[发明专利]基于多层复合织物结构的光纤脉搏传感织物及其服装

说明书

本发明公开了一种基于多层复合织物结构的光纤脉搏传感织物及其服装。本发明光纤脉搏传感织物由内层织物、中间层织物、外层织物、柔性填充物和光纤压力敏感单元组成；在内层织物中植入光纤压力敏感单元，中间层织物中植入两个柔性填充物，分别放置在压力敏感单元的两端；所述柔性填充物的高度高于中间层织物；内层织物、中间层织物和外层织物通过缝纫进行连接。本发明一种基于所述光纤脉搏传感织物的服装，包括服装本体、光纤脉搏传感织物、传光织物和信号处理织物。本发明将光纤传感器完全植入织物中，与织物融为一体，并采用柔性填充物，且与人体皮肤接触的织物层采用针织编织方式，从而增强了穿着和测量的舒适性。

技术领域

本发明涉及可穿戴传感技术领域，更具体的说，是涉及一种基于多层复合织物结构的光纤脉搏传感织物及其服装。

背景技术

脉搏信号是由于心脏心室周期性收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张、血流以压力波的形式从主动脉根部出发沿动脉系统传播而产生的压力波。脉搏信号与动脉血压有直接关系，其波形变化反映了一个心动周期内动脉血压随时间的脉动变化。另外，血流、血管阻力、血管壁弹性等血流参数的变化也能够间接地从脉搏信号中得到反映。人体多种生理病理变化(特别是心血管系统的变化)都会对脉搏产生明显影响。因此，利用脉搏信号获取人体的生理病理信息在医疗和健康监护领域具有重要意义。

目前，检测人体脉搏信号的传感器主要有光电式脉搏传感器和压电式脉搏传感器。其中，光电式脉搏传感器一般通过夹具固定在指尖处，在一定波长光源照射下，通过检测透过手指或反射回来的光强，间接测量人体的脉搏信号。压电式脉搏传感器利用压电效应，当压电材料发生形变时，将产生电荷，通过检测电荷的变化实现脉搏信号的检测。

为获取人体实时的脉搏信号且又不影响日常活动，可将脉搏传感器集成到服装中，实现可穿戴式的脉搏测量。上述两种传统的脉搏传感器体积较大，不易植入服装且影响穿着舒适性。为与服装相结合，织物型脉搏传感器的研制十分必要，对智能服装和可穿戴技术的发展具有重要意义。

织物型传感器是一种柔性传感器，本身为织物的形式，可作为服装的一部分，不易被人察觉，且具有良好的穿着舒适性。

发明专利201010287822.4公开了一种织物型压力传感器。该传感器采用“三明治”结构，中间层为利用导电纤维编织成的电阻型织物传感元件，上下两部分为硅胶基或硅胶-织物复合基的转换层。外部压力通过转换层使中间传感织物发生形变，影响其电阻变化。利用检测电路，通过检测中间织物电阻的变化可以得到外部压力。

发明专利201510209269.5也公开了一种织物电阻传感器。该传感器也为三层结构，中间层使用的纱线为聚苯胺复合导电纱线和氨纶单丝。织物的形变将导致中间织物电阻发生变化，通过检测该电阻的变化，从而实现外部压力和拉力的测量。

上述两种织物传感器均具有较好的服用舒适性，但中间层电阻型织物易受电磁干扰，且灵敏度受到后端电阻测量电路分辨率的限制。光纤传感器具有不受电磁干扰、灵敏度高、与纱线兼容可织入织物的特点，是织物型传感器的理想敏感元件。

发明专利201410745004.2和201410740824.2公开了一种用于脉搏、心音及呼吸信号检测的光纤光栅传感织物，为两层织物结构，主要包括脉搏敏感元件、内层织物和外层织物。光纤光栅压力敏感元件通过刺绣的方法固定在内层织物内侧，直接与腕部桡动脉上方皮肤接触。在敏感元件上方的内层和外层织物形成口袋，内置硬质塑料材料的外轮廓为弧面的填充物。脉搏压力的变化使敏感元件内部的光纤光栅发生轴向形变，导致其反射波长发生漂移，通过检测光纤光栅反射波长的漂移实现脉搏信号的检测。由于在两层织物间加入实心填充物，限制了压力敏感元件的形变幅度，导致脉搏检测的灵敏度较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术中存在的不足，提供一种基于多层复合织物结构的光纤脉搏传感织物及其服装。