一种织物传感器设计方法及织物呼吸测量装置与流程

技术特征：

1.一种织物传感器设计方法，其特征在于，该设计方法包括以下步骤：

1)在镀银导电纱线通入交流电流时，镀银导电纱线的内部及其周围产生交变磁通；

2)如果磁路的导磁系数为常数，则与镀银导电纱线的磁链ψ和电流I呈线性关系，镀银导电纱线的自感L为：

$L=\frac{\mathrm{\ψ}}{I};$

3)当长度为l的镀银导电纱线通入电流时，镀银导电纱线的外部和内部均产生磁通，镀银导电纱线的自感也由内电感L_i和外电感L_e构成；

4)电流I沿镀银导电纱线的截面均匀分布，根据环路安培定律，以镀银导电纱线轴线为中心，x为半径的圆周作为积分路径，则：

式中，为距镀银导电纱线轴线x处的磁场强度；r为镀银导电纱线的半径；

5)得到距镀银导电纱线轴线x处的磁场强度为：

$\stackrel{\→}{H_x}=\frac{x}{2{\mathrm{\πr}}^2}I;$

6)镀银导电纱线的导磁系数为μ，则距镀银导电纱线轴线x处的磁感应强度B_x为：

$B_x=\mathrm{\μ}\stackrel{\→}{H_x}=\frac{\mathrm{\μ}xI}{2{\mathrm{\πr}}^2};$

7)在距镀银导电纱线轴线x处取一宽度为dx、长度为1的面积，则该磁通dφ_i为：

${\mathrm{d\φ}}_i=B_{x}dx=\frac{\mathrm{\μ}xI}{2{\mathrm{\πr}}^2}dx;$

8)磁通dφ_i所交链的镀银导电纱线匝数为即相应的磁链dψ_i为：

${\mathrm{d\ψ}}_i=\frac{{\mathrm{\πx}}^2}{{\mathrm{\πr}}^2}{\mathrm{d\φ}}_i=\frac{{\mathrm{\μx}}^{3}I}{2{\mathrm{\πr}}^4}dx;$

9)镀银导电纱线内部的总磁链为：

${\mathrm{\ψ}}_i=\underset{0}{\overset{r}{\∫}}\frac{{\mathrm{\μx}}^{3}I}{2{\mathrm{\πr}}^4}dx=\frac{\mathrm{\μ}I}{8\mathrm{\π}}=\frac{{\mathrm{\μ}}_{0}I}{8\mathrm{\π}};$

式中，对于非铁磁材料纱线的导磁系数μ≈μ₀；

10)镀银导电纱线单位长度的内电感L_i为：

$L_i=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{8\mathrm{\π}};$

11)镀银导电纱线的外电感L_e与镀银导电纱线外部磁链有关，从镀银导电纱线外一点来看，镀银导电纱线中的电流集中于纤维线的轴线上，取镀银导电纱线的轴线作为y轴，镀银导电纱线的一个端点作为原点，在镀银导电纱线外任取一点P(x,y)，根据毕奥-萨伐尔定律，在无限大均匀媒质中电流微段Idy₁在其附近的P(x,y)点所引起的磁感应强度dB为：

$dB=\frac{{\mathrm{\μIdy}}_{1}sin\mathrm{\α}}{4{\mathrm{\πd}}^2};$

式中，d表示此微段到P(x,y)点的距离，即：d²＝x²+(y-y₁)²；α表示该距离矢径和微段方向间的夹角，即：

12)当周围介质是空气时，μ＝μ₀，镀银导电纱线在P(x,y)点的磁感应强度为：

$B_P=\frac{{\mathrm{\μ}}_{0}I}{4\mathrm{\π}x}\[\frac{l-y}{\sqrt{x^2+{(l-y)}^2}}+\frac{y}{\sqrt{x^2+y^2}}\];$

13)镀银导电纱线外部的总磁链为：

${\mathrm{\ψ}}_e=\underset{r}{\overset{\mathrm{\∞}}{\∫}}{\mathrm{d\ψ}}_{e}dx=\frac{{\mathrm{\μ}}_{0}I}{2\mathrm{\π}}\[l\×ln\frac{l+\sqrt{r^2+l^2}}{r}-\sqrt{r^2+l^2}+r\]\≈\frac{{\mathrm{\μ}}_{0}Il}{2\mathrm{\π}}(ln\frac{2l}{r}-1);$

式中，l＞＞r；

14)镀银导电纱线每单位长度的外电感为：

$L_e=\frac{{\mathrm{\ψ}}_e}{Il}=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{2\mathrm{\π}}(ln\frac{2l}{r}-1);$

15)镀银导电纱线每单位长度的电感为：

$L=L_i+L_e=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{2\mathrm{\π}}\left(ln\frac{2l}{r}\right);$

16)镀银导电纱线的电感与镀银导电纱线的位置有关，当改变镀银导电纱线之间的距离时，镀银导电纱线的电感将随之发生改变，因此通过测量镀银导电纱线电感的变化量，进而获得呼吸信号和呼吸率。

2.一种织物呼吸测量装置，其特征在于：它包括织物传感器、信号接入线、谐振感应电路、引出线和信号调理电路；所述织物传感器一端与所述信号接入线连接，所述信号接入线另一端与所述谐振感应电路连接，所述织物传感器另一端与所述引出线一端连接，所述引出线另一端分别与所述谐振感应电路和所述信号调理电路连接。

3.如权利要求2所述的一种织物呼吸测量装置，其特征在于：所述织物传感器由弹性衬底、粘连扣和镀银导电纱线构成；所述弹性衬底的两端各设置有两个所述粘连扣，所述镀银导电纱线设置在所述弹性衬底上，所述镀银导电纱线一端与所述信号接入线一端连接，所述镀银导电纱线另一端与所述引出线一端连接。

4.如权利要求3所述的一种织物呼吸测量装置，其特征在于：所述弹性衬底由弹性材料构成，所述弹性衬底为120cm*6cm*2m。

5.如权利要求3所述的一种织物呼吸测量装置，其特征在于：所述镀银导电纱线以三角波形式设置在所述弹性衬底上构成可拉伸的织物电感。

6.如权利要求2或3所述的一种织物呼吸测量装置，其特征在于：所述镀银导电线纱线构成的三角波周期长度为4cm，所述镀银导电纱线以细度为1200D的尼龙为基底，含银量33％，电阻为4～6欧姆/厘米，屏蔽电磁频率为0.1MHz到30GHz，其屏蔽效果达到50dB以上。

7.如权利要求2所述的一种织物呼吸测量装置，其特征在于：所述谐振感应电路由第一电容、第二电容、第三电容和三极管构成；所述引出线分别与所述第一电容一端、所述三极管的基极和所述信号调理电路连接，所述第一电容的另一端分别与所述第二电容一端和所述第三电容一端连接，所述第二电容的另一端分别与所述信号接入线一端和所述三极管集电极连接，所述第三电容的另一端与所述三极管的发射极连接。

8.如权利要求2或7所述的一种织物呼吸测量装置，其特征在于：所述谐振感应电路采用谐振感应的方式输出振荡波形。