[发明专利]一种基于光纤发光感光机理的柔性监测呼吸织物及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于光纤发光感光机理的柔性监测呼吸织物及其制备方法，属于智能服装技术领域。本发明提出了将光纤以经纱形式织入织物，光纤的局部位置以浮长线形式存在，并给予开槽，以形成光纤的发光和感光结构，定义通入光的光纤为发光光纤，接收光的光纤为感光光纤。织物的纬纱采用高弹高熔点纱线，除光纤外的经纱采用无弹或低弹高熔点纱线，其熔点比光纤高，故不受开槽温度的影响。当人体呼吸时，织物纬向的弹性可有效改变以经纱形式存在的发光光纤和感光光纤的间距，引起感光光纤的光强变化，从而监测呼吸运动及异常。呼吸传感器织造技术简单，一次成型，成本低，便于工业化规模生产，为未来光纤传感器及智能服装的研究提供了指导方法。

技术领域

本发明属于智能服装技术领域，具体是一种基于光纤发光感光机理的柔性监测呼吸织物及其制备方法。

背景技术

随着国家科技进步和人民生活水平的提高，人类对自身的健康状况越来越重视。呼吸作为一个重要的生理参数指标，其波形蕴含的频率和深度等信息可以反映人体心理及生理健康状况。我国人口老龄化的趋势日趋严重，呼吸系统慢性疾病在中老年人群中频发，这种状况加快推动了人们从治病、看病为主的医疗模式转向预防诊断为主、治疗为辅的方式。研究出能够便捷、有效监测、反馈呼吸运动及异常的日常穿戴装置，可以预防并及时治疗中老年人群的疾病。

目前，监测人体呼吸的传感器主要有电子传感器和光纤传感器两类。Gaetano等采用电子传感器中电阻式传感器的方法，将四根电阻弹性带结合到一件T恤中，通过测量阻值的变化，实现人体呼吸运动的监测。但该类传感器易受外界电磁干扰，不稳定的阻值会导致呼吸信号的不准确。

光纤传感器主要有波长调制型传感器和强度调制型传感器。

在波长调制型光纤传感器中，光纤光栅传感器最为典型。Ciocchetti M等提出将光纤光栅传感器用一种粘性硅橡胶粘在纺织品上监测胸部呼吸模式。但是该传感器解调系统复杂，需专用光栅设备和传感设备，体积大且费用昂贵。

强度调制型光纤传感器包含光纤宏弯传感器和光纤微弯传感器。Augustin G等将聚合物光纤以宏弯形式刺绣集成到弹性织物上，测量人体腹部的呼吸频率。Yang Xiufeng等基于光纤微弯效应，将光纤以正弦图案绣在可伸缩基底上，测量出试验者站姿和坐姿两种状态下的心跳频率和呼吸速率。该宏弯和微弯光纤传感器需要使光纤具有一定的曲率半径，但由于光纤有一定的硬度且易脆，增加了织造中实现和固定一定曲率半径光纤的困难。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于光纤发光感光机理的柔性监测呼吸织物及其制备方法，以解决现有呼吸传感器易受电磁干扰、体积大、费用昂贵及固定具有一定曲率半径的光纤的困难等问题。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：

设计了一种基于光纤发光感光机理的柔性监测呼吸织物及其制备方法。将光纤作为经纱，排列组合织造成织物，光纤无需形成一定的曲率半径。在局部位置，光纤以浮长线形式存在，开槽去除该部分的包层和部分纤芯，分别定义为发光光纤和感光光纤两类。通入光的光纤为发光光纤，接收光的光纤为感光光纤。发光光纤的发光功率一定，人体呼吸运动引起光纤间距的变化，感光光纤的感光信号会增强或减弱，从而判断人体的呼吸运动。

基于此原理，光纤以经纱形式在多臂织机上织入织物，其余经纱采用熔点高的低弹或无弹纱线，纬纱采用熔点较高的高弹纱线。纬纱、除光纤以外的经纱均为熔点高于光纤熔点的纱线。光纤开槽，需要一定的温度才能实现，纱线的耐高温性，可以使纱线不受该温度影响。纬纱的高弹效应，首先可以使柔性监测呼吸织物贴身，另外当人体呼吸运动时，该运动可以有效改变织物的纬向位移，随之改变经纱光纤的间距，从而引起感光光纤感光强度的变化。