本發(fā)明屬于功能紡織品，具體涉及一種用于日常人體多點(diǎn)局部溫度連續(xù)監(jiān)測(cè)的集總式溫度傳感芯彈紗及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、皮膚溫度是一個(gè)重要的生理學(xué)和病理學(xué)指標(biāo)，連續(xù)的皮膚溫度監(jiān)測(cè)不僅可以反映豐富的高階用戶狀態(tài)，如認(rèn)知負(fù)荷、壓力水平、情緒狀態(tài)等，而且可以診斷和預(yù)測(cè)疾病，例如足部潰瘍的早期監(jiān)測(cè)、傷口的愈合初期狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。

2、現(xiàn)有用于人體溫度監(jiān)測(cè)的方法包括：非接觸式皮膚溫度測(cè)量法和接觸式皮膚溫度測(cè)量法。非接觸式皮膚溫度測(cè)量法指利用水銀溫度計(jì)或紅外測(cè)溫儀進(jìn)行體溫監(jiān)測(cè)，這種測(cè)溫方法的局限性在于無法實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的人體溫度測(cè)量，且水銀溫度計(jì)測(cè)溫時(shí)間長、使用過程中汞泄露容易引發(fā)環(huán)境問題。接觸式皮膚溫度測(cè)量法指利用熱敏電阻或熱電偶進(jìn)行體溫監(jiān)測(cè)，這種溫度傳感器大多不是在紡織基材上制造的，作為直接與受傷皮膚接觸的溫度測(cè)量系統(tǒng)，舒適性較差。因此，基于紡織基材的柔性溫度傳感器受到越來越多的關(guān)注。

3、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們已經(jīng)制造出具有柔性以及生物相容性的溫度傳感器，但是他們大多體積較大，無法實(shí)現(xiàn)局部多點(diǎn)測(cè)量。局部多點(diǎn)測(cè)量對(duì)于監(jiān)測(cè)糖尿病人足潰瘍和久病臥床褥瘡的形成以及傷口護(hù)理具有重要意義，因?yàn)閭趨^(qū)域多點(diǎn)的溫度變化差異是傷口感染的重要信號(hào)。

4、公開號(hào)為cn114532997a的中國專利公開了一種包括微結(jié)構(gòu)的柔性溫度傳感器及制備方法，開發(fā)出了一種包含錐形微結(jié)構(gòu)的柔性溫度傳感器，雖然該柔性溫度傳感器體積小，但是測(cè)量過程中需要將微結(jié)構(gòu)刺入皮膚中以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的溫度測(cè)量，屬于有創(chuàng)測(cè)量，因此不適用于受傷區(qū)域及日常皮膚溫度測(cè)量。

5、公開號(hào)為cn112781741a的中國專利公開了一種用于體溫區(qū)間的高靈敏度負(fù)溫度系數(shù)柔性傳感器及測(cè)溫方法，將具有等間距電極的氧化鋅材料集成至柔性膜基底(聚乙烯、聚丙烯等)形成溫度傳感器，柔性膜彈性、透氣透濕性差，且無法經(jīng)受嚴(yán)苛的洗滌條件。

6、公告號(hào)為us10301751?b2的美國專利公開了一種電子功能紗線，包括安裝電子元件的多根載體纖維、沿紗線軸向伸直的導(dǎo)電金屬絲、圍繞芯層的填充纖維以及圍繞填充纖維的鞘層，由于伸直的金屬絲缺乏彈性，在拉伸或彎曲外力作用下容易發(fā)生斷裂，不可機(jī)洗，不滿足彈性內(nèi)衣等存在大變形應(yīng)用場景的紡織品的使用條件，而且連接每個(gè)電子元件兩極的伸直導(dǎo)電金屬絲沿紗線軸向分布在電子元件兩側(cè)，不利于在智能紡織品中集成應(yīng)用時(shí)集中布線而接入外圍信號(hào)采集系統(tǒng)。

7、綜上可知，現(xiàn)有溫度傳感技術(shù)在面對(duì)基于服裝的體表溫度連續(xù)長時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)，存在不適應(yīng)局部多點(diǎn)溫度同步監(jiān)測(cè)、隱蔽性及舒適度低、機(jī)械拉伸及彎曲應(yīng)變耐受性弱的技術(shù)缺陷，應(yīng)用場景受限，不滿足在日?；顒?dòng)過程中人體表分布溫度的連續(xù)無感監(jiān)測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種溫度傳感芯彈紗及其制備方法和應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中溫度傳感器體積大、無彈性，無法滿足日常連續(xù)動(dòng)態(tài)體溫監(jiān)測(cè)和局部多點(diǎn)溫度同步實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種溫度傳感芯彈紗，包括彈性長絲纖維，所述彈性長絲纖維的周側(cè)包纏有多根信號(hào)傳輸導(dǎo)線，所述信號(hào)傳輸導(dǎo)線上電性連接有若干個(gè)熱敏電阻芯片，若干個(gè)熱敏電阻芯片之間串接配置，所述熱敏電阻芯片的周側(cè)封裝設(shè)置有圓柱體的封裝結(jié)構(gòu)，所述封裝結(jié)構(gòu)的外側(cè)包覆設(shè)置有保護(hù)纖維網(wǎng)。

4、進(jìn)一步地，所述彈性長絲纖維為低旦橡膠彈性纖維或聚氨酯彈性纖維，兩者具有較高的彈性和優(yōu)異的拉伸回復(fù)率。

5、進(jìn)一步地，所述信號(hào)傳輸導(dǎo)線為直徑不大于0.07mm的導(dǎo)電金屬絲漆包線。由于導(dǎo)電金屬絲漆包線在小曲率半徑彎、扭時(shí)易脆折，且防止漆包線表面破裂的最小曲率半徑與纖維直徑成正比，與纖維的斷裂伸長率成反比，因此選用直徑不大于0.07mm的導(dǎo)電金屬絲漆包線。優(yōu)選地，所述導(dǎo)電金屬絲漆包線選用線電阻和電阻溫度系數(shù)均較低的材料，較低的線電阻和電阻溫度系數(shù)對(duì)溫度傳感芯彈紗的影響基本可以忽略不計(jì)。

6、進(jìn)一步地，所述熱敏電阻芯片為亞毫米尺寸的負(fù)溫度系數(shù)貼片式熱敏電阻器；本發(fā)明選用的熱敏電阻芯片具體為10kω0402負(fù)溫度系數(shù)貼片式熱敏電阻器(長1mm，寬0.5mm，高0.5mm)，具有體積小的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)體表單點(diǎn)溫度測(cè)量；當(dāng)多個(gè)熱敏電阻芯片串接配置時(shí)，形成串珠分布，能夠滿足毫米范圍內(nèi)的多點(diǎn)體表溫度測(cè)量；優(yōu)選地，能夠進(jìn)一步選用尺寸更小和性能更優(yōu)的貼片式熱敏電阻器，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

7、進(jìn)一步地，所述串接配置為若干所述熱敏電阻芯片的負(fù)極電性連接至同一根信號(hào)傳輸導(dǎo)線上，若干熱敏電阻芯片的正極分別電性連接至一根信號(hào)傳輸導(dǎo)線，形成串珠集總式結(jié)構(gòu)；該種結(jié)構(gòu)不僅能夠高效采集各個(gè)熱敏電阻芯片的溫度響應(yīng)數(shù)據(jù)，而且還能減少信號(hào)傳輸導(dǎo)線的用量，進(jìn)而保持了溫度傳感芯彈紗的柔軟性。

8、進(jìn)一步地，所述封裝結(jié)構(gòu)的直徑不超過1mm，長度小于1.5mm；可以選用外形尺寸更小的熱敏電阻芯片，從而進(jìn)一步縮小封裝結(jié)構(gòu)的外形尺寸；所述封裝結(jié)構(gòu)使用的彈性封裝材料為紫外固化聚氨酯丙烯酸酯(pua)。

9、進(jìn)一步地，所述保護(hù)纖維網(wǎng)由若干根耐磨且導(dǎo)熱系數(shù)大的絕緣纖維組成，所述絕緣纖維優(yōu)選為錦綸纖維。由于錦綸導(dǎo)熱系數(shù)大且編織以及針織形成的孔隙有利于熱傳遞，所以外層保護(hù)套對(duì)溫度傳感芯彈紗響應(yīng)時(shí)間的影響較小。

10、一種溫度傳感芯彈紗的制備方法，包括以下步驟：

11、步驟s1、將彈性長絲纖維和信號(hào)傳輸導(dǎo)線分別導(dǎo)入包纏機(jī)的進(jìn)料口，通過包纏機(jī)將信號(hào)傳輸導(dǎo)線螺旋包纏至彈性長絲纖維上，形成導(dǎo)電彈性包纏紗；所述螺旋的節(jié)距為金屬絲直徑的2-4倍；

12、步驟s2、將導(dǎo)電彈性包纏紗中信號(hào)傳輸導(dǎo)線的端部去漆，然后向去漆后的信號(hào)傳輸導(dǎo)線端部涂抹適量低溫焊接錫膏，通過熱壓焊接設(shè)備將多根信號(hào)傳輸導(dǎo)線與若干熱敏電阻芯片焊接固定，得到感溫彈性包纏紗；

13、步驟s3、將感溫彈性包纏紗焊接有熱敏電阻芯片處放置于封裝模具中，所述封裝模具為直徑2mm，長度4mm的中空?qǐng)A柱體，然后向封裝模具中填充彈性封裝材料，固化完成后形成封裝結(jié)構(gòu)，得到封裝后的感溫彈性包纏紗；封裝結(jié)構(gòu)將信號(hào)傳輸導(dǎo)線與熱敏電阻芯片的焊接點(diǎn)以及熱敏電阻芯片本身置于其內(nèi)，作為溫度感應(yīng)區(qū)域；

14、步驟s4、將多根絕緣纖維在封裝后的感溫彈性包纏紗外通過編織或包纏的方式形成保護(hù)纖維網(wǎng)，得到溫度傳感芯彈紗。

15、進(jìn)一步地，所述熱壓設(shè)備的溫度設(shè)置為170℃，熱壓時(shí)間為10s。

16、一種溫度傳感芯彈紗在人體溫度監(jiān)測(cè)織物方面的應(yīng)用，具體為人體溫度監(jiān)測(cè)腕帶。

17、本發(fā)明的有益效果：

18、本發(fā)明制得的溫度傳感芯彈紗的彈性拉伸比不低于50％，最大直徑小于1.1mm，具有靈敏度高、微型化、局部分布溫度同步測(cè)量以及舒適性高等優(yōu)點(diǎn)，其中多根信號(hào)傳輸導(dǎo)線包纏彈性長絲纖維形成的導(dǎo)電彈性包纏紗，有效解決了現(xiàn)有溫度傳感紗的信號(hào)傳輸線的抗應(yīng)變性能和耐洗性差以及彎曲剛性大的問題，同時(shí)克服了多點(diǎn)溫度同步檢測(cè)時(shí)存在信號(hào)傳輸布線復(fù)雜的技術(shù)難題；具體優(yōu)點(diǎn)如下：

19、1、本發(fā)明制得的溫度傳感芯彈紗的單個(gè)溫度感應(yīng)區(qū)域小，可實(shí)現(xiàn)低至毫米精度區(qū)域的體溫測(cè)量；還能在幾毫米長度內(nèi)集成多個(gè)熱敏電阻芯片，而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)尺度的多點(diǎn)分布溫度監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)體表亞厘米內(nèi)多點(diǎn)溫度同時(shí)測(cè)量；用于人體溫度監(jiān)測(cè)時(shí)靈敏度高，溫度閾值低至0.5℃，具有毫秒級(jí)快速響應(yīng)特性；

20、2、本發(fā)明制得的溫度傳感芯彈紗的直徑細(xì)，與大多服裝縫線相當(dāng)，隱匿性好，穿著無感，且可采用傳統(tǒng)的織造方法加工成織物，兼具柔性與舒適性；

21、3、本發(fā)明制得的溫度傳感芯彈紗的彈性優(yōu)異，可抵抗日常穿著以及洗滌過程中的機(jī)械應(yīng)力，發(fā)明人采用工業(yè)機(jī)洗程序洗滌15次后未發(fā)生功能失效，封裝結(jié)構(gòu)能夠有效的保護(hù)內(nèi)部熱敏電阻芯片抵抗洗滌過程中的化學(xué)侵蝕，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。