一种针织结构柔性可拉伸温度传感器的制作方法

本发明涉及温度传感器技术领域，特别是涉及一种针织结构柔性可拉伸温度传感器。

背景技术：

人体基本生理信号包括温度、心电、呼吸和血压等，其中温度生理信号在健康护理中起着举足轻重的作用。人体通过调节其皮肤不同部位的温度，来实现和环境的热交互和传递。通过对人体体温进行实时连续监测，不仅能判断被测试者是否有发烧发热，还可以对测得的数据处理和分析，为人们的日常生活、疾病的诊断及治疗提供更多指导。例如为备孕期的女性提供受孕时间的指导，増加受孕的机率；为特殊病人提供特定的用药治疗方案；手术过程中和手术结束后的生命监护；康复期预防感染；老人及婴幼儿的家庭健康监护等。

目前，温度传感器的研究现状是：临床上通常通过测量包括口腔、直肠、腋窝、耳朵、鼓膜、鼻咽、腹股沟、额头、食道、肺动脉、膀胱、以及阴道和拇指在内的13个部位的温度来代表生理学中的体温。在慢性疾病中，皮肤温度显得比体内温度更为重要，因为皮肤温度的分布，在很大程度上反映了机体局部血流量的不同，例如，皮肤血管收缩时，皮肤温度下降，反应了皮肤血流量的减少。皮肤温度的测量可通过分布在人体身上的温度传感器来实现，即将15个温度传感器分布在人体的头部、胸部、后背、胃部、臀部、左(右)上肢、左(右)下肢等处。根据使用目的的不同，已设计制造出多种温度计。其设计的依据有：利用固体、液体、气体受温度的影响而热胀冷缩的现象；在定容条件下，气体(或蒸气压强因不同温度而变化；热电效应的作用；电阻随温度的变化而变化；热辐射的影响等。目前的温度传感器有玻璃温度计、热电偶式、电阻式、电容式、二极管/三极管、相变式、以及非接触式的红外线测温仪等。这些测温仪大都以坚硬的材质组成，缺乏柔性、舒适性等特点，不能满足长期监控人体皮肤温度的要求。为此，国内外学者依赖于柔性导电复合材料(如石墨/硅胶和碳纳米管复合材料等)。根据其导电性与温度的关系，制备了一系列的柔性电阻式温度传感器。另外，也有一些柔性基的热电偶式、电容式、二极管/三极管、薄膜电化学温度传感器等。但是，它们在灵敏性、温度响应时间、环境的稳定性、以及多点测量中存在很大问题。

基于织物的温度传感器具有透气、柔软、可拉伸及可洗涤的优点，因此很适用于可穿戴移动式体温监测设备。现阶段，主要利用已有的温度传感器，将其嵌入到织物中实现织物传感器，其制备方式有：缝合在织物衬底上、通过复杂的织物组织将其包覆在织物中、或者以纱线的形式织入织物中。例如专利cn104264315a公开了温度传感器嵌入织物的方法，其具体采用双层织物的织造方法，利用双层织物将温度传感器包覆在双层部分，它可以将温度传感器较好的织入织物中，并且双层织物的纬纱为高收缩涤纶长丝，经热处理后可以牢固地包覆在织物中。但是这种包覆的方法使温度传感器不能接触到皮肤，对体温测量结果的精度产生影响，另外，现有温度传感器的质地坚硬等特征无法改变。因此，开发透气、柔性、大变形、耐洗涤、耐疲劳、灵敏度高且可精确测量体温的织物基温度传感器非常有意义。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种针织结构柔性可拉伸温度传感器，能舒适地紧密贴合人体或生物体表，实现长期、实时监测人体温度的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种针织结构柔性可拉伸温度传感器，包括基体，所述基体为针织面料，通过针织技术将温敏纤维集成到基体中。

所述温敏纤维通过经编或纬编的针织方法集成到基体中。

所述温敏纤维通过针织技术以三维线圈的形式集成到基体中。

所述针织面料为纬编结构或经编结构。

所述针织面料为纤维材料。

所述纤维材料为天然纤维材料或化学纤维材料。

所述温敏纤维由金属材料、导电高聚物或涂层的导电纤维制成。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明可将温敏纤维以三维线圈的方式集成到针织面料中，制备的温度传感器具有高度可靠性、机械柔韧性、可拉伸性及可洗涤性，能舒适地紧密贴合人体或生物体表，实现长期、实时监测人体温度的目的。作为可穿戴温度生理监控装置，不仅对慢性疾病患者以及潜在危险人群有显著治疗和提早预防的作用，也可用于健康以及亚健康人群的基本日常生活健康护理中，尤其适用于对老人和孩子的健康监护。

附图说明

图1是实施例1的结构示意图；

图2是实施例2的结构示意图；

图3是实施例3的结构示意图；

图4-图6是实施例4的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种针织结构柔性可拉伸温度传感器，包括基体，所述基体为针织面料，通过针织技术将温敏纤维集成到基体中。其中，所述温敏纤维可以通过经编或纬编的针织方法集成到基体中，可借助于任意圆机、横机、经编机、袜机等将所述温敏纤维以三维线圈的形式集成到基体中。

所述针织材料包括纬编、经编等任意结构，如纬平针、罗纹、双罗纹、双反面、编链、经平、经缎、衬纬、衬垫、集圈等。所述针织材料为纤维材料，包括任意天然纤维和化学纤维，如棉、毛、蚕丝、人造丝、聚酯、聚酰胺和由嵌段共聚物制成的聚氨酯弹性纤维等。

所述温敏纤维的阻值随温度的变化而变化，可以由金属材料、导电高聚物或涂层的导电纤维制成。其中，金属材料可以是镍丝、铂丝、铜丝等；导电高聚物可以是炭黑/硅胶复合材料、石墨/硅胶复合材料、碳纳米管复合材料、聚吡咯/硅胶、pedot:pss等；涂层的导电纤维可以是银/尼龙纤维等。

下面通过几个实施例来进一步说明本发明。

实施例1：针织结构柔性可拉伸温度传感器

以镍丝(直径：25μm,盐城宇恒电热科技有限公司)为温敏纤维，利用电脑控制的横机(机号:14)将其以线圈的形式与聚酰胺和弹性纤维相互串套形成衬纬组织结构的柔性可拉伸温度传感器(图1)，其中，黑色纱线为温敏纤维，其余为基底。借助于弹性纤维良好的拉伸回复性，该温度传感器有良好的拉伸和反复拉伸的机械性能。该温度传感器的灵敏度约为0.006℃^-1，与普通镍丝的灵敏度一致。

实施例2：可洗涤织物温度传感器

温敏纤维的选择：选用金属纤维铂丝(直径：20μm,上海凯泰仪表有限公司)，其电阻随温度的变化而变化，且近似线性关系，即即ρ＝ρ0(1+αt)，式中，t为某时刻摄氏温度，ρ0为铂丝纤维在0℃时的电阻率，α为材料的电阻温度系数(表示当温度变化1℃时，材料电阻值的相对变化)，ρ为材料在t℃时的电阻率。

柔性温度传感器的制备：采用针织技术，将金属纤维以三维线圈的形式集成到任一结构的针织面料中，如平纹组织(图2)，其中，黑色纱线为温敏纤维，其余为基底。

柔性温度传感器的洗涤测试：制备的针织结构温度传感器，在多次洗涤后，其温度系数为0.0036℃^-1，与初始温敏系数一致。

实施例3：

提供一种经平组织结构的针织基柔性温度传感器。以铜丝(直径：50μm,上海金恒超细漆包线有限公司)为温敏纤维，利用电脑控制的横机(机号:14)将其以线圈的形式与聚酰胺相互串套形成经平组织结构的针织结构温度传感器，如图3所示，其中，黑色纱线为温敏纤维，其余为基底。

实施例4：

提供一种针织基柔性温度传感器。以银涂层的尼龙纤维(直径：200d,厦门嘉联恒进出口有限公司)为温敏纤维，利用电脑控制的横机(机号:14)将其以线圈的形式与聚酯相互串套形成任意针织结构的柔性可拉伸温度传感器，如经缎组织(图4)、集圈组织(图5)和衬垫组织(图6)等，其中，黑色纱线为温敏纤维，其余为基底。