一种基于导电热敏纱线的纺织结构人体温度传感器

1.本发明涉及温度传感器技术领域，尤其涉及一种基于导电热敏纱线的纺织结构人体温度传感器。


背景技术：

2.为了满足健康生活的要求，实时监控人体温度，如在一些特殊场合，如疫情、感知能力较差病人测温等，需要能够实时监控人体温度设备，为此，现有技术中出现了一些将温度传感器集成到穿戴服装中的设备，但现有的检测温度的穿戴设备都是基于刚性材料传感器，传感器材料只是简单的直接镶嵌在衣服，体积较大，舒适性有待改善，目前市面上尚缺少使用柔性材料且舒适性较高的导电纺纱材料设备。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于导电热敏纱线的纺织结构人体温度传感器，以解决现有的可穿戴设备温度传感器舒适性不佳的问题。
4.基于上述目的，本发明提供了一种基于导电热敏纱线的纺织结构人体温度传感器，包括热敏纺织品模块，热敏纺织品模块由导电热敏纱线和绝缘纱线纺织而成；
5.物理信号采集模块，用于将热敏纺织品模块受热的电阻变化产生的物理信息转化为电信号，并将电信号进行放大；
6.处理器模块，与物理信号采集模块电连接，用于将物理信号采集模块放大后的电信号进行处理，得到温度信号；
7.无线通讯模块，与处理器模块电连接，用于将处理器模块处理得到的温度信号发送到外部；
8.导电热敏纺纱线采用双股线结构，每单股纱线由多根单纤维长丝并捻复合而成，单纤维长丝的基体为锦纶，其表层附着有碳纳米粉及亚铬酸亚铁，其中纤维纵向碳元素含量重量比重占58％～63％，铁元素含量重量比重占3％～5％，铬元素含量重量比重占2％～3％。
9.优选地，物理信号采集模块包括三颗电阻，与热敏纺织品模块组成电阻桥，电阻桥用于将热敏纺织品模块的电阻变化转换为电信号，电阻桥电连接有运放模块，运放模块用于将电阻桥的电信号放大，运放模块连接有adc采集模块，adc采集模块用于将放大后的电信号采集，并传输给处理器模块。
10.优选地，电阻为低温漂电阻，低温漂电阻的标称电阻值与热敏纺织品模块初始状态下的电阻值相同。
11.优选地，单纤维长丝中，纤维纵向碳元素含量重量比重占61.49％，铁元素含量重量比重占4.11％，铬元素含量重量比重占2.69％。
12.优选地，热敏纺织品模块浸润有防湿防腐涂料。
13.优选地，人体温度传感器还包括供电模块，供电模块包括小型蓄能设备或采用外
部电源供电。
14.优选地，热敏纺织品模块包括混合编织的导电热敏纱线和绝缘纱线，绝缘纺纱为纬向，导电热敏纱线为经向。
15.本发明的有益效果：通过设置由导电热敏纱线和绝缘纱线纺织而成的热敏纺织品模块，该纺织品模块具有和热敏电阻相似的导电特性，物理信号采集模块首先将纺织模块品受热的电阻变化产生的物理信息处理转化为电信号，然后将电信号进行放大，最后供给处理器模块采集温度信息，处理器模块将采集的电信号信息处理为温度信号，并且通过无线通讯模块将温度信号上传到数据端。该人体温度传感器可以实时长时间的监测人体温度数据，具有柔性、体积小功耗低等特点，可以编织到内衣中，减少人体不适感。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明实施例的热敏纺织品模块示意图；
18.图2为本发明实施例的电阻桥电路示意图；
19.图3为本发明实施例的人体温度传感器系统框架示意图。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
21.需要说明的是，除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
22.如图1-图3所示，本说明书实施例提供一种基于导电热敏纱线的纺织结构人体温度传感器，包括热敏纺织品模块、物理信号采集模块、处理器模块和无线通讯模块，其中热敏纺织品模块由导电热敏纱线和绝缘纱线纺织而成，导电热敏纺纱线采用双股线结构，每单股纱线由多根单纤维长丝并捻复合而成，单纤维长丝的基体为锦纶，其表层附着有碳纳米粉及亚铬酸亚铁，其中纤维纵向碳元素含量重量比重占58％～63％，铁元素含量重量比重占3％～5％，铬元素含量重量比重占2％～3％，物理信号采集模块用于将热敏纺织品模块受热的电阻变化产生的物理信号转化为电信号，并将电信号进行放大，处理器模块与物理信号采集模块电连接，用于将物理信号采集模块放大后的电信号进行处理，得到温度信号，无线通讯模块与处理器模块电连接，用于将处理器模块处理得到的温度信号发送到外
部，如上传到数据端或发送给需要进行温度监测的各种外部设备等。
23.本说明书实施例提供的基于导电热敏纱线的纺织结构人体温度传感器，通过设置由导电热敏纱线和绝缘纱线纺织而成的热敏纺织品模块，该纺织品模块具有和热敏电阻相似的导电特性，物理信号采集模块首先将纺织模块品受热的电阻变化产生的物理信息处理转化为电信号，然后将电信号进行放大，最后供给处理器模块采集温度信息，处理器模块将采集的电信号信息处理为温度信号，并且通过无线通讯模块将温度信号上传到数据端。该人体温度传感器可以实时长时间的监测人体温度数据，具有柔性、体积小功耗低等特点，可以编织到内衣中，减少人体不适感。
24.作为一种实施方式，物理信号采集模块包括三颗电阻，其与上述热敏纺织品模块共同组成电阻桥，该电阻桥用于将热敏纺织品模块的电阻变化转换为电信号，电阻桥电连接有运放模块，运放模块用于将电阻桥的电信号放大，运放模块连接有adc采集模块，该adc采集模块用于将放大后的电信号采集，并传输给处理器模块，通过设置电阻桥，能够将热敏纺织品模块的电阻变化值转换为电信号，运放模块能够将电信号放大，提高温度检测的准确性。
25.作为一种实施方式，电阻桥中的三颗电阻采用低温漂电阻，低温漂电阻的标称电阻值与热敏纺织品模块初始状态下的电阻值相同。
26.其中电阻桥的电路如图2所示，其中r1为热敏纺织品模块，r2，r3，r4为电阻桥中的其他三颗电阻，vcc＝u0，gnd＝0v，r1＝r0+δr，r2＝r3＝r4＝r0，r0表示热敏纺织品模块在初始状态下的电阻值，该初始状态一般指常温状态下，δr表示热敏纺织品模块的电阻变化值。
27.作为一种实施方式，单纤维长丝中，纤维纵向碳元素含量重量比重占61.49％，铁元素含量重量比重占4.11％，铬元素含量重量比重占2.69％。
28.采用实验设备：gzx-9070mbe电热鼓风机，delixi dem23+万用表。
29.样本：采取长度为200mm的热敏纺纱为测试样本，并将其采用单线缝合的纺纱缝入纯棉布匹上，其在初始温度30摄氏度测得其电阻为80.7ω，实验数据如下表1所示：
30.表1
31.温度(摄氏度)电阻值(欧姆)温度(摄氏度)电阻值(欧姆)3080.73781.23180.83881.23280.83981.33380.94081.33480.94381.43581.04481.43681.14581.5
32.根据实验所得，上述单纤维长丝制成的热敏纺织品模块拥有与热敏电阻相似的特性，其有一定的电阻，且电阻可随着温度变化而线性变化，且利用了织物柔软的特点，使得热敏纺织物具有良好的贴合人体特性，与传统半导体人体温度传感器相比没有异物感。
33.作为一种实施方式，热敏纺织品模块浸润有防湿防腐涂料，使得其具有可清洗特性，提高了佩戴舒适度和重复使用的效率。
34.作为一种实施方式，本人体温度传感器还包括供电模块，所述供电模块包括纽扣电池等小型蓄能设备或采用外部电源供电，如使用由智能穿戴设备产生的电能供电。
35.举例来说，处理器模块可采用低功耗mcu，以降低整个人体温度传感器的功耗，以延长其检测人体温度的工作时间。
36.作为一种实施方式，热敏纺织品模块包括混合编织的导电热敏纱线和绝缘纱线，绝缘纺纱为纬向，导电热敏纱线为经向，且将每个经向的导电热敏纱线串联在一起组成较大电阻，将绝缘纺纱和导电热敏纺纱混合编织在一起组成导电热敏纺织物，从热敏纺纱引出两个纱线头出来，以连接至物理信号采集模块。
37.举例来说，上述人体温度传感器在使用时，随着温度的变化，导电热敏纺织物电阻也发生变化，并采用了电桥电阻电路，检测变化电阻。在处理器模块内，通过计算得出此时此刻温度，计算公式如下：
38.t＝t0+k
·
δr
39.δr是检测的热敏纺织物变化电阻，r0代表桥式电路中三个低温漂电阻的电阻值，u0代表桥式电阻两端电压，δu是桥式电路产生的压差，t是实际物理温度，t0是特定时刻的温度，k是该热敏织物的温度系数，δr是随着温度变化的变化电阻差。
40.本说明书实施例还提供一种应用上述人体温度传感器的智能穿戴设备工作方法，该智能穿戴设备包括数据端和温度端，该工作方法包括以下步骤：
41.s1：通过电阻桥获取电信号；
42.s2：处理电信号将其转化为温度信号；
43.s3：将温度信号与预设的人体温度对比，根据不同所设阈值，发送反馈结果到数据端；
44.s4：数据端根据反馈结果，发送控制信息给予温度端。
45.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
46.本发明旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。