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(wú)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(zhǎng)、使用過(guò)程中汞泄露容易引發(fā)環(huán)境問(wèn)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(lái)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(wú)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(kāi)號(hào)為cn114532997a的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種包括微結(jié)構(gòu)的柔性溫度傳感器及制備方法，開(kāi)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(guò)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(kāi)號(hào)為cn112781741a的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)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(wú)法經(jīng)受?chē)?yán)苛的洗滌條件。

6、公告號(hào)為us10301751?b2的美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)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(chǎng)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(zhǎng)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(chǎng)景受限，不滿足在日?；顒?dòng)過(guò)程中人體表分布溫度的連續(xù)無(wú)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(wú)彈性，無(wú)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(wèn)題。

2、本發(fā)明的目的可以通過(guò)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(zhǎng)絲纖維，所述彈性長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)1mm，長(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)包纏機(jī)將信號(hào)傳輸導(dǎo)線螺旋包纏至彈性長(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)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(wèn)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(zhǎng)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(wú)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(guò)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(guò)程中的化學(xué)侵蝕，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。