[发明专利]多功能传感集成的柔性织物基传感器及其应用

说明书

本发明提供了一种多功能传感集成的柔性织物基传感器及其应用。所述多功能传感集成的柔性织物基传感器由三种不同传感功能纱线分别构成的三套相互独立的经纱和纬纱系统通过机织技术相互交织而集成得到；所述三套相互独立的经纱和纬纱系统分别为由压力传感功能纱线构成的经纱和纬纱系统、由温度传感功能纱线构成的经纱和纬纱系统、由湿度传感功能纱线构成的经纱和纬纱系统。本发明从纤维‑纱线‑织物三个结构维度构筑多功能传感器，用以实现压力、温度和湿度的大面积精确传感功能，具有优异的柔性和抗干扰性能，经过抗干扰处理，能准确对不同信号进行独立传感并进行信号的集成。该传感器在可穿戴柔性电子器件等领域具有巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及柔性传感器制备技术领域，尤其涉及一种多功能传感集成的柔性织物基传感器及其应用。

背景技术

可穿戴柔性电子器件，因其柔性、轻质、低廉、便携等特性，被广泛应用于人体运动及健康的实时监测、人机交互等多个领域。但目前仍存在灵敏度及响应速度较低、检测下限较高、检测范围较窄等问题，器件基础性能仍有待提高。在实际应用过程中，其亦存在稳定性、抗环境干扰能力不高，规模化生产困难等挑战。要解决这些问题，设计并制造出性能优异且多功能传感集成的材料体系以及合理的传感器结构最为关键。

柔性织物基传感器因其能有效模拟人体皮肤的特点去感知并对外界环境的刺激做出响应而成为智能纺织品及可穿戴柔性电子器件领域的研究重点。其中，电容式传感器因具有高灵敏度、快速响应、组装简单和能耗低等特点而具有很好的应用前景。但是现有研究中的技术瓶颈一直制约着电容式压力传感器的进一步发展，主要为传感功能单一且难以实现多信号传感、传感精度易受环境(温度、湿度)变化的影响、介电材料的极化效率低等，制约着电容式传感器的传感稳定性和精确性，不能很好地满足实际服用需求。

申请号为CN201811051552.X的发明专利公开了一种基于纳米纤维包芯纱的电容式传感器及其制备方法。该电容式传感器包括复合纱编织成的织物，在织物的每一个交织点形成一个传感单元，所述的复合纱包括弹性长丝和包芯纱，包芯纱螺旋缠绕在弹性长丝表面，所述的包芯纱包括纳米纤维皮层和芯纱，纳米纤维皮层通过共轭静电纺纱包裹在芯纱上。织物的每一个交织点处上下两根包芯纱的高传导的芯电极作为上下传导电极，纳米纤维皮层作为介电层。该电容式传感器性能优良，可以测量多种机械外力以及对湿度和无接触模式均有优异的传感功能。但是该传感器存在功能单一的缺陷，该传感器并未将温度导致的材料体积变化对信号的干扰纳入到考虑范围，即温度会极大干扰检测到的压力信号的准确性。此外该传感器未进行织物疏水处理，因此并不能满足传感器长时间复杂的工作环境。因此该传感器长期在温度、湿度变化明显的现实应用场景中，效果会大打折扣。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具备优异柔性、抗干扰性能和大面积多信号传感性能的多功能传感集成的柔性织物基传感器及其应用。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种多功能传感集成的柔性织物基传感器。所述多功能传感集成的柔性织物基传感器由三种不同传感功能纱线分别构成的三套相互独立的经纱和纬纱系统通过机织技术相互交织而集成得到；

所述三套相互独立的经纱和纬纱系统分别为由压力传感功能纱线构成的经纱和纬纱系统、由温度传感功能纱线构成的经纱和纬纱系统、由湿度传感功能纱线构成的经纱和纬纱系统；

所述压力传感功能纱线、所述温度传感功能纱线、所述湿度传感功能纱线的末端均设有采集电极，用于采集所述压力传感功能纱线、所述温度传感功能纱线、所述湿度传感功能纱线两端的信号以及经纱与纬纱的交叉点的信号，且所述压力传感功能纱线、所述温度传感功能纱线、所述湿度传感功能纱线均经过抗干扰处理，以减小压力、温度和湿度信号的相互干扰，实现压力、温度和湿度信号的识别和检测。