具有整体式柔性信息结构的织物或服装的制作方法

专利名称：具有整体式柔性信息结构的织物或服装的制作方法
发明的背景1、发明的领域本发明涉及织物或服装，该织物或服装包括用于收集、处理、发射、和接收信息的整体的内部结构。
2、技术背景在此之前，已经进行了许多努力，其目的在于产生包含用于监视穿衣人的状态(如EKG-心电图)的电极或包含用于电磁屏蔽的导电纤维的织物或服装。例如，授予Lowe的美国专利第4668545号和授予Dordevic的美国专利第5103504号公开的织物就包括用于电磁屏蔽和用于保护穿衣人不受磁辐射作用的纤维。
授予Granck等人的美国专利第4580572号公开的服装用于传送和接收电脉冲，这种服装可以包含针织或编织成布的一种导电介质，编织成布的导电丝，或编织成非导电布的导电布。
然而，这些专利没能公开包含任何一种纺织纤维形式的信息结构部件，这种信息结构部件可以包括用于检测织物的穿透性的织物穿透性检测部件，或者包括用于收集或检测该织物的穿衣人的物理状态的织物导电部件，并且这种信息结构部件可以是耐穿用的，并且可以按照和常规布料相同的方式手洗。
因此，需要一种具有整体式信息结构的织物，这种织物可包含在可穿用的服装内，或者将其制作成可穿用的服装，并且这种织物包括一个柔性结构，用于收集、处理、发射、和接收关于服装的穿衣人的信息。本发明的一个方面涉及的正是提供这样一种具有一个整体式信息结构的织物或服装。
发明的概述因此，本发明的一个目的是提供一种可加入服装内或可加工成服装的织物，这种织物包括智能能力例如监视一个或多个物理状态(例如人体生命信息)和/或纤维的穿透性的能力。
本发明的另一个目的是提供一种可穿用的织物，它包括用于提供这种智能能力的一个柔性信息结构。
本发明的一个附加的目的是能够提供一种全成形的服装和制作这样一种服装的方法，所说的全成形服装可包括智能能力，例如监视一个或多个人体生命信息和/或纤维的穿透性的能力。
本发明的织物是一种编织或针织的圆筒形织物，或是一种编织或针织的两维的织物，其中包括用于收集、处理、发射、和接收信息的一个柔性结构。这种织物可设有信息收集和处理装置，用于监视穿衣人的一个或多个物理状态，并且用于监视穿透性。物理状态可包括人体生命信息(如心率或心电图、脉搏、和体温)，过敏反应(例如对于蜜蜂叮刺的过敏性反应)，和声音。该织物包括一个基本织物(“舒适织物“)和至少一个信号发送部件。在一个实施例中，信号发送部件可以是一个穿透性检测部件，或是一个导电材料部件，或者两者兼有。优选的穿透性检测部件是一个带护套的塑料光纤(POF)。优选的导电部件是具有导电的无机颗粒并用PVC护套绝缘的一种掺杂的尼龙纤维，绝缘的不锈钢纤维，或具有聚乙烯护套的薄规格的铜丝。优选地，穿透性检测部件和导电部件都具有纺织纤维的特性。所谓的纺织纤维，我们意指一个单位的物质，它的特性是具有在纺织领域应用所需的柔性、精细性、高的长度与厚度之比、高的温度稳定性、和某个最小的强度和延伸性。任选地，织物可以包括形状配接部件(如Spandex纤维)或静电消散部件(如NegaStat)，这取决于需要和应用场合。每一个这样的部件都可整体式地结合在本发明的织物中，借此可将其加入到可穿用的智能织物中，或者将其制作成这种可穿用的智能织物。
“圆筒形”编织的织物可使用塑料光纤(POF)、或使用导电纤维、或者使用这两者制成。POF除其它外具有如下所述的两种主要功能(1)有助于检测轰击粒子的穿透性；和(2)起“数据总线“或“母板“的作用，向/自与其连通的其它设备传输信息。这些功能可一起使用，或者单个使用。导电纤维有助于携带来自于传感器(装在人体上或动物体上，或放入织物结构内)的信息至监视设备上以监视心率、脉搏、声音、和/或其它期望的人体物理性质。于是，本发明将产生一种柔性的可穿用的信息结构，这种信息结构便于设备的“介入“，利用下面要描述的导电纤维的相互连接来收集/处理有关穿衣人的信息。不加入POF和导电纤维这两者，则织物或服装可以只加入导电纤维而不加入POF，或者只加入POF而不加入导电纤维，这取决于期望的最终应用场合。POF的数量、长度、和间距(螺距)都可变化以适用于期望的最终应用的需要。类似地，导电纤维的数量、长度、和间距(螺距)都可变化以适用于期望的最终应用的需要。
通过任何适当的接合技术，例如通过用尼龙搭扣、开口环、拉链、钮扣、和类似物进行缝合、粘结、或者固定，可把这种织物“筒“整体式地构成一种服装结构，例如衬衫或短袖圆领衫。可用下述的相互连接技术把接插件固定到织物上。可把传感器加入织物内，和/或安装在人或动物的身上，并且插入放在织物内的接插件上。可用传感器监视一个或多个身体物理信息，如生命信息。因此，本发明的织物或服装可用作信息处理的有用的柔性信息结构。
在本发明的另一个实施例中，POF和/或导电纤维可用于针织一个圆筒，将这个圆筒以类似的方式整体式地构成在一个常规的针织服装内，从而产生这个结构的另一种变型。
在本发明的下一个实施例中，把POF和/或导电纤维编织或针织入一个普通的两维织物。通过任何适当的接合技术，例如通过用尼龙搭扣、钮扣、拉链、和类似物进行缝合、粘结、或者固定，把这个织物片“整体式地构入“一个三维的服装结构，例如一个短袖圆领衫或衬衫。通过适当地接进合适的导电纤维，将产生所需的监视能力。按另一种方式，POF可用作“数据总线“，以代替(或省去)导电纤维用于各种应用场合。
从我们的发明在这里的描述可以看出，提供了一种织物，可将其加入一个可穿用的服装内或将其制作成可穿用的服装，该织物包括一个整体式柔性结构，用于收集、处理、发射、和接收有关这种服装的穿衣人(但不限于此)的信息，因此可用作一个信息结构或“可穿用的母板“。在结合附图阅读了下面的说明书和权利要求书后，本发明的这些目的和其目的都将变得更加清楚明白。
附图简述

图1是一件服装的前视图，其中已经加入了本发明的整体式信息结构。
图2是一件服装的另一种变型的前视图，其中已经加入了本发明的整体式信息结构。
图3表示一件服装的一部分，其中包括按照本发明的一个实施例的整体式信息结构。
图4表示一件服装的一部分，其中包括按照本发明的第二实施例的整体式信息结构。
图5表示一件服装的一部分，其中包括按照本发明的第三实施例的整体式信息结构。
图6表示一件服装的一部分，其中包括按照本发明的第四实施例的整体式信息结构。
图7表示包括制作在可穿用的服装内的信息结构下一个实施例。
图8表示在图7的服装内的传感器的分布。
图9表示本发明的另一方面，即，在要本发明的优选实施例的织物中的交叉的导电纤维的相互连接。
图10表示加入了本发明的织物的一件服装，在织物上利用图9的相互连接技术把一个T型接插件连接到导电纤维，并且一个EKG传感器已经固定到织物上。
图11表示按照本发明利用T型接插件整体式构成的具有一个温度传感器和拾音器的一件全成形服装。
图12表示使用本发明的图9的相互连接技术的结果的一个详细视图。
图13表示从加入图10的服装内的一个EKG传感器取出的EKG跟踪曲线。
图14表示图7的织物的女性样品。
图15表示印刷弹性板形式的图7的发明。
图16表示由传感器整体式构成的本发明的一件女式织物。
图17表示本发明的一件针织的样品。
图18表示图17的服装的一个有开口的视图。
图19表示按照本发明的一个实施例针织织物的前视图。
图20表示用于图19的发明的固定缝合的一种方式。
图21表示用于图19的发明的固定缝合的另一种方式。
说明性实施例的详细描述现在参照上述附图，在几个附图中相似的标号代表相似的部件，下面详细描述本发明的织物，在织物中整体式构成一个多功能信息结构，用于信息的收集、处理、发射、和接收功能。
本发明的织物是可穿用的，因此可提供整体式构成在织物中的一个可穿用的信息结构，这种信息结构至今一直是放在计算机中的。当我们的可穿用的织物配接或连接到一个数据收集器(例如(但不限于)用于监视身体的物理信息的一个传感器)并且连接到如下面要详细描述的数据发射器或处理单元时，我们的可穿用的织物可提供信息通路，允许传感器向发射器或处理单元提供信息，反之亦然。在本文中，我们的织物发明的信息结构可管理在传感器和发射器或处理单元之间的数据传输。由于传感器可被认为是一个“硬件外围设备“，所以具有一个整体式信息结构的可以制作成一件服装的我们的可穿用的织物可以被当成是一个“可穿用的母板“。当我们使用术语“可穿用的母板“时，我们也就在使用本文中上边刚刚介绍过的术语。
A、具有按照本发明整体式构成的柔性信息结构的织物如图1和2概括所示，通过任何适当的接合技术，例如通过用尼龙搭扣、钮扣、拉链、和类似物进行缝合、粘结、或者固定，可把本发明的我们的织物整体式地构成或制作成一种服装结构，例如衬衫或短袖圆领衫。在这些图中所示的实施例中，分别把织物缝合成衬衫或短袖圆领衫。该织物提供了一个用于服装的结构，这个结构用于收集、监视、和/或跟踪有关该服装的穿衣人的物理状态的数据(例如人体生命信息或声音)，并且用于向远处发射这些数据。织物可设有传感器形式的装置，或戴在身上的传感器的接插件，用于监视人体的物理信息或大气照射量，例如心率或EKG、脉搏、声音、和体温，血液的氧气水平，对于任何期望的化学药品的化学照射水平，对于任何期望的生物试剂的生物试剂照射水平，大气的烟尘水平，大气的氧气水平，辐射照射量等，并且于监视穿透性。要监视的特定的物理的或大气的目标的数量使用该织物的特定应用场合，例如军事、医疗、消防、驾驶、体育、登山、航天空间等。
具有整体式信息结构的织物包括下述的部件一个基本部件或“舒适部件“和一个信息结构部件。基本部件可以是一个圆筒形编织或针织织物，或是一个两维的编织或针织织物，在该织物中加入信息结构部件。此外，如果期望，可包括形状配接部件和静电消散部件这两者或其中之一。
信息结构部件可包括下述部件的全部、其中之一、单独一个、或任意的组合穿透性检测部件、导电部件、传感器、处理器、或无线电发射设备。
1、编织织物图3表示本发明的织物的一个实施例，它包括一个由聚酯/棉纱构成的编织舒适部件。通过在服装的每一侧把12根间隔开5毫米的相互绝缘的导电纱纺织成织物，整体式构成一个数据/电源总线，用于携带传感器数据或其它信息。此外，把一个Respitrace传感器编织成织物，如图3所示。来自于胸部高度的Respitrace传感器信号和来自于腹部高度的Respitrace传感器的另一个信号直接地或通过下面要详细描述的一个PSM(个人状态监测器)提供给一个监视设备，测量穿衣人的呼吸速率。对于温度传感器，所用的传感器类型最好是一个标准的热敏电阻型传感器。对于声音传感器，最好使用佩带式小型话筒。对于EKG传感器，最好使用和典型的医院设备配套使用的一种标准型的传感器。
图4-6表示由用于形状配接的编织花纹图案组成的我们的织物的附加实施例。下面给出用于这些花纹图案的经纱和纬纱。<
图7表示本发明织物的另一个有代表性的花纹图案。它由类似于普通无袖圆领衫的单片编织服装组成。图7中的印边代表用于2″链段的织物的各种结构部件的纱的相对分布。
舒适部件22是织物的基底，在一个实施例中舒适部件22可以是用作衣服的部件的一种标准织物。舒适部件通常与穿衣人的皮肤直接接触，将为织物/服装提供必要的舒适性。因此，和用于衣服的典型织物相比，所选的材料最好应提供至少相同水平的舒适感和紧身性，例如好的织物手感、透气性、吸湿性、拉伸性。
舒适部件可由适用于常规编织织物的任何纱构成。用于纱的材料的选择一般由织物的最终使用场合确定，并且这种选择的基础是对于舒适感、紧身性、织物手感、透气性、吸湿性、和纱的结构特性的综合评价。适用的纱包括(但不限于)棉纱、聚酯/棉混纺纱、微旦聚酯/棉混纺纱、和聚丙烯纤维，如梅拉克纶(由Mawtex Industries制造)。
适用于舒适部件的优选纤维是梅拉克纶和聚酯/棉混纺纱。梅拉克纶是一种改性的聚丙烯纤维，克服了和纯聚丙烯有关的某些缺点。梅拉克纶的按照性能要求的关键特性是(1)良好的芯吸性和舒适感；(2)膨松无重量；(3)快速干燥；(4)好的机械和颜色牢度性能；(5)无过敏性和抗细菌特性；(6)无味和抗细菌生长。微旦聚酯/棉混纺纱是极其优秀的纤维，它的特性是(1)良好的感觉，即手感好；(2)好的吸湿性；(3)好的机械性质，并且耐磨；(4)容易加工。应该认识到，满足这些性能要求的其它纤维也是适用的。微旦聚酯/棉混纺纤维可以从Hamby TextileResearch of North Carolina得到。用在该混纺纱中的微旦纤维可从DuPont得到。梅拉克纶纱可从Dawtex，Inc.，Toronto，Canada得到。在图7中，按该织物的经纱和纬纱方向表示出梅拉克纶。
织物的信息结构部件可以包括用于检测织物20的穿透性的材料24，或用于检测一个或多个人体生命信息的材料25，或者两者兼有。在编织织物的舒适部件期间编织这些材料。在完成织物制作成服装之后，可把这些材料连接到一个监视器上(称之为个人状态监视器或“PSM”)，这个监视器从检测材料取读数，监视这个读数，并且根据该读数和对于监视器的期望调节值发出报警，对此下面再作更详细的描述。
用于提供穿透性检测和报警的适用的材料包括(但不限于)硅石基光纤，塑料光纤，和硅橡胶光纤。适用的光纤包括具有一种填充料介质的那些光纤，其频带宽度可支持期望的要发射的信号和需要的数据流。所设计的硅石基光纤可用于高带宽、长距离的应用场合。它们的极小的硅石芯和低的数值孔径(NA)提供一个大的带宽(最高为500MHz*km)和低衰减(低到0.5dB/km)。然而，这样的纤维当前还不是优选的，因为它的装配劳动成本高并且有纤维裂开的危险。
塑料光纤(POF)具有许多玻璃纤维有的优点，但只在低重量和成本方面。在某些纤维的应用场合，如在某些传感器和医学应用中，所用的纤维长度很低(小于几米)，以致于纤维的损耗和色散都不用介意。相反，好的透光性、足够大的机械强度、和柔性却是更加重要的性质，并且优选的纤维是塑料(或聚合物)纤维。况且，塑料光纤不像玻璃纤维那样容易裂开，因此可以更加安全地用在除玻璃纤维以外的纤维中。
对于较短的纤维，和玻璃纤维相比，POF具有几个固有的优点。POF展示出相当大的数值孔径(NA)，使它们具备传送更多能量的能力。较高的NA降低了POF对于纤维弯曲引起光损耗的敏感度。在可见光波长范围内的透射性明显高于光谱中任何其它位置的透射性。这是有益的，因为在大多数医用传感器中，传感器是由光谱中的可见光范围的波长驱动的。由于POF的这种透光性，POF可提供和玻璃纤维类似的高带宽能力以及和玻璃纤维相同的电磁抗扰性。使用一种热板工艺可终止POF，所说的热板工艺向后熔化多余的纤维，使其达到符合光学质量要求的端部光洁度。这种简单的终止收尾工艺再结合POF连接系统的连锁设计，允许在一分钟内终止收尾一个节点。这折合成极低的组装成本。此外，POF能够承受在相当恶劣的环境中进行的粗糙的机械处理。对于要求廉价和耐用的光纤并在可见光波长范围的短距离的应用，当前度主要是采用由聚-甲基-甲基丙烯酸酯(PMMA)或苯乙烯基聚合物构成的POF。
硅橡胶光纤(SROF)是第三类光纤，它提供优秀的弯曲性能和弹性恢复性能。然而，它们是较粗的(5毫米量级)，并且信号衰减严重。还有，它们受高湿度的影响，并且现在还没有在市场上销售。因此，这些纤维在织物中应用目前还不是优选的。
在图7中，所示的POF24在织物的纬纱方向，当然POF24不只限于纬纱方向。为了在圆筒形编织织物内加入穿透性检测部件材料，最好是塑料光纤(POF)的材料在全成形编织织物制造过程中按螺旋形式整体式地构成该结构，如在共同的待审查的美国专利序列号09/157607所述的，在这里引用了该申请的全部内容，就像在这里全部公开提出一样。POF连续地穿过织物，没有任何中断。这导致的结果是只有一个单个的整体式构成的织物，在服装中不会出现任何接头。优选的塑料光纤来自于Toray，Industries，New York，特定的产品代码是PGS-FB250光纤线。
按另一种方式，或增加一种方式，信息结构部件可以由高或低导电性纤维的导电材料部件(ECC)25构成。导电纤维的电阻率最好从0.07×103到千欧/厘米。可使用ECC25监视一个或多个人体生命信息，如心率、脉搏、和身体上传感器附近的温度，并且用于连接到个人状态监视器(PSM)。适宜的材料包括分别掺有无机纤维和金属纤维的三种类型的本身导电的纤维。
不用填加导电的(无机的)物质就可传导电流的聚合物称之为“本身导电的聚合物“(ICP)。导电聚合物有一个共轭结构，即，在主链的碳原子之间交替地出现单键和双键。19世纪70年代后期，人们发现，可把聚乙炔制备成具有高导电性的形式，并且通过化学氧化可进一步提高这个导电性。在此之后，具有共轭结构(交替地出现单键和双键)的碳主链都表示出相同的行为，如聚噻吩和聚吡咯。一开始人们相信，可以把传统的聚合物的可加工性与新发现的导电性组合起来。但已经发现，导电聚合物在空气中十分不稳定，机械性能很差，不容易加工。还有，所有的本身导电的聚合物在溶剂中都不可溶解，它们并且还有一个极高的熔点，并且几乎表现不出任何其它的软化行为。因此，不可能用和普通的热塑聚合物相同的方式处理它们，并且通常要使用各种色散方法来处理它们。由于有这些缺点，所以由机械性能好的全导电聚合物构成纤维还没有在市场上销售，因此这种纤维在织物中的应用在目前还不是优选的。
下一类导电纤维由掺有无机的或金属的颗粒的纤维构成。如果掺有足够多的金属颗粒，这些纤维的导电性是十分高的，但这可能使纤维的柔性下降。如果对这些纤维进行合适的绝缘，那么就可以使用这些纤维携带信息从传感器至监视单元。
还可以使用诸如用聚氯乙烯绝缘的铜和不锈钢纤维之类的金属纤维作为织物中的导电纤维。铜和不锈钢纤维在它们的不同寻常的电流携带能力方面比任何掺杂的聚合物纤维更加有效。还有，金属纤维强壮结实，并且抗接伸、颈缩、蠕变、裂口、和裂纹的能力极佳。因此极细直径的金属纤维(0.1毫米量级)足以携带信息从传感器至监视单元。即使加上绝缘，纤维的直径也要小于0、3毫米，这样的纤维是极柔软的，可以很容易地将其加入到织物中。还有，金属纤维和PSM单元的绝缘和连接都很简单，不需要特残的接插件、工具、化合物、和工艺。适于这个目的的高导电纱的一个例子是可从Bekaert Corporation，Marietta，Georgia(BekintexNV，Wetteren，Belgium的一个子公司)得到的Bckinox，它是由不锈钢纤维构成的，电阻率为60欧-米。这种纱的弯曲刚性可以和聚酰氨高阻纱相比拟，并且能够很容易地加入到本发明中我们的信息结构中。
因此，用于织物的信息结构部件的优选导电材料是(1)掺有导电的无机颗粒的并由PVC护套绝缘的尼龙纤维；(2)绝缘的不锈钢纤维；和，(3)具有聚乙烯护套的粗规格铜线。所有的这些纤维都能很容易地加入织物中，并且可以用作下面将要描述的弹性的印刷电路板的元件。一种可以利用的导电纤维的例子是X-Static，它涂敷尼龙，具有PVC绝缘层(T66)，来自于Sauquoit Industries，Scranton，Pennsylvannia。一种可利用的粗铜线的例子是24号绝缘铜线，来自于Ack E1ectronics，Atlanta.Georgia。
导电部件纤维25加入编织织物的方式有两种(1)规则地分开用作传感器元件的纱；和，(2)精确地定位用于携带从传感器至PSM的信号的纱。它们可沿编织织物的经纱和纬纱两个方向分布。此外，包括信息结构的织物或服装可以针织，针织和编织是反向进行的，如图17和18所示。
如果需要，形状配接部件(FFC)26可向穿衣人提供形状配接。更加重要的是，它可保持传感器在运动期间在穿衣人的身体上就位。因此，所选的材料应该可高度拉伸以提供所需的形状配接，同时，所选的材料还应该和织物内其它的部件所选的材料相容。满足这些要求的任何纤维都是适用的。优选的形状配接部件是斯潘德克斯纤维，一种带有尿烷基的。在裂纹处它的伸长范围从500％到600％，因此可对服装提供发要的形状配接。它的弹性恢复性能也是极高的(从2-5％的拉伸可恢复99％)，它的强度范围是0.6-0.9克/旦。它能够耐化学药品，并可承受反复的机器清洗以及出汗的作用。这种纤维在线密度的范围内都可买到。
在图4和6中的纬纱方向所示的斯潘德克斯纤维带26是FFC，用于提供期望的形状配接的圆筒形编织织物。这些带26的功能很像“布带“，但不伸出，并且完整地整体式构成在织物中。穿衣人不需要系紧某种东西就可以保证对于服装的良好配接。然而，斯潘德克斯纤维带在穿衣人正常呼吸期间胸部胀缩时也将随之胀缩。
静电消散部件(SDC)28的作用在于迅速消散在织物使用期间任何积累的静电电荷。这种部件可能不总是必要的。但在某些条件下，可能产生几千伏的电压，可能损坏在PSM单元中的灵敏的电子元件。因此，所选的材料必须在织物内能提供足够大的静电放电保护(ESD)。
由DuPont提供的一种双组分纤维Nega-Stat是用于静电消散部件(SDC)的优选材料。它有一个三叶形导电芯，这个导电芯具有由聚酯或尼龙制成的护套。这个独特的三叶形导电芯借助于空气电离和传导作用，引起感应和弥散，从而中和了基本材料上的表面电荷。Nega-Stat纤维的非导电聚酯或尼龙表面控制该线的表面电荷的释放，以便按照特定的最终使用要求在接地的或非接地的应用场合中对材料提供有效的静电控制。聚酯或尼龙外层可保证有效的使用寿命性能，使其具有高的耐洗和耐磨性，并且可对酸和辐射提供保护。还可以使用可有效消散静电电荷并且还具有耐磨耐洗服装部件的功能的其它材料。
现在再次参照附图7，Nega-Stat纤维28沿衬衫的高度方向延伸，它就是静电消散部件(SDC)。推荐的间隔足够维持期望的静电消散程度。对于编织的圆筒形服装，静电消散部件通常(但不是必须)是沿织物的经纱方向引入的。
现在参照附图8，可以使用接插件(未示出)，例如T型接插件(类似于在衣服上使用的“钮扣夹“)，把人体传感器32和/或拾音器(未示出)连接到导线上，导线则一直连接到PSM。使织物20的设计模具化(其中使用这些接插件)，就可使传感器32本身与织物20无关。这样作可以适应于不同的身体形状。接插件使固定传感器到导线上相当容易。这示于图11中，其中的拾音器33通过咬住T型接插件34固定到服装上。图11还表示出“插入“服装内的热敏电阻传感器32。把传感器本身从服装上分出来的的另一个好处是，在洗涤服装时这些传感器勿需经受洗涤，从而将传感器的损坏的可能性降至最小。然而，应该认识到，也可以把传感器32编织进该结构中。
下面是我们在织物/服装的制造过程中使用的优选材料的说明<
<p>*Ne英制纱线支数；Tex特，细度单位。
纱支数是根据初始经验利用一般用在内衣中的纱的尺寸选择的。还可以使用其它的纱支数。图7还表示出用于圆筒形编织织物的规定。织物的重量大约为8盎司/码。图16表示出使用图9和11所示的技术相互连接的并带有整体式构成的传感器的图7的织物。
2、针织织物<
上述表格表示用于制造本发明的我们的针织织物实施例的参数，所说的针织织物内具有整体式构成的信息结构。图17表示的是服装的结构，服装的整个结构连续嵌入塑料光纤(POF)24。因此，只有一个单个的POF穿过整个结构。导电纱25也嵌入结构中。舒适部件梅拉克纶22形成1×1的肋，用作织物的基底。图中还表示出该结构中的电总线50。在这个实施例中，电总线50是单独编织的，并且固定到该结构上。
图18表示图17的单件式整体式构成的结构的一个有开口的影像。图19表示这个针织织物的前视图。图20表示用来粘合服装的前片和后片的尼龙搭扣固定的一个近视特写视图。图21表示用来粘合服装的前片和后片的拉链的应用。在图20和21中所示的实施例中，单独针织成电总线，并将其粘合到服装的前片和后片上。除针织服装外，图20和21的实施例还可以按和上述相同的方式应用到编织的服装上。
B、在具有整体式构成的信息结构的织物或服装中塑料光纤的保护某些塑料光纤可能有点坚硬，只允许有限的弯曲半径，编织成我们的发明的织物可能比较困难。一种优选的POF应该有聚甲基甲基丙烯酸酯作它的芯部材料，芯部直径约为225-255微米，一种氟化聚合物用作芯部的涂层材料，涂层的直径约为235-265微米。优选的POF的数值孔径约为0.50毫米，拉伸强度(屈服点)约为0.3公斤，可允许的弯曲半径约为9毫米，衰减约为0.18分贝/米(650nm)。
为了保护裸露的POF，并且为了保护穿衣人不受POF的影响，期望为POF提供护套。优选的护套材料应是柔软的并且当它与穿衣人的接触时不会刺激穿衣人的皮肤。PVC是一种合适的护套材料。如果护套厚度为0.25毫米并且外径为1.5毫米，则优选的护套直径等于POF的直径加上0.5到1.5毫米。护套的材料可以是透明的，也可以是不透明的。透明的护套的优点包括可以用肉眼识别出在使用和制造期间引起的沿POF方向的损伤点；可以监视穿过POF发出的光的强度；如果在某些应用中期望，可以观察到POF的生长过程。
护套套在POF上可以连续地进行，也可以间断地进行；可以手工进行，也可以机械方式进行。护套可以分段套上，每段的长度有所不同。
C、导电纤维的相互连接通过以下的操作顺序可实现加入织物的导电纤维的相互连接1、在期望的交叉区软化并除去导电纤维的绝缘层；2、在交叉区磨擦绝缘；3、在交叉区涂敷一种导电糊以在导电纤维之间建立相互连接；4、绝缘交叉区以防止不期望的短路；和5、如果期望，固定传感器或接插件。
由于自动化对于织物或服装的大规模生产是至关重要的，所以自动化的潜在可能性在相互连接工艺的开发过程中一直是一个关键的推动因素。还有，为使各个步骤可再现并可重复，最好采用自动化，以连续地产生一致的产品。现在讨论各个步骤的细节。
1、软化并除去导电纤维的绝缘层为了连接交叉的导电纤维，必须首先除去交叉点处的绝缘层。为此，可采用一系列方法中的任何一个。适用的除去方法包括化学蚀刻、机械式除去、和任何的点焊技术，例如超声焊接、激光应用、或其它局部加热技术。优选地作法是，用化学方法软化相互连接区以有效地除去绝缘层，例如乙烯基护套。过程变量是(1)在过程中使用的化学制品；(2)化学制品的浓度；(3)涂敷的化学制品的量；(4)化学制品涂敷的持续时间。已经发现丙酮是工作状态极好的一种化学软化剂。涂敷的丙酮只有几滴。允许涂敷持续约10秒钟，然后开始该过程的下一步骤。这些加工条件可保证导电纱本身不受损伤。还因为聚酯、棉、和斯潘德克斯纤维不和丙酮发生相互作用，因此在此过程中它们不会受损伤。在使用不锈钢作为导电纤维的情况下，只用热量就足以实现绝缘层的期望的软化和去除。
2、磨擦绝缘如果需要，下一个步骤是磨掉已经软化的交叉区的绝缘。可以使用一个振动刷，最好是在3000赫兹振动的振动刷。这一步骤可有效地剥离相互连接区的绝缘。过程变量是(1)刷的振动频率；(2)磨擦期间施加的压力；(3)磨擦的持续时间。通过修改这些参数，有可能剥离不同类型的绝缘而不伤及导电纱本身。根据除去绝缘使用的方法，可以进行这个步骤，或不必进行这个步骤。某些除去绝缘的方法可以除去足够大数量的绝缘，因此这个磨擦步骤就可能是不必要的。
3、涂敷导电糊通过涂敷导电糊闭合导电纱之间的电路可以建立已经除去绝缘层的部位的导电纱之间的相互连接。过程变量是(1)在过程中使用的导电糊抓性质；(2)涂敷到交叉区导电糊的数量。应该对导电糊进行选择，以使它只提供最小的电阻，能牢固地粘结到导电纱上，并且不会与导电纱起化学反应。根据这些要求，Magnolia 3870是一种优选的导电糊，它是一种填充银的环氧树脂并可在室温下固化的导电糊。它的剪切强度在75°F时为2000psi(磅/平方英寸)，它的电阻率在75°F时为0.004欧姆-厘米。它在室温下也能很好地固化，并且和聚酰氨导电纱不发生反应。可以使用一种注油枪或类似的工具将其涂敷在交叉区处。
4、绝缘交叉区必须绝缘交叉区以防止它和存在的水发生短路。可使用聚酯/尿烷基树脂来绝缘相互连接区。绝缘层不应与导电糊起化学反应，应该牢固地粘结到导电糊上，并且应该提供足够好的绝缘。可以使用一种刷子或其它涂敷工具将其涂敷在相互连接区。
5、固定传感器或传感器接插件此外，如果期望，可以固定传感器或传感器接插件(如一个T型接插件)至相互连接区。图10、11、12表示的是一个T型接插件到织物的连接，接插件用于连接传感器(如一个EKG传感器或一个拾音器33)到织物上。图13表示从EKG传感器采集的EKG跟踪曲线，这个传感器固定到受试人穿载的图11的服装上。
如果期望，可使用这种相互连接技术和T型接插件在服装的分段排列的结构中安装天线。由穿有安装了天线的所说服装的个体组成的各个组可形成一个大的分段排列，可用于跟踪活动目标，如飞机。
下一种改进是利用导电纤维本身或通过利用这种相互连接技术安装在导电纤维上的传感器在服装内提供键盘功能，使这种键盘可用作信息处理的输入设备和插入本发明的我们的织物的监视设备。
D、包芯纺纱技术包芯纺纱是剪切带有护套纤维(如梅拉克纶或聚酯/棉)的芯纱(如POF或斯潘德克斯纱)的方法。对于本发明来说，不是在所有的情况下都需要这种方法的。只在信息结构部件，或者是除了舒适部件以外的其它部件，不具备期望服装具备的舒适性时才需要使用。包芯纺纱有两种方式一是使用改进的环锭纺纱机，二是使用摩擦式纺纱机。环锭纺纱机是多用途的，可用来包芯纺纱细和粗这两种支数的纱。然而，环锭纺纱机的生产率很低，并且卷装尺寸极小。摩擦式纺纱机只可用于产生粗支数纱，但生产速率和卷装尺寸都高于包芯纺纱。在所用的纱相当粗的情况下，摩擦式纺纱技术对于包芯纺纱来说是优选的。
下面介绍用于产生包芯纺纱的摩擦式纺纱机
在AVL-多臂织机上产生从我们的织物制作出来的一种服装的四种全比例的样品。此外，在一个台式织机上制作出一个编织织物的两个样品。在图14中表示出这些样品的规格。这些样品是用高导电性纤维42和低导电性纤维44设计的，两种导电纤维间隔开通用的纤维之间的距离，起一个弹性的电路板40的作用。在图15中表示出这个电路板的电路图。这个图表示出在电源44和地46之间以及在高导电性纤维42和低导电性纤维43之间的连接。图中还表示出数据总线47，数据总线47用于从传感器的随机定位的相互连接点48向个人状态监视器1和2(PSM1和PSM2)传送数据。当前优选的PSM是由Sarcos Research Corporation of Salt LakeCity，Utah制造的客户定制的PSM。
当前优选的PSM是一种重量轻的设备，它最好定位在穿衣人的臀部区，即在服装的底部，并且定位在数据总线的端点。通过宽带码分多路转换把PSM获得的信息发送到远处的控制中心，例如在军事应用情况下的医务人员。发射机可固定到PSM上，或者定位在使用者的外衣的外部并使用导线偶合到PSM上。
向导电材料部件提供电源并且为穿透性检测部件提供光源的模块和连接虽然没有明显地表示在图15，但已经包括在弹性电路板中了。所制造的织物的一种形式是带有检测部件但不包括这样的电源和光源，或者没有所示的发射器和接收器，期望这些部件单独提供，并且随后再将它们连接到织物上。
E、具有整体式构成的信息结构的织物的操作现在讨论具有整体式构成的信息结构的织物的操作，说明它的穿透性报警和人体生命信息监视能力。
穿透性报警1、通过整体式构成在服装内的POF发送精确定时脉冲。
2、如果没有POF断裂，该信号脉冲应由一个收发两用机收到，并且向PSM单元发出一个“应答“，表示没有穿透。
3、如果光纤因为穿透而断裂，则信号脉冲从冲击点即断裂点反回到第一发射器。在信的发射和应答之间经过的时间就代表信号有到达断裂点之前已经行走的距离，从而可识别出确切的穿透点。在POF中的实际穿透位置在开始检测穿透后由光时域反射计来确定。
4、PSM经发射器发射一个穿透报警，指明穿透位置。
物理信息监测1、通过织物的导电部件(ECC)向PSM或向监视单元发送来自于传感器的信号。
2、如果来自于传感器的信号在正常的范围内，并且如果PSM单元没有收到穿透报警，则通过PSM单元记录人体生命信息读数，留待后来处理。按另一种方式，可以向远距离的监视单元连续地发送人体生命信息读数。
3、然而，如果该读数要偏离正常值，或者如果PSM单元已经收到一个穿透报警。则使用发射器发射人体生命信息读数。
于是，我们的发明的织物是容易利用的，并且满足用于监视人体生命信息和/或穿透性的所有的功能要求。
虽然以上的描述适应于所述的军事方面的应用，但具有整体式构成的信息结构的织物还可适用于许多其它的应用。例如，在医疗应用中，医生可利用这种织物连续地或间歇式地监视远处病人的期望监视的人体生命信息。此外，患有疾病的病人可以穿上这种服装，借此医务人员可以一直监视着他们的物理状态。这些可包括(但不限于)监视和治疗手术后恢复期的患者(如心脏外科)、老年性疾病患者、尤其是和城市比医生-病人比极小的边远地区的患者、对疾病有较好认识的精神病患者(如慢性抑郁症患者)、对SIDS(婴儿猝亡综合症)、和易患过敏性反应的人群(如对蜜蜂叮咬的过敏性反应)。
恰像家庭保安业一监视和保护家庭的一个大型行业一样，我们的具有整体式构成的信息结构的织物也有开拓成一个新行业的潜在的能性，这种织物可以用来可靠并有效地监视家中的病人，改变家庭保健的交流方式。
其它的应用包括治安、消防、采矿、和期望维持不断更新有关人员的物理状态和位置的其它的公共安全活动。通过组合实际的传感器与GPS(全球定位系统)，控制中心就可以一直监视消防队员或治安办公室的位置和物理信号，借此提高安全性，并且提高这些人员在远处的和/或受灾的状态下的操作能力。此外，可以连续地监视穿用我们的发明的织物的驾驶员(汽车、卡车、等)的生命信息，如果驾驶员打瞌睡，则要触发一个报警。
可以使用我们的织物/服装无阻挡地监视航天空间的宇航员，从而可增加从航天的医学实验获得的知识，导致新的发现和对空间的理解的进展。
运动员可利用我们的织物或服装监视他们的人体生命信息，因此可以监视他们的现场表现。在团队性质的体育项目中，教练员可以跟踪队员的人体生命信息和现场表现，并且根据队员的状态使场上队员产生期望的变化。
在各种其它场合中(例如监狱、商店、高级保安区、登山/徒步探险、等)还可以利用我们的织物或服装来监视和跟踪个体的移动和他们的人体生命信息。
此外，织物或服装还可能发射由接收器接收的信号，而接收器偶合到数据总线或PSM。这些信号可以包括视频信号，定位信号，有关一个组内的其它成员的信息，等。可以利用B-CDMA或其它通信协议发送信息。例如，接收的信号可以是通过服装发送到由使用者佩带的耳机的声音信号。视频数据可以提供给偶合到服装的一个显示器上，或提供给固定到服装的平直的屏幕显示器上。如果对于接收的信号来说需要一定的带宽，则织物或服装可以利用分开的总数发送和接收信号。
在单个服装中加入接收和发射功能部件的优点是减少了用户必须管理的设备的数量。例如，消防队员的拾音器和无线电设备可使用一件衣服同时进行通信。这样就减小了需要使用、维护、和跟踪的设备的件数。其它的优点包括由使用者携带的总重量较轻，这是因为不使用任何具有相关外壳的外部设备的缘故。
传感器除了发送穿衣人的数据以外，还可用作通过织物或服装(例如来自于PSM的)外部信号的接收器。可以利用这一特征根据需要修改传感器的灵敏度。例如，可通过数据总线在远处改变织物或服装中的拾音器的灵敏度。
这种织物或服装允许用一种新的方法定制信息处理设备以“适应“穿衣人，这此要在服装中选择和插入(或去除)芯片/传感器，从而产生一个可穿用的信息结构。这将导致多个相互作用的由活动的信息处理器组成的人体网络。例如，织物或服装可以连接到互连网，并且即使在穿衣人活动时，也可搜寻穿衣人的信息(如在世界范围内寻找)，从织物或服装到网页下载或上载信息。
还可以使用织物或服装跟踪必须监视其移动状态的贵重物品和有危害的物质。例如，银行可以用它来包裹货币以便于对它们进行跟踪(例如在抡劫银行的事件中)。对于石油的重要信息的监测也在这种织物的一系列应用当中的一种。
可以使用这种织物或服装与环境发生相互作用，以改变周围环境。例如，根据穿衣人的由其生命信息反映的心情，可以对周围的环境(例如，照明、音乐、气侯、等)进行改变以适合于使用者的爱好。因此，该织物或服装开创出有自适应性的并可进行应答的纺织结构(AFRTS)类型。这种织物的一种相关的应用是与JavaTM或类似的启动设备相互作用以完成特殊的任务，如接通咖啡壶、微波炉、等。
可以连续地监视在使命重大或有损害的操作中涉及的个人的人体生命信息并且可采取适当的行动。例如，可定期监视从事大型运输和/或载重卡车的人员以防止或识别由操作人员的物理伤害引起的大病的根源(例如平面碰撞)。类似地，可从水表面可靠地监视配有水下呼吸器的潜水员的人体生命信息，并且要求他们采取适当的行动(如返回到表面)防止伤害和死亡事故的发生。
虽然以其优选的形式公开了本发明，但对于本领域的普通技术人员显而易见的是，在不偏离由下述的权利要求书提出的本发明的构思和范围及其等效物的条件下，还可进行许多的改进、增加、或减少。
权利要求
1.一种织物，包括一个舒适部件，用作织物的基底；和一个信息结构部件，它整体式地构成在舒适部件内。
2.权利要求1的织物，其特征在于舒适部件是从下述组中选出的一种纱棉纱纤维、棉/聚酯混纺纱、微旦聚酯/棉混纺纱、聚丙烯、和它们的组合。
3.权利要求1的织物，其特征在于信息结构部件包括一个穿透性检测部件，或一个导电部件，或两者兼有。
4.权利要求3的织物，其特征在于穿透性检测部件是从下述组中选出来的硅石基光纤、塑料光纤、和硅橡胶光纤、和它们的组合。
5.权利要求3的织物，其特征在于导电部件是从下述组中选出来的绝缘的本身导电的聚合物，掺杂的纤维，金属纤维，和它们的组合。
6.权利要求1的织物，其特征在于舒适部件是从下述的组中选出来的圆筒形编织和针织的织物，和两维的编织和针织的织物。
7.权利要求1的织物，进一步包括一个形状配接部件。
8.权利要求7的织物，其特征在于形状配接部件是斯潘德克斯纱。
9.权利要求4的织物，其特征在于穿透性检测部件是一种带有护套的光纤，其芯部直径从225到255微米，护套直径等于芯部直径加上0.5到1、0毫米。
10.权利要求9的织物，其特征在于穿透性检测部件的弯曲直径至少为9毫米。
11.权利要求1的织物，其特征在于所说的信息结构部件进一步包括用于监视从下述组中选出的物理方面的装置心率、心电图、脉搏、体温、呼吸速率、过敏性反应、声音、和它们的组合。
12.权利要求1的织物，其特征在于把所说的织物制作成服装。
13.一种相互连接交叉的导电纺织纤维的方法，包括如下的步骤软化和除去导电纺织纤维在交叉点处的绝缘；向导电纺织纤维的交叉点涂敷导电糊；绝缘导电纺织纤维的交叉点。
14.权利要求13的方法，其特征在于除去绝缘的方式是化学蚀刻、机械式去除、点焊技术、激光、或局部加热。
15.权利要求14的方法，其特征在于导电糊是一种在室温下固化的填充银的环氧树脂导电糊。
16.权利要求13的方法，其特征在于进一步包括如下任选的步骤磨擦绝缘以帮助绝缘的去除，但要在涂敷导电糊的步骤之前。
17.权利要求13的方法，其特征在于用于绝缘交叉点的材料是聚酯/尿烷基的树脂。
18.权利要求13的方法，进一步包括如下步骤在导电纤维的交叉点固定一个传感器或一个传感器接插件。
19.一种用于产生柔性的受保护光纤的方法，包括如下步骤提供一种芯部直径约为225-255毫米的光纤；在一种柔性护套材料中给光纤加上护套，护套的直径等于光纤直径加上0.5到1.0毫米。
20.权利要求19的方法，其特征在于护套材料是PVC。
21.一种织物，包括一个舒适部件，用作织物的基底；和多个整体式构成在舒适部件内的信号发送通路。
22.权利要求21的织物，其特征在于所说的多个信号发送通路编织入所说的舒适部件。
23.权利要求21的织物，其特征在于所说的多个信号发送通路针织入所说的舒适部件。
24.权利要求21的织物，还包括至少一个传感器，传感器与至少一个信号发送通路偶合。
25.权利要求24的织物，其特征在于所说的至少一个传感器包括一个织物穿透性传感器。
26.权利要求24的织物，其特征在于；所说的至少一个传感器包括用于监视织物的穿衣人的物理状态的监视器。
27.权利要求21的织物，还包括一个形状配接部件。
28.权利要求27的织物，其特征在于形状配接部件是斯潘德克斯纱。
29.权利要求21的织物，其特征在于该织物可用作按单独使用的方式或形成网络的方式操作的、可穿用的、可活动的、柔性的信息结构和个人信息处理器。
30.权利要求21的织物，其特征在于舒适部件是从下述组中选出的一种纱棉纱纤维、棉/聚酯混纺纱、微旦聚酯/棉混纺纱、聚丙烯、和它们的组合。
31.权利要求21的织物，其特征在于多个信号发送通路包括一个穿透性检测部件，或一个导电部件，或两者兼有。
32.权利要求31的织物，其特征在于穿透性检测部件是从下述组中选出来的硅石基光纤、塑料光纤、和硅橡胶光纤、和它们的组合。
33.权利要求31的织物，其特征在于导电部件是从下述的组中选出来的绝缘的本身导电的聚合物，掺杂的纤维，金属纤维，和它们的组合。
34.权利要求21织物，其特征在于舒适部件是从下述的组中选出来的圆筒形编织和针织的织物，和两维的编织和针织的织物。
35.权利要求32的织物，其特征在于穿透性检测部件是一种带有护套的光纤，其芯部直径从225到255微米，护套直径等于芯部直径加上0.5到1、0毫米。
36.权利要求35的织物，其特征在于穿透性检测部件的弯曲直径至少为9毫米。
37.权利要求21的织物，其特征在于把所说的织物制作成服装。
全文摘要
一种织物,它是一种编织的或针织的织物形式,包括整体式构成在织物内的一个柔性信息结构,用于收集、处理、发射、和接收关于织物的穿衣人(但不限于此)的信息。该织物允许用新的方式定制信息处理设备以“适应”穿衣人,为此在织物内选择、插入(或去除)芯片/传感器,从而产生可按单独使用的方式或形成网络的方式操作的、可穿用的、可活动的、柔性的信息结构。该织物可设有传感器,用于监视穿衣人的物理方面,例如人体生命信息,如心率、EKG、脉搏、呼吸速率、体温、声音、和过敏性反应,以及织物的穿透性。织物包括一个基底织物(“舒适部件”)和一个信息结构部件,信息结构部件可包括一个穿透性检测部件,或一个导电部件,或者两者兼有。优选的穿透性检测部件是一种带有护套的光纤。信息结构部件除导电纺织纱外还包括一个传感器或用于传感器的一个接插件。还提供一种用于在交叉的导电纱之间进行电的相互连接的方法。此外,还给出一种用于给塑料光纤加护套和保护它的方法。
文档编号D04B1/14GK1274270SQ99801099
公开日2000年11月22日 申请日期1999年5月12日 优先权日1998年5月13日
发明者S·亚雅拉曼, S·帕克, R·拉雅马尼坎, C·戈尔萨米 申请人:佐治亚科技研究公司