基于碳化钛抗氧化复合结构的湿度传感器及湿度检测装置

1.本实用新型涉及湿度监测装置，尤其涉及一种基于碳化钛抗氧化复合结构的湿度传感器及湿度检测装置。


背景技术：

2.人体呼吸包含着丰富的生理信息，呼吸频率、深度及呼吸节律的变化与运动健康以及疾病有着密切关联。对呼吸的日常监测可以作为辅助医疗信息对运动水平进行指导以及潜在呼吸疾病的早期预警。常见的呼吸监测通常是由大型呼吸机完成，呼吸监测只是其多项生理参数监测中的一项；专用的家庭式呼吸机仍然面临着使用不便、体积较大便携性差等缺点。人体的呼吸活动产生大量水分通过呼出气排出，与吸入气相比，呼出气能够显著提升口鼻周围环境的局部相对湿度，因而构建高性能的湿度传感器能够用于人体呼吸活动的监测。现阶段，基于金属氧化物或高分子材料的湿度传感器通常受制于较慢的响应速度和较低的灵敏度，不利于快速、湿度变化剧烈的连续监测，尤其是用于人体呼吸监测。二维材料由于其高比表面积及独特的电学调制特性，被广泛应用于新型的湿度传感器构建，但传统二维材料如石墨烯，二硫化钼等缺乏亲水基团，导致其对湿度响应的灵敏度不高，且二维材料的易降解性也是一个亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型实施例的目的施提供一种基于碳化钛抗氧化复合结构的湿度传感器及湿度检测装置，以至少解决现有存在的湿度传感器响应速度慢，灵敏度不足，稳定差的问题。
4.为了达到上述目的，本发明实施例所采用的技术方案如下：
5.根据本实用新型实施例的第一方面，提供一种基于碳化钛抗氧化复合结构的湿度传感器，包括：碳化钛湿度传感器，所述碳化钛湿度传感器包括激光雕刻石墨烯叉指电极、碳化钛/壳聚糖-槲皮素湿度敏感膜和柔性聚亚酰胺薄膜，所述柔性聚亚酰胺薄膜具有所述激光雕刻石墨烯叉指电极，所述碳化钛/壳聚糖-槲皮素湿度敏感膜沉积在所述激光雕刻石墨烯叉指电极上，所述碳化钛/壳聚糖-槲皮素湿度敏感膜由多层碳化钛薄膜与壳聚糖-槲皮素薄膜交替组装而成。
6.根据本实用新型实施例的第二方面，提供一种基于碳化钛抗氧化复合结构的湿度检测装置，包括：
7.碳化钛湿度传感器，所述碳化钛湿度传感器包括激光雕刻石墨烯叉指电极、碳化钛/壳聚糖-槲皮素湿度敏感膜和柔性聚亚酰胺薄膜，所述柔性聚亚酰胺薄膜具有所述激光雕刻石墨烯叉指电极，所述碳化钛/壳聚糖-槲皮素湿度敏感膜沉积在所述激光雕刻石墨烯叉指电极上，所述碳化钛/壳聚糖-槲皮素湿度敏感膜由多层碳化钛薄膜与壳聚糖-槲皮素薄膜交替组装而成；
8.无线湿度监测标签，与所述激光雕刻石墨烯叉指电极相连，用于检测所述碳化钛
湿度传感器的电信号；
9.移动终端，所述移动终端根据碳化钛湿度传感器产生的电信号，绘制湿度曲线。
10.根据以上技术方案，本发明的有益效果是：
11.1、使用激光雕刻技术在柔性聚亚酰胺薄膜上图案化激光雕刻石墨烯叉指电极，具有导电性好、轻薄、弯折性能良好和生产方便的特点，有利于柔性穿戴式检测系统的集成。
12.2、与其他基于二维材料的湿度传感器相比，尤其改善了传感器的抗氧化稳定性，具有同时兼顾高灵敏度，快速响应的优势，并将其应用于人体呼吸监测。
13.3、本实用新型基于柔性基底的无线湿度监测标签，用于检测碳化钛湿度传感器产生的电信号，通过低功耗蓝牙模块与移动终端进行无线数据传输，具有穿戴性好，设备轻薄体积小，方便使用的特点。
14.4、使用智能手机作为移动终端，用于动态跟踪人体呼吸曲线并分析呼吸参数，辅助判断使用者的运动或呼吸健康情况。
附图说明
15.构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附
16.图中：
17.图1是本实用新型实施例中一种基于碳化钛抗氧化复合结构的湿度传感器结构示意图；
18.图2是本实用新型实施例中碳化钛/壳聚糖-槲皮素湿度敏感膜示意图；
19.图3是本实用新型实施例中无线湿度监测系统示意图。
20.图4是本实用新型实施例中无线湿度监测标签与口罩结合用于呼吸监测示意图。
21.图中：碳化钛湿度传感器1、激光雕刻石墨烯叉指电极2、碳化钛/壳聚糖-槲皮素湿度敏感膜3、碳化钛膜31、壳聚糖-槲皮素膜32、柔性聚亚酰胺薄膜4、无线湿度监测标签5、恒流源6、电源管理模块7、低功耗蓝牙模块8、微处理器控制单元9、采样单元10、电极接口11、移动终端12、湿度曲线分析软件13、口罩14、外层纺粘布141、中层熔喷布142、内层纺粘布143。
具体实施方式
22.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
23.如图1和图2所示，本实施例提供一种基于碳化钛抗氧化复合结构的湿度传感器，包括：碳化钛湿度传感器1，所述碳化钛湿度传感器1包括激光雕刻石墨烯叉指电极2、碳化钛/壳聚糖-槲皮素湿度敏感膜3和柔性聚亚酰胺薄膜4，所述柔性聚亚酰胺薄膜4具有所述激光雕刻石墨烯叉指电极2，所述碳化钛/壳聚糖-槲皮素湿度敏感膜3沉积在所述激光雕刻石墨烯叉指电极2上，所述碳化钛/壳聚糖-槲皮素湿度敏感膜3由多层碳化钛薄膜31与壳聚糖-槲皮素薄膜32交替组装而成。
24.使用激光雕刻技术在柔性聚亚酰胺薄膜上图案化激光雕刻石墨烯叉指电极，具有
导电性好、轻薄、弯折性能良好和生产方便的特点，有利于柔性穿戴式检测系统的集成。与其他基于二维材料的湿度传感器相比，尤其改善了传感器的抗氧化稳定性，具有同时兼顾高灵敏度，快速响应的优势，并将其应用于人体呼吸监测。
25.如图1-4所示，本实施例还提供一种基于碳化钛抗氧化复合结构的湿度检测装置，包括：上述的碳化钛湿度传感器1、无线湿度监测标签5和移动终端12，所述无线湿度监测标签5与所述激光雕刻石墨烯叉指电极2相连，用于检测所述碳化钛湿度传感器1的电信号；所述移动终端12根据碳化钛湿度传感器产生的电信号，绘制湿度曲线。
26.上述移动终端12根据碳化钛湿度传感器产生的电信号绘制湿度曲线的过程为本领域的常规手段，另外还可以对湿度曲线进行峰计数、峰-谷值计算以及湿度上升/下降时间比等参数计算。
27.上述的参数能够反映人体呼吸的频率、深度以及节律变化，用于评价呼吸健康状况。所述的碳化钛湿度传感器能够快速响应呼出气中产生的湿度变化，因而能连续跟踪并产生与每一次完整呼吸对应的湿度峰，所述碳化钛湿度传感器的高响应能够反映不同呼吸深度产生的峰-谷差用于衡量每次呼吸的换气量，所述碳化钛湿度传感器的稳定灵敏变化能够快速跟踪呼气与吸气产生的湿度变化，湿度峰的上升/下降时间分别对应每次呼吸的吸气/呼气时间，便于分析呼吸节律。
28.针对上述的绘制湿度曲线以及对湿度曲线进行峰计数、峰-谷值计算以及湿度上升/下降时间比等参数计算，本领域技术人员可以将其制作成湿度曲线分析软件13，该制作为本领的常规手段。
29.本实施例中，所述无线湿度监测标签5包括恒流源6、电源管理模块7、低功耗蓝牙模块8、微处理器控制单元9、采样单元10和电极接口11，所述电极接口11将所述碳化钛湿度传感器1与无线湿度监测标签5相连，在恒流源激励作用下，所述微处理器控制单元控制所述采样单元对碳化钛湿度传感器的电信号采样，并经所述低功耗蓝牙模块与移动终端通信，电路工作由电源管理模块供能。所述无线湿度监测标签5的设计使用微型低功耗芯片，并使用最简化的电路模块设计，有利于减小所述无线湿度监测标签5的布局尺寸，同时保持所述无线湿度监测标签的整体弯折性能。另一方面降低芯片的总体能耗，在电源管理模块7的支持下能够长时间工作，便于连续监测呼吸。本实例中，上述电极接口可以采用fpc连接器，但不限于此；恒流源可以采用ad8605搭建，但不限于此；电源管理模块可以采用3.7v锂离子电池，去耦电路，但不限于此；低功耗蓝牙模块可以采用wh-ble103，但不限于此；微处理器控制单元可以采用msp430fr2632，但不限于此；采样单元可以采用ads1115，但不限于此；采用柔性印刷电路板技术加工无线湿度标签。
30.本实施例中，所述移动终端为智能手机。智能手机具有强大的运算能力和多种通用的无线通信方式，能够实时动态显示湿度曲线并分析参数。柔性湿度监测标签与智能手机的结合避免了大型分析仪器的使用，有利于实现现场快检和日常连续呼吸监测。
31.本实施例中，将碳化钛湿度传感器1与无线湿度监测标签5装配到口罩14的中层熔喷布142与内层纺粘布143之间，用于人体呼吸监测。口罩14作为常用的个人健康防护装备，与柔性的无线湿度监测标签5结合具有良好的普适性。一方面，口罩14增强了呼吸湿度监测装置的穿戴性，另一方面隔绝了外界环境湿度对呼吸湿度监测的干扰。碳化钛湿度传感器1与无线湿度监测标签5装配到中层熔喷布142内层纺粘布143之间，有利于避免传感器与皮
肤直接接触对监测结果的干扰，同时利用内层纺粘布143良好的透气性和吸湿性维持呼吸湿度监测结果的稳定性。
32.使用时，将碳化钛湿度传感器1与无线湿度监测标签5装配到普通口罩14的中层熔喷布142与内层纺粘布143之间。运行基于智能手机12的湿度曲线分析软件13，通过蓝牙配对与无线湿度监测标签建立无线数据传输通路，开始接受湿度检测数据，并实时绘制湿度变化曲线。在使用者处于静坐，深呼吸，运动，屏息等状态下分别进行人体呼吸监测，通过基于智能手机的湿度曲线分析软件实时作图，在状态结束时停止记录呼吸曲线，通过每分钟湿度峰计数计算呼吸频率；通过平均湿度峰-谷差计算呼吸深度，通过湿度上升/下降时间比计算吸气/呼气时间比等参数，得到人体呼吸监测结果。
33.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。