一种用于测量衣的可穿戴纳米传感器及其测量系统的制作方法

本发明涉及可穿戴传感器技术领域，涉及一种用于测量人体参数的可穿戴纳米传感器及其测量系统。

背景技术：

虚拟现实技术是20世纪发展起来的实用性技术，结合传感器、电子信息、仿真技术于一体。其基于人体建模，借由传感器设备来实现操作者与虚拟人物动作的同步，通过计算机实现虚拟场景的生成，给予人一种真实的效果。其中，人体建模最重要的就是人体身体的数据。目前普遍的测量方式还是人工测量，不同的人或不同的测量工具都会产生不同的测量结果，并且过程十分的复杂，精度也不高。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种用于测量衣的可穿戴纳米传感器及其测量系统，设计了一种用于测量衣上的传感器，能嵌入到测量衣上，避免专业人士安装传感器。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于测量衣的可穿戴纳米传感器，包括：纳米纤维布料和穿织在纳米纤维布料上的若干并行的纳米纤维，所述纳米纤维布料由涂覆有聚四氟乙烯的纳米纤维编织而成，所述纳米纤维为涂覆有导电碳纳米管的纤维。

进一步的，所述纤维为用硝酸处理后的棉线。

本发明还提供了一种应用可穿戴纳米传感器的测量系统，包括若干用于测量衣的可穿戴纳米传感器、基底衣、采集系统和app软件，所述可穿戴应变传感器固定在基底衣各测量部位上，用于输出应变信息；所述采集系统用于采集可穿戴应变传感器的信息并进行处理；所述app软件用于显示测量信息以及信息存储。

进一步的，所述采集系统包括微处理器，所述微处理器与若干用于测量衣的可穿戴纳米传感器通过绝缘导电线连接。

进一步的，所述微处理器采用adafruitflora开发板，通过i2c连接至传感器。

本发明还提供了上述测量系统的测量方法，包括如下步骤：

(1)测量衣的标定步骤：将标准人体模型的身体数据作为标准，将测量衣穿到标题人体模型上，记录此时的电势差v0以及标准人体模型的身体参数，作为“0”基准；再将测量衣穿到不同身体参数的人体模型上，记录此时的电势差以及模型的身体参数；将记录的数据以电势差vi—形变δx为x-y轴制作曲线表，以最小二乘法进行曲线拟合；将标准曲线表保存至智能手机的app中，以便后续的测量计算以及结果显示；

(2)测量步骤：将测量衣穿到人体上，各个测量部位根据应变传感器的形变产生不同的电势差，待电势差稳定时，微控制器多路采集各个测量部位的压变传感器的电势差vi，经过前置电路处理电压信号，并通过蓝牙无线传送给智能手机app端；处理完后的数字信号送入app后，app计算电势差δv，与标准曲线表进行对比查找与电势差相应的形变δxi，计算实际的身体参数，最后通过app界面显示人体参数。

进一步的，所述前置电路包括滤波电路、放大电路、数模转换电路，滤波电路用于滤去噪声信号，放大电路；所述前置电路包括滤波电路、放大电路、数模转换电路，滤波电路用于滤去噪声信号，放大电路用于放大电压信号，数模转换电路用于将模拟信号转换成数字信号。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

本发明采用纤维交织而成的可穿戴传感器，可直接嵌入到测量衣里面，避免了需要专业人士进行传感器的安装。采用上述传感器的测量系统可输出人体参数，人体参数可用于健康提醒、规划，或可用于试衣系统，方便人们在挑选服装时选择合适自己的尺寸。

附图说明

图1为传感器结构原理图。

图2为人体测量部位示意图。

图3为测量流程图。

图4为app功能流程图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明提供的用于测量衣的可穿戴应变纳米传感器，其基本原理如图1所示，通过2根特制的纱线接触分离产生的电势差进行工作。棉线用硝酸处理以增加其亲水性，然后通过浸渍和干燥工艺将纳米碳管涂覆在棉线上，制成导电线作为传感器的纤维电极之一，用聚四氟乙烯(ptfe)涂覆另一根涂覆有导电碳纳米管的棉线，用作带有内部电极的摩擦电纤维。由于加捻两根纤维以构成传感器的接触面积过小，因此本发明在制备传感器时采用一维的棉线通过绣花形式镶嵌在二维的棉线制布料上来增大两者的接触面积。采用涂以聚四氟乙烯的棉线编制成布料，然后将另一种涂覆有导电碳纳米管的棉线以多根并行的排列方式绣在测量部位的布料上，最后将该布料固定在基底衣上。基底衣应采用具有弹性的绝缘材料制成，传感器布料与皮肤之间具有绝缘介质(如基底衣)，不直接接触皮肤。

本发明还提供了一种应用可穿戴纳米传感器的测量系统，包括可穿戴的应变纳米传感器，基底衣，采集系统和app软件。可穿戴应变传感器在测量部位负责输出应变信息；采集系统负责采集传感器的信息并进行处理；app软件负责显示测量信息以及信息存储。采集系统包括微处理器、前置电路、蓝牙无线传输。本例中，微处理器是adafruitflora开发板，通过i2c连接到传感器。

具体地说，传感器放置在人体各个测量部位，如图2深灰色部分，包括手臂，肩部，胸部，腰部，臀部，腿部。微控制器adafruitflora设置在腰部，传感器和微控制器adafruitflora通过基底衣中导电线的绣花电路连接，导电线外设置有绝缘层，除采用本发明中导电线外，也可以采用其他绝缘导电线路连接传感器和微控制器。传感器产生形变后向微处理器输出相应的电势差。其中，在电路路径之间引入更大的间隙，在组件之间引入短线，并使用绝缘的导电线连接彼此交叉，从而形成多层电路设计。微控制器通过蓝牙与智能手机进行无线通信。

在实际测量之前首先要进行测量衣的标定：将标准人体模型的身体数据作为标准，将测量衣穿到标题人体模型上，记录此时的电势差v0以及标准人体模型的身体参数，作为“0”基准。由于传感器是因为伸缩产生的电势差，因此在选择标准人体模型时，应选择较小的人体模型。再将测量衣穿到不同身体参数的人体模型上，记录此时的电势差以及模型的身体参数。将记录的数据以电势差vi—形变δx为x-y轴制作曲线表，以最小二乘法进行曲线拟合。将标准曲线图(表)保存至智能手机的app中，以便后续的测量计算以及结果显示。

测量步骤如图3所示。首先将测量衣穿到人体上，由于测量衣是属于紧身衣一类的服饰，因此测量衣会紧贴身体，各个测量部位根据应变传感器的形变产生不同的电势差，待电势差稳定时，微控制器多路采集各个测量部位的压变传感器的电势差vi，经过前置电路处理电压信号，并通过蓝牙无线传送给智能手机app端。其中，前置电路包括滤波电路、放大电路、数模转换电路，滤波电路滤去噪声信号，放大电路放大电压信号，数模转换电路负责将模拟信号转换成数字信号。处理完后的数字信号送入app后，app计算电势差δv，与标准曲线表进行对比查找与电势差相应的形变δxi，计算实际的身体参数(例，实际腰围l＝标准腰围l+腰围形变δxi)，最后通过app界面显示人体参数。

如图4所示，app实现如下功能：

1、记录人体一段时间内的身体参数，形成一张曲线表。该曲线表可作为后续对生活规划的参数表。同时app内将各体型下的健康人体参数制成一张曲线表供使用者参考，通过比较人体参数与人体健康参数，将偏离人体健康参数较多的人体参数整理后显示给使用者，同时app内有汇总各个部位改善的相关建议，结合之前偏离人体健康参数较多的人体参数，显示若干条建议，建议包括饮食选择、休憩时间安排、锻炼选择及安排，以及相关链接供使用者参考。使用者可选择建议制成一张生活规划的图表，并设置相应的提醒功能。

2、app内的记录人体参数的表可链接到vr软件中，结合人体各部位的参数生成相应的3d模型，供虚拟试衣使用，并将试衣的尺寸进行返回至app保存。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。