专利名称：人体温度检测智能服装的制作方法
技术领域：
本实用新型属于智能服装技术领域，涉及一种人体温度检测智能服装。
背景技术：
智能服装是一个新型领域，.它是微电子技术、新型传感器技术、现代通讯技术、智 能控制技术、纺织技术及其它相关新技术进行结合与交叉的产物。智能服装不仅能感知 外部环境或内部状态的变化，而且通过反馈机制，能实时地对这种变化作出反应。感知、 反馈和反应是智能服装的三大要素，另外它还具有穿着轻便、实时监测等特点，可以广 泛应用于医疗与卫生、军事与航天、娱乐与通讯、安全与保卫等领域，具有非常广阔的 应用前景。
智能服装的开发研究最早源于七十年代末，当时电子技术还比较落后，所以智能服 装的发展也十分缓慢，其体积庞大而累赘，且功能单一。因此智能服装的应用领域也受 到很大局限，主要应用在航空航天、军事军工等特殊行业领域。近几年来，随着电子技 术的发展，国外许多研究机构开始致力于智能服装的研发。
美国
美国杜邦公司已研究出具有传导性，可对电力、热或压力产生反应的新型纤维。这 些纤维已出现在部分布料中，它们可与电路结合，让衣服具备一些特殊的功能，如根据 电子指令改变衣料的颜色。
麻省理工学院的科学家则在研究如何将电子产品服饰化，即设法将手机、PC等电子 设备融入衣服中，他们和飞利浦去年合作推出了 "内置"手机和MP3播放器的智能服装。
美国Georgia理工学院的研究人员将光纤光栅传感器植入衬衣来探测心率的变化， 并希望根据光纤断裂后光输出信号的变化，来判断士兵受伤的部位和程度，美国Sensa Tex公司已对其进行产业化产生，并在此基础上进一步推出了可检査心跳、体温、呼吸并 计算穿着者燃烧卡路里数的智能服装，它甚至还会警告穿着者可能突发心脏病或出现中 暑。这种智能服装也适合老年人穿用，它可用来监视老人身体中各项重要信息，并在可 能出现造成危险的摔跌前发出警报，而服装中的全球定位系统更可测出重要病患所在地。
英国
英国萨里雷德希尔实验室的多学科研究小组通过将机织、手织和印花织物与新型导 电材料融为一体，所制作出的智能服装与普通衣服一样可以水洗。他们利用可以传导电 信号的材料研制出了一种可置于衬衫袖口或衣服口袋里的电话袖珍键盘，还在研究一种 可以装在上衣口袋里的移动电话。
比利时
比利时科学家正在研制一种集行动电话、电脑和身体监察器材于一身的智能服装， 这种智能衣服还能够运用人工智慧，依环境变化而调节其功能。
布鲁塞尔Starlab研究所正在研发的这种智能衣i-Wear,有多个功能层，内层设置 的感应器可测量心跳、血压和体温，监察穿者的健康情况，将来甚至可以评估穿者的情 绪。智能服装外层的感应器则可监察外部环境的光暗和嘈杂程度，作出相应调节，例如 在吵闹的环境中收到电话，便加大铃声；若身处安静的环境，如会议室，电话会自动调 低音量。
日本
日本Kanebo公司将螺毗喃类光敏物质包覆在微胶囊中，用印花工艺制成光敏变色织 物，这种织物在吸收波长为350-400nm的紫外线后，可由无色变成浅蓝或深蓝色。微胶 囊化可以提高光敏剂的抗氧化能力，从而延长寿命。采用这种技术产生的变色T恤衫已 供应市场，这类智能服装一般用于安全防护服和装饰性强的时装。
国内己见的有关智能服装方面的文献报道中，通常只是介绍国外在智能服装开发研 究方面的文献报道或综述文献报道。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种可实现对人体多点体温进行检测的智能服装，同时提 出一种该种智能服装的制作方法。本实用新型提供的智能服装，具有使用轻便，能够耐 受一定程度机洗的特点。
本实用新型的智能服装采用如下的技术方案
一种人体温度检测智能服装，包括设置于该服装上的宽带光源、耦合器、分布式光 纤光栅传感器、F-P可调谐滤波器、光探测器以及采用环氧树脂封装的集成电路部分，宽 带光源通过耦合器与分布式光纤光栅传感器相连，分布式光纤光栅传感器经耦合器后与 F-P可调谐滤波器相连；集成电路部分包括电源管理电路、微处理器、扫描电压电路、信 号调理电路，微处理器的输出接口与扫描电压电路相连，由扫描电压电路产生的扫描电
压信号加载在F-P可调谐滤波器的驱动端，F-P可调谐滤波器输出的光信号经光探测器接
收后产生的电信号通过信号调理电路被输入至微处理器。
上述的人体温度检测智能服装，在制成服装的面料中织入有光纤和导电纤维，宽带
光源、耦合器、分布式光纤光栅传感器、F-P可调谐滤波器之间采用光纤连接，F-P可调 谐滤波器的驱动端与集承电路部分之间以及光探测器与集成电路部分之间通过导电纤维 连接；集成电路部分的引脚与导电纤维之间通过导电粘合剂绑定。
本实用新型的智能服装采用分布式光纤光栅进行温度传感检测，具有使用轻便，能 够耐受一定程度机洗的特点，能够对人体温度进行实时检测，对于人体健康、SARS和目 前危害全球的禽流感检测具有特别重要的意义。另外，本实用新型的智能服装还可以应
用于军事与航天、娱乐与通讯、安全与保卫等领域，具有一定的经济效益。
图1分布式光纤光栅传感测量系统原理框图2可调光纤F-P滤波器检测的分布式光纤光栅解调方案框图3 (a)信号调理电路的上游部分；
图3 (b)信号调理电路的下游部分；
图4扫描电压电路。
具体实施方式
下面首先对分布式光纤光栅传感器的工作原理及工作过程进行介绍， 对于光纤光栅传感器的结构和工作原理，在许多文献中己经做了描述。根据光纤布 拉格光栅的耦合模理论，均匀非闪耀光纤布拉格光栅可将其中传输的一个导模耦合到另
一个沿相反方向传输的导模而形成窄带反射，峰值反射布拉格波长;^为
式中 #为导模的有效折射率，A为光栅周期。
引起&漂移的有多种因素，若只考虑温度r的影响，则&、 #、 A只是r的函数。 温度变化导致光纤光栅的热胀冷縮和折射率变化，它们所产生的布拉格波长位移可记为
义s ## ^
式中F—光纤的归一化频率；
《一材料的热光系数，即 #随温度的变化率；
a—热膨胀系数。
战
义丑
高光纤光栅温度灵敏度，对光纤光栅进行温度增敏封装，其波长变化为 A入=((a + ! ) + (1—Pe) (aZ—a) ) XAT=aTAT 式中aT —定义为该温度传感器的温度灵敏度，该温度灵敏度由波长一温度实验曲 线斜率获得；a—光纤光栅热膨胀系数；〖一光纤光栅热光系数；Pe —光纤有效光弹系 数；aZ —增敏材料热膨胀系数。
测量出波长变化即可计算出温度的变化AT= A入/aT。
分布式光纤光栅传感测量最大特点是属于波长编码类型，而非(光)强度测量类型。 分布式光纤光栅传感测量系统光路如图l所示，核心部分是波长分析器。 为了实现光纤传感技术的实用化与产业化，人们已提出了很多的解调方法，主要有 三大类，即滤波法、干涉法和可调光源扫描。本实用新型采用如图2所示为使用可调光 纤F-P腔滤波器检测的分布式传感器的方案。解调系统的解调原理是基于可调谐法布里 一珀罗腔(F-P解调)的工作原理。用于分布式光纤光栅传感信号解调的光纤F-P腔滤波器 实际上是一个压控的光带通滤波器。通常用压电陶瓷作为F-P腔腔长变化的驱动元件。 给压电陶瓷施加一个扫描电压，压电陶瓷产生伸縮，从而改变F-P腔的腔长，使透过F-P 腔的光的波长发生改变。通过探测器检测透射光强度，当探测器探测到最大光强时给压 电陶瓷施加的电压就对应着FBG的反射波长。这样给Bragg光纤光栅传感器注入光信号， 将从FBG传感器反射回来的光加到光纤F-P腔滤波器的输入端。通过给光纤F-P腔滤波 器的压控端加上一个三角形的扫描电压，则在光纤F-P腔滤波器的输出端即可得到一个 与输入光光谱相对应的时间域电信号。这些时域信号经过放大电路和比较电路的整形， 就得到了一系列的脉冲信号，在这些脉冲信号中加入一些固定波长和位置的标准脉冲信 号，那么这些脉冲信号中的各个脉冲对于标准脉冲的相对位置就包含了 FBG传感器反射 光的光谱信息。
经过PIN管光探测器光电转换得到的微弱电信号，需要通过信号调理电路进行进一 步的放大、调理，经过A/D采样后，由微处理器进行数字滤波等处理并存储。此部分电 路如图3 (a)和(b)所示。输入信号经U1、 U2放大后送入U3， U3进行A/D转换，输出 数据给微处理器进行数字滤波等处理并存储。本实用新型未给出微处理器及其外围电路， 实施本实用新型时，可根据精度要求，自行选择一种单片机或DSP。本实用新型实施例采 用的电路，利用外部A/D和D/A转换器，在实施本实用新型的时候，也可以采用带有内 部A/D和D/A转换器的微处理器。
扫描电压产生电路如图3所示。微处理器输出的数据经过U5D/A转换后变成模拟信 号，进一步放大后加到F-P腔滤波器(即U4)的4端，此信号同时经过反相器后加到F-P 腔滤波器的1端。
电源管理电路采用现有技术中的成熟的电路，为本实用新型的产生+5V、 -5V、 +3.3V、 +2.5V、 -2.5V等需要的工作电压。
分布于身体各部位的分布式光纤光栅传感器所采集的人体温度信息，在转换成电信 号并经过处理后送入微处理器中，微处理器可以据此获取人体多点部位的温度。多点体 温数据或体温平均数据可以通过液晶显示器输出，也可以通过与外部计算机通信的无线 或有线通信接口输出。
本实用新型采用包芯及包缠的方法将光纤和导电纤维制作成纱线，织造或针织时经 纬间隔分布排列织入面料中，在裁剪与缝制服装时接缝处采用同面料搭桥焊接，保证成 衣的身、袖、领信号畅通，为在任何处埋设传感器及芯片提供纵横导电纤维网络，且保 证其正常的耐用及服用性能，同时要经得起轻度的机洗。光纤光栅传感元件和集成电路 部分埋设在衣服相应位置并缝合固定，尽量不影响外观与使用，且操作方便。将所有线
路及器件全部集中在贴身服装的前片内，以尽量避免接缝处的线路连接问题。
导电纤维的纺纱、织造或针织加工采用包芯纱(导电纤维在纱芯)及包缠纱(导电 纤维在纱表面)的制作工艺，织造或针织(经纬或纵横间隔排列)工艺，保证纺纱与织 造顺利，且达到正常的布面效果。
导电纤维或光纤与集成电路部分或供电电池的连接采用多连接，以防止电路损坏、 折断、以及使用中连接处某根导电纤维或光纤断裂而影响正常工作。焊接虽然可以获得 良好的电子接触，但是传统焊接成分中的毒性使得它不适用，因为它直接和人体接触， 而且织物的柔软性被降低。最好选用导电性好、耐久性好、柔软性好的导电粘合剂进行 集成电路部分引脚和导电纤维的绑定。
服装的裁剪、缝制采用搭桥焊接及包缝的方法将裁断线路进行连接，且保证其正常 的耐用及服用性能，同时要经得起轻度的机洗。为保证集成电路部分正常的耐用及服用 性能，同时要经得起轻度的机洗，将集成电路部分埋设在服装下摆、袖口或领子等较厚 的地方，使加工制作和操作方便，且不影响穿着舒适性和洗涤，并对其采用高聚物进行 加固。
权利要求1.一种人体温度检测智能服装，包括设置于该服装上的宽带光源、耦合器、分布式光纤光栅传感器、F-P可调谐滤波器、光探测器以及采用环氧树脂封装的集成电路部分，宽带光源通过耦合器与分布式光纤光栅传感器相连，分布式光纤光栅传感器经耦合器后与F-P可调谐滤波器相连；集成电路部分包括电源管理电路、微处理器、扫描电压电路、信号调理电路，微处理器的输出接口与扫描电压电路相连，由扫描电压电路产生的扫描电压信号加载在F-P可调谐滤波器的驱动端，F-P可调谐滤波器输出的光信号经光探测器接收后产生的电信号通过信号调理电路被输入至微处理器。
2. 根据权利要求1所述的人体温度检测智能服装，其特征在于，在制成服装的面料中织 入有光纤和导电纤维，宽带光源、耦合器、分布式光纤光栅传感器、F-P可调谐滤波 器之间采用光纤连接，F-P可调谐滤波器的驱动端与集成电路部分之间以及光探测器 与集成电路部分之间通过导电纤维连接。
3. 根据权利要求2所述的智能服装的制作方法，其特征在于，集成电路部分的引脚与导 电纤维之间通过导电粘合剂绑定。
专利摘要本实用新型涉及一种人体温度检测智能服装，包括设置于该服装上的宽带光源、耦合器、分布式光纤光栅传感器、F-P可调谐滤波器、光探测器以及采用环氧树脂封装的集成电路部分，宽带光源通过耦合器与分布式光纤光栅传感器相连，分布式光纤光栅传感器经耦合器后与F-P可调谐滤波器相连；集成电路部分包括电源管理电路、微处理器、扫描电压电路、信号调理电路，微处理器的输出接口与扫描电压电路相连，由扫描电压电路产生的扫描电压信号加载在F-P可调谐滤波器的驱动端，F-P可调谐滤波器输出的光信号经光探测器接收后产生的电信号通过信号调理电路被输入至微处理器。本实用新型的智能服装具有使用轻便特点，能够对人体温度进行实时检测。
文档编号A61B5/01GK201189172SQ20082007469
公开日2009年2月4日 申请日期2008年5月8日 优先权日2008年5月8日
发明者诚 张, 李鸿强, 瑞 王, 苗长云 申请人:天津工业大学