，包括服裝本體6-1、光纖脈搏傳感織物6-2、傳光織物6-3和信號處理織物6-4；傳光織物6-3在服裝的袖片和后片上，用于將光纖脈搏傳感織物6-2檢測到的光信號傳送至信號處理織物6-4；信號處理織物6-4在服裝背部或其它不影響穿著舒適性和運動性的部位，用于對光纖脈搏傳感織物6-2輸出光信號進行處理，并將處理后的光信號轉換為電信號進行存儲、分析和數據傳輸；光纖脈搏傳感織物6-2、傳光織物6-3和信號處理織物6-4的光路連接采用光纖適配器。所述傳光織物由光纖、基底布和熱熔型粘合襯三部分組成，通過拉鏈的方式安裝在服裝的袖片和后片上；所述基底布為無彈性織物，光纖先通過粘合劑固定在基底布上，然后基底布與粘合襯通過熨燙進行熱粘合，最后進行冷卻定型。所述信號處理織物包括織物載體、信號處理光路和信號處理電路三部分；織物載體為雙層機織物，內部集成信號處理光路和電路，信號處理光路用于織物傳感器輸出光信號的處理，將調制為光參量的脈搏信號解調為光強輸出；信號處理電路用于將光信號轉換為電信號，在微處理器或微控制器中進行信號存儲和分析，并通過無線方式將檢測到的脈搏信號進行傳輸。信號處理光路中使用的光纖器件均采用縫合的方法固定在織物載體內，信號處理電路裝入織物載體內部的口袋中；信號處理織物采用按扣、拉鏈等方式與服裝本體連接。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：采用光纖傳感器進行人體脈搏等生理信號的檢測減小了傳感器的體積和重量、提高檢測靈敏度、防水和抗汗液腐蝕、對人體本質安全且沒有輻射、抗外界電磁干擾，可長期佩戴。本專利技術將光纖傳感器完全植入織物中，與織物融為一體，并采用柔性填充物，且與人體皮膚接觸的織物層采用針織編織方式，從而增強了穿著和測量的舒適性。三層復合織物結構有效地將織物張力轉換為脈搏檢測所需的局部壓力，既使脈搏傳感單元緊貼皮膚，又在內部為光纖傳感器的形變留出充足空間，提高了輸出脈搏信號的靈敏度與信噪比。另外，將脈搏傳感織物設計為袖口形式方便與服裝的集成，脈搏傳感織物、傳光織物和信號處理織物均可從服裝本體上拆卸，便于服裝本體的洗滌。總之，本專利技術克服了傳統電學傳感器和電學傳感織物在檢測靈敏度、重復性、測量舒適性、耐腐蝕性和安全性等方面的不足，特別是在復雜電磁輻射環境下進行人體體征監測的領域中具有突出的應用前景。本專利技術與專利技術專利201410745004.2和201410740824.2的主要區別在于本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于人體脈搏檢測的光纖脈搏傳感織物，其特征是，所述光纖脈搏傳感織物由內層織物(2?1)、中間層織物(2?2)、外層織物(2?3)、柔性填充物(2?4)和光纖壓力敏感單元(2?6)組成；在內層織物(2?1)中植入光纖壓力敏感單元(2?6)，所述壓力敏感單元由彈性材料內部嵌入或表面粘貼光纖傳感器(2?7)制作而成，壓力敏感單元外形為長方體；中間層織物(2?2)中植入兩個柔性填充物(2?4)，分別放置在壓力敏感單元(2?6)兩端的上方；所述柔性填充物(2?4)的高度高于中間層織物(2?2)，在光纖傳感器上方形成空氣腔；內層織物(2?1)、中間層織物(2?2)和外層織物(2?3)通過縫紉進行連接。

【技術特征摘要】
1.一種基于多層復合織物結構的光纖脈搏傳感織物，其特征是，所述光纖脈搏傳感織物由內層織物（2-1）、中間層織物（2-2）、外層織物（2-3）、柔性填充物（2-4）和光纖壓力敏感單元（2-6）組成；在內層織物（2-1）中植入光纖壓力敏感單元（2-6），所述光纖壓力敏感單元由彈性材料內部嵌入或表面粘貼光纖傳感器（2-7）制作而成，光纖壓力敏感單元外形為長方體；中間層織物(2-2)中植入兩個柔性填充物(2-4)，分別放置在光纖壓力敏感單元(2-6)兩端的上方；所述柔性填充物(2-4)的高度高于中間層織物(2-2)，在光纖傳感器上方形成空氣腔；內層織物(2-1)、中間層織物(2-2)和外層織物（2-3）通過縫紉進行連接。2.根據權利要求1所述的基于多層復合織物結構的光纖脈搏傳感織物，其特征是，所述外層織物上縫有按扣，通過按扣將光纖脈搏傳感織物連接到袖口織物。3.根據權利要求1所述的基于多層復合織物結構的光纖脈搏傳感織物，其特征是，所述光纖傳感器類型采用波長型光纖光柵傳感器、干涉型或光強型光纖傳感器，光纖材料為石英或聚合物。4.根據權利要求1所述的基于多層復合織物結構的光纖脈搏傳感織物，其特征是，所述內層織物為針織物，采用空氣層復合織物結構，內層織物為三部分組成的平面結構，上邊和下邊為提花編織結構，中間部分為空氣層編織結構，中間部分用于植入光纖壓力敏感單元及其尾纖。5.根據權利要求1所述的基于多層復合織物結構的光纖脈搏傳感織物，其特征是，所述中間層織物為針織物，采用空氣層復合織物結構，中間層織物為三部分組成的平面結構，上邊和下邊為提花編織結構，中間部分為空氣層編織結構，空氣層編織結構中柔性填充物部分和非柔性填充物部分分別由兩根紗線編織而成，形成空氣層結構；中間層織物中柔性填充物為泡棉材料。6.根據權利要求1所述的基于多層復合織物結構的光纖脈搏傳感織物，其...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張誠，楊昆，田新宇，王飛翔，苗長云，王麗清，趙軍發，
申請(專利權)人：天津工業大學，
類型：發明
國別省市：天津;12