[发明专利]一种基于压电-热电收集的自供电便携式智能口罩

说明书

本发明公开了一种基于压电‑热电收集的自供电便携式智能口罩，包括呼吸监测模块、无线传输模块、微型控制单元、口罩本体以及用于提供电能的自供电模块，其中，自供电模块及呼吸监测模块均固定于口罩本体的内侧，且自供电模块及呼吸监测模块正对携带者的口鼻，自供电模块经微型控制单元与呼吸监测模块相连接，呼吸监测模块与外界设备相连接，该口罩采用自供电方式对人体呼吸参数进行检测。

技术领域

本发明属于能量采集、供能以及传感器测量技术领域，涉及一种基于压电-热电收集的自供电便携式智能口罩。

背景技术

截至今天，新冠肺炎已是在194个国家与地区快速传播的大流行病。在全球疫情依旧如此严峻的情况下，口罩的重要作用自然不必多说，因为这次的新冠病毒有一个十分关键的传播途径——飞沫传播，在我们的日常生活中，口罩的佩戴已经成为了生活中的一部分。但目前口罩仅仅是口罩，完成其阻止飞沫传播过滤各种颗粒物等本职工作。

另一方面，通信技术与传感器制造技术的快速发展，使得无线传感网络广泛地应用于各类对象的监控检测中，传统的电池供电系统供能有限，维护成本较高，而能量采集技术为这一问题提供了良好的解决方案。能量采集技术也能够将人体的相关能量转换为电能，为应用于人体的可穿戴传感器设备进行供电，实现自主式供电的智能穿戴设备。

结合疫情环境下不可或缺的口罩以及可穿戴传感器的发展，基于人体基本代谢活动完成自供电来检测人体呼吸健康状态的智能口罩有着十分广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于压电-热电收集的自供电便携式智能口罩，该口罩采用自供电方式对人体呼吸参数进行检测。

为达到上述目的，本发明所述的基于压电-热电收集的自供电便携式智能口罩包括呼吸监测模块、无线传输模块、微型控制单元、口罩本体以及用于提供电能的自供电模块，其中，自供电模块及呼吸监测模块均固定于口罩本体的内侧，且自供电模块及呼吸监测模块正对携带者的口鼻，自供电模块经微型控制单元与呼吸监测模块相连接，呼吸监测模块与外界设备相连接。

所述呼吸监测模块包括信息采集模块、第一柔性压电式力传感器及第一柔性热电偶式温度传感器，信息采集模块的输入端与第一柔性压电式力传感器及第一柔性热电偶式温度传感器相连接，信息采集模块的输出端与外界设备相连接，信息采集模块的控制端与微型控制单元的输出端相连接。

所述自供电模块包括热电/压电能量储存单元、阵列式柔性压电式力传感器及阵列式柔性热电偶式温度传感器，阵列式柔性压电式力传感器的输出端及阵列式柔性热电偶式温度传感器的输出端与热电/压电能量储存单元相连接，热电/压电能量储存单元的输出端与微型控制单元的电源接口相连接，热电/压电能量储存单元的控制端与微型控制单元的输出端相连接。

信息采集模块的控制端与外界设备通过无线传输模块相连接，热电/压电能量储存单元的输出端与无线传输模块的电源接口相连接。

所述外界设备包括手机APP及5G云医疗平台。

第一柔性压电式力传感器、第一柔性热电偶式温度传感器、阵列式柔性压电式力传感器中的各第二柔性压电式力传感器及阵列式柔性热电偶式温度传感器中的各第二柔性热电偶式温度传感器均为叠层式复合结构。

第一柔性压电式力传感器及第二柔性压电式力传感器内压电薄膜层的材质均为锆钛酸铅或聚偏氟乙烯。

第一柔性热电偶式温度传感器及第二柔性热电偶式温度传感器中热电薄膜层的材质为氧化铟锡或氧化铟。

第一柔性压电式力传感器及第二柔性压电式力传感器内的上电极及下电极均为铜电极。

第一柔性压电式力传感器、第二柔性压电式力传感器、第一柔性热电偶式温度传感器及第二柔性热电偶式温度传感器的柔性基底均为聚酰亚胺或聚二甲基硅氧烷。

本发明具有以下有益效果：