基于全织物传感网络的温敏服装的设计、制备与性能表征

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社会不断发展,慢性疾病已成为许多国家公共卫生领域的挑战,这就需要在日常活动中提供持续的实时监测以节省时间、成本和人力资源,并在早期阶段预防疾病。而体温作为主要生理指标之一,可直接反映人体生理状况,故可通过监测人体温度来反映人体健康状况。现有温度监测技术多为传感网络及可穿戴智能服装,可实时监测人体生理参数,但存在一定问题:硬质传感器和硬质传感网络会引起人体不适;嵌入式传感器会产生滑移,影响测试的准确性;此外,数据的采集多被限制在室内进行,无法做到持续实时监测。故利用织物的柔性、良好的透气性及弹性回复性制备温敏服装进行生理参数的实时监测才是较为理想的方式。
  本课题旨在设计并制备可穿戴的温敏服装,其包括织物基温度传感器、全织物传感网络及数据采集和数据存储设备三部分。本课题将分别对此三部分进行研究,从而制备温敏服装,实现对人体皮肤温度的持续监测。具体研究内容如下:
  (1)制备结构紧密、柔软质轻、厚度小、透气性良好、具有良好电阻-温度线性关系的织物基温度传感器,电阻-温度相关系数高达0.99995,灵敏度为0.00310/℃。验证压力和拉伸应变对该传感器电阻的影响可忽略不计。表明该织物基温度传感器可紧贴人体皮肤测试温度而不会引起人体不适。
  (2)经选材,设计和制备柔性可穿戴且具有良好拉伸-回复性的温敏服装:服装上集成全织物传感网络,该传感网络具有良好的弹性回复性和30%应变下的电阻稳定性;全织物传感网络上固定有7个织物基温度传感器,用于测试温敏服装对应的人体不同部位的温度。
  (3)分别设计实验室高精度数据采集系统和便携式数据采集系统,并开发I-feel软件,用于存储和显示数据。其中,便携式数据采集系统采用开发板采集数据,通过蓝牙传输数据,支持户外实时监测。
  (4)利用温敏服装对人体不同部位的温度进行测试,结果表明温敏服装可达到对人体温度实时监测的目的,其结果具有较高的可靠性。探讨人体皮肤温度与呼吸循环系统及血液循环系统的关系,结果表明呼吸时人体皮肤温度会发生一定规律的变化,故可通过温敏服装监测人体皮肤温度,进而监测人体的呼吸状态。
  综上,本文制备的织物基温度传感器固定在全织物传感网络上制备的温敏服装具有良好的透气性、柔软性及穿戴舒适性,具有较高的牢固性,可抵抗外界机械变形的影响。该温敏服装可对人体不同部位的温度进行实时监测,通过观察温度的变化规律监测人体的呼吸状态。
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