[发明专利]湿度和应变协同敏感的柔性织物呼吸传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种湿度和应变协同敏感的柔性织物呼吸传感器，属于呼吸传感器技术领域，包括柔性织物基体，柔性织物基体外包覆有对应变信号和湿度信号有同向响应的应变湿度敏感层且形成织物传感器，织物传感器上电连接有数据采集器，织物传感器上固定连接有口罩；该柔性织物呼吸传感器具有柔性好、灵敏度高、抗干扰能力强、响应时间短、循环稳定性及耐久性好等特性，能够稳定高效地捕捉人体的呼吸信号，实现呼吸信号的实时监测。

技术领域

本发明涉及呼吸传感器技术领域，尤其涉及一种湿度和应变协同敏感的柔性织物呼吸传感器及其制备方法。

背景技术

目前用于实现呼吸监测的传感器主要有四种类型，分别为热敏型，湿敏型，腹式应变电阻型以及呼吸面罩压差型。第一类是热敏式传感器，通过呼吸引起的温度变化引起电信号的变化来监测呼吸信号；第二类是湿敏式传感器，通过呼吸引起的湿度变化来监测呼吸信号；第三类是采用系在胸腹部外围的弹性应变电阻带，通过呼吸引起的腹腔收缩导致的电阻变化来监测呼吸信号；第四类是压差式传感器，通过呼吸引起的气压变化来监测呼吸信号。以上各式通过单一物理量进行呼吸监测的呼吸传感器都存在着不同的缺点与不足：第一种热敏式传感器和第二种湿敏式传感器结构简单但信号很容易受环境温度湿度影响，第三种弹性应变电阻带容易受到其他人体活动的影响，检测精度有限，且一般都有较大的零点漂移，第四种传感器需要使用呼吸面罩等笨重设备，佩戴不方便，只适合特殊场景的应用。

人体呼吸本身就是一个复杂的多种物理信号的集合，仅针对其中某一物理量进行提取难免会出现弊端。同时采集呼吸产生的多种信号则可以轻易避免其中诸多问题，例如易受外界类似信号干扰等。

湿度和应变是呼吸产生的较为明显的两个物理信号，现有的呼吸传感器有相当一部分都是围绕湿度监测或应变监测设计的。已有的基于湿度或应变敏感型的呼吸传感器体现了自身一定程度的优越性，但是其存在不可忽视的弊端与不足在前文已经说明，最突出的便是易受类似物理信号的干扰，导致监测精度降低。

发明内容

基于上述现有的对单一物理信号的检测来实现对呼吸频次监测，存在容易受外界类似信号干扰的技术问题，本发明提供了一种湿度和应变协同敏感的柔性织物呼吸传感器。

本发明采用的技术方法如下：一种湿度和应变协同敏感的柔性织物呼吸传感器，包括柔性织物基体，柔性织物基体外包覆有对应变信号和湿度信号有同向响应的应变湿度敏感层且形成织物传感器，织物传感器上电连接有数据采集器，织物传感器上固定连接有口罩。

本发明的有益效果或工作原理为：采用双重敏感机制，通过对呼吸气流产生的应变和湿度变化引起的电信号的监测以实现对呼吸频次更加稳定的监测；具体地，在呼气过程中，柔性织物基体发生拉伸形变，伴随着高湿度的呼气附着在应变湿度敏感层上，使应变湿度敏感层的电阻降低；伴随着吸气过程，柔性织物基体拉伸形变恢复，较为干燥的空气被吸回，高湿气体在应变湿度敏感层表面解吸附使得其电阻值恢复，从而产生电阻信号，电阻信号随着呼吸过程有规律的变化进而实现呼吸频率的监测。

该柔性织物呼吸传感器轻便易携，便于穿戴，成本低廉，性能优异，在个人医疗监测、人体运动监测、人机互动、虚拟现实娱乐技术等方面表现出广阔的应用前景。

该柔性织物呼吸传感器具有柔性好、灵敏度高、抗干扰能力强、响应时间短、循环稳定性及耐久性好等特性，能够稳定高效地捕捉人体的呼吸信号，实现呼吸信号的实时监测。

进一步限定，所述柔性织物基体由聚酯纤维制成。

聚酯纤维具有延展性、弹性、便携性和大规模集成性等优良的特征性能，且对环境友好、成本低廉，因此可以降低柔性织物呼吸传感器的制造成本以及对环境的污染。

进一步限定，所述应变湿度敏感层由还原氧化石墨烯或聚吡咯制成。

还原氧化石墨烯或聚吡咯的价格低廉且对环境友好，来源广泛，有利于降低柔性织物呼吸传感器的制造成本以及对环境的污染。