【摘 要】
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体温是维持人体正常生命活动的重要条件之一,同时也反映人体健康状况。体温准确、实时的监测在健康监护和疾病预防等领域具有重要作用。目前市场上用于人体温度监测的温度传感器大多是通过硬质材料制备,虽然能够实现实时监测但影响舒适性,因此有必要开发柔性温度传感器。目前柔性温度传感器多是利用柔性聚合物基底或者织物基底通过印刷、光刻等技术与感温材料结合制备而成。聚合物基底的温度传感器柔性较差,因此有学者将具有感温
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体温是维持人体正常生命活动的重要条件之一,同时也反映人体健康状况。体温准确、实时的监测在健康监护和疾病预防等领域具有重要作用。目前市场上用于人体温度监测的温度传感器大多是通过硬质材料制备,虽然能够实现实时监测但影响舒适性,因此有必要开发柔性温度传感器。目前柔性温度传感器多是利用柔性聚合物基底或者织物基底通过印刷、光刻等技术与感温材料结合制备而成。聚合物基底的温度传感器柔性较差,因此有学者将具有感温功能的纱线或者将感温金属纤维通过机织或针织的方式制备成织物式温度传感器。但目前纱线式温度传感器通常利用湿法纺丝技术或者将纱线包缠在感温元件外侧等方式制备而成,虽然柔韧性较好但是拉伸性能较差,难以满足人体皮肤表面变形要求,并且测量精度较低。本文利用铂纤维与弹性氨纶通过包缠形成螺旋结构的纱线式温度传感单元,与设计研发的温度测量电路组成传感系统,并对该系统进行性能表征和实际应用分析。研究内容和结论如下:（1）设计并制备出纱线式温度传感单元。选择具有高电阻温度系数和电导率的铂纤维为外包缠纱,高拉伸性能的氨纶为芯纱。通过空心锭包缠纺纱机制备出具有拉伸性能的纱线式温度传感单元。捻度为3200T/m的传感单元断裂失效伸长率可达200%。在30%应变条件下拉伸6000次以上依然保持电阻稳定性。（2）设计并制作了温度传感数据采集系统。将制备的纱线式温度传感单元作为感温元件,采用三线制电路接线方式、24位AD模数转换器提高测量精度。使用卡尔曼滤波对温度进行滤波处理,提高了测温系统的稳定性。（3）对温度传感系统进行温敏性能和使用性能测试。在水浴环境中测定电阻温度系数和线性度分别为3.863×10-3℃-1和0.998。采用平台加热方式测定电阻温度系数为3.218×10-3℃-1,线性度为0.998,迟滞率为2.23%,分辨率和测量精度均达到0.1℃。应用实验结果表明,所设计研发的纱线式温度传感系统在测量室温和人体手腕温度方面具有良好的测温稳定性和测量精度,将传感单元与口罩结合通过测量呼吸气温间接测量人体呼吸频率,结果表明纱线式温度传感系统能够准确识别出正常呼吸、深呼吸、快速呼吸以及在说话时呼吸等不同的呼吸状态。
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