專利名稱：針織傳感器設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器設(shè)備，特別是針織傳感器設(shè)備以及具有該針織傳感器設(shè)備的衣物。
背景技術(shù)：
在很多應(yīng)用中需要將傳感器定位在人體上或人體附近。這些例子包括心電圖(electro cardiogramECG)、血壓和溫度測(cè)量，以及監(jiān)視其它生命體征。應(yīng)變片用于監(jiān)視胸部擴(kuò)張。使用這些傳感器是費(fèi)時(shí)的，并且需要非常熟練的人員執(zhí)行這項(xiàng)任務(wù)，特別是在保證傳感器彼此之間需要按特定方式定向很重要時(shí)。并且，一般地，僅僅可能的是當(dāng)受檢者位于規(guī)定設(shè)施時(shí)進(jìn)行測(cè)量，例如醫(yī)療機(jī)構(gòu)。此外，將傳感器裝在主體上的傳統(tǒng)方法可以引起受檢者不舒服。國(guó)際專利公開(kāi)WO02/40091和WO03/094717披露了基于織物的傳感器，包括針織傳感器。但是，上述織物傳感器存在一些其中所描述的問(wèn)題。并且，在上述二個(gè)情況中，將傳感器耦合到外部檢測(cè)系統(tǒng)的方式相當(dāng)繁瑣，需要大量制造/組裝步驟。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服上述問(wèn)題，并提供新型的柔性傳感器，其便于制造，并可以容易地結(jié)合到可穿戴的衣物中。
根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供一種針織傳感器設(shè)備，包括具有至少一個(gè)傳感區(qū)的針織結(jié)構(gòu)，其中傳感區(qū)是用導(dǎo)電纖維針織的，使得該針織結(jié)構(gòu)的變形引起該傳感區(qū)的電特性變化。
這些傳感器設(shè)備是柔性的，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，并且便于制造和使用。很多類(lèi)型的裝置，例如應(yīng)變測(cè)量、接近檢測(cè)和溫度測(cè)量的傳感器，以及針織麥可風(fēng)和天線，可以由本發(fā)明提供。
有利的是，該傳感區(qū)的第一和最后經(jīng)線是由導(dǎo)電纖維針織的，所述導(dǎo)電纖維用作針織傳感器設(shè)備的連接引線。這種設(shè)計(jì)是優(yōu)選的，因?yàn)樗褂弥T如平型針織機(jī)的針織機(jī)而使針織傳感器設(shè)備能夠在一次操作中完成針織。此外，針織傳感器設(shè)備可以在一次針織操作中構(gòu)造作為諸如衣物的較大的針織結(jié)構(gòu)的一部分。連接引線(用于為裝置供電以及傳輸來(lái)自裝置的檢測(cè)信號(hào))也可以在一次針織操作中容易地結(jié)合在結(jié)構(gòu)中。
傳感區(qū)可以與從線圈(stitch)、橫褶圈(tuck loop)和浮絲(float)組成的組中選擇的結(jié)合元素相結(jié)合來(lái)針織。
在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電纖維包括彈性導(dǎo)電紗線。在這些實(shí)施例中，當(dāng)裝置彎曲時(shí)很小有纖維重新分布，使諸利用如金屬線的非彈性導(dǎo)電紗線針織的傳感器的響應(yīng)特性不同。有利的是，當(dāng)用彈性導(dǎo)電紗線針織裝置時(shí)沒(méi)有殘余應(yīng)變或殘余應(yīng)變很小。這是因?yàn)?，?dāng)傳感器設(shè)備的應(yīng)變?nèi)コ?，裝置可以返回到可重復(fù)結(jié)構(gòu)。
傳感區(qū)可以用多種導(dǎo)電纖維針織，每種類(lèi)型具有不同的電阻率。
導(dǎo)電纖維的例子是聚合物或金屬纖維。金屬纖維的例子是纖維和銅纖維。
裝置可以是電阻針織傳感器設(shè)備，其中針織結(jié)構(gòu)的變形引起傳感區(qū)電阻的變化。此裝置可以作為應(yīng)變片工作，其中的裝置傳感區(qū)是用導(dǎo)電纖維和不導(dǎo)電纖維針織的；以及在傳感區(qū)的導(dǎo)電纖維沿公共方向延伸。
導(dǎo)電纖維可以沿傳感區(qū)的經(jīng)線方向延伸。
導(dǎo)電纖維可以結(jié)合在傳感區(qū)，例如作為纖維、橫褶和浮絲布置。
電阻裝置可以是電阻位移針織傳感器設(shè)備，其中針織結(jié)構(gòu)從松馳構(gòu)造的位移引起傳感區(qū)電阻的變化，該變化與位移有函數(shù)關(guān)系。傳感區(qū)可以包括與導(dǎo)電纖維一起針織形成的傳感部分；以及與傳感部分電連接的多個(gè)電觸點(diǎn)，電觸點(diǎn)包括導(dǎo)電率高于傳感區(qū)導(dǎo)電纖維的導(dǎo)電率的針織導(dǎo)電纖維。
裝置可以是電感針織傳感器設(shè)備，其中針織結(jié)構(gòu)的變形或運(yùn)動(dòng)引起傳感區(qū)電感的變化。電感裝置可以是基本圓柱狀的電感螺線管針織傳感器設(shè)備。傳感區(qū)可以是由導(dǎo)電纖維和不導(dǎo)電纖維針織的。導(dǎo)電纖維可以置于螺線管外部，不導(dǎo)電纖維置于螺線管內(nèi)部。
裝置可以是電容針織傳感器設(shè)備，其中針織結(jié)構(gòu)的變形引起傳感區(qū)電容的變化。傳感區(qū)導(dǎo)電纖維可以定義多個(gè)隔開(kāi)的電極。電極可以是同心的、交叉指型的或平行板狀的電極。在后一種情況下，傳感區(qū)可以進(jìn)一步包括在平行板電極之間延伸的不導(dǎo)電纖維的一個(gè)或多個(gè)針織層。
針織傳感器設(shè)備可以包括多個(gè)針織層。
根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供一種包括多個(gè)根據(jù)本發(fā)明第一方面的針織傳感器設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明第三方面，提供一種檢測(cè)系統(tǒng)，包括至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明第一方面的針織傳感器設(shè)備；為針織傳感器設(shè)備提供電信號(hào)的電源裝置；以及監(jiān)視針織傳感器設(shè)備電特性的檢測(cè)裝置。
檢測(cè)系統(tǒng)可以包括多個(gè)針織傳感器設(shè)備，其中檢測(cè)裝置適于得到與針織傳感器設(shè)備相對(duì)空間方位有關(guān)的信息。檢測(cè)裝置通過(guò)比較針織傳感器設(shè)備的監(jiān)視電特性，可以得到與針織傳感器設(shè)備相對(duì)方位有關(guān)的信息。
可以監(jiān)測(cè)多個(gè)頻率下的電特性。通常，在這些實(shí)施例中，根據(jù)頻率，測(cè)量電特性?？梢栽?到1000Hz，優(yōu)選地在5到500Hz范圍內(nèi)在多個(gè)頻率下監(jiān)測(cè)電特性。這些頻率對(duì)于ECG測(cè)量特別有用。
電阻抗是可以監(jiān)測(cè)的電特性的一個(gè)例子，也可以監(jiān)測(cè)其它的電特性，例如DC電阻和電容。
檢測(cè)裝置可以從監(jiān)測(cè)的電特性產(chǎn)生ECG。
根據(jù)本發(fā)明第四方面，提供一種包括至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明第一方面的針織傳感器設(shè)備的衣物。這些衣物具有在其所要求的位置原位存在的傳感器。這樣，一旦制成衣物，則自動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳感器與衣物穿戴者身體的正確對(duì)準(zhǔn)，因此不熟悉的使用者不需要技術(shù)指導(dǎo)即可穿著該衣物。數(shù)據(jù)可以搖控傳輸，例如通過(guò)遙測(cè)裝置，并且這樣受檢者不必要處于醫(yī)療機(jī)構(gòu)的附近。本發(fā)明的衣物方便、強(qiáng)度高，甚至可以洗滌和重復(fù)使用，而不需要技術(shù)人員關(guān)注。本發(fā)明的衣物可以用在醫(yī)院環(huán)境中，并且也可以用于體育領(lǐng)域，以從穿戴衣物的患者/人員收集數(shù)據(jù)。有優(yōu)勢(shì)的是，針織傳感器設(shè)備可以在制造過(guò)程中集成在針織衣物中。此外，由于具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如良好的拉伸恢復(fù)性、優(yōu)異的懸垂性(提供優(yōu)秀的皮膚接觸)以及好的透氣性(由針織結(jié)構(gòu)的空氣透過(guò)性提供的)，本發(fā)明的針織結(jié)構(gòu)希望用于衣物中，特別是內(nèi)衣。該衣物可以包括多個(gè)針織層。在此方面應(yīng)注意，對(duì)于本發(fā)明的目的，衣物，例如具有單層前部和單層后部的背心，并不認(rèn)為是具有兩層。相反，將這認(rèn)為是一層衣物，但可以描述為(1+1)層衣物。具有m層前部和n層后部的衣物被描述為(m+n)層衣物。并且，為了避免疑問(wèn)，需要注意的是，在本發(fā)明的上下文中，折疊層針織織物，例如WO 03/09471中所述的，將被認(rèn)為是單層，而不是兩層結(jié)構(gòu)。針織層可以形成為集成針織結(jié)構(gòu)，具有存在于針織層中的針織傳感器，作為針織結(jié)構(gòu)的一部分。
衣物可以包括具有至少一個(gè)針織傳感器設(shè)備的第一針織層，以及第二針織層可以用導(dǎo)電纖維針織，作為針織傳感器設(shè)備的連接引線。
衣物可以包括三個(gè)或多個(gè)針織層。衣物可以包括具有一個(gè)或多個(gè)針織傳感器設(shè)備的第一針織層；第二針織層；以及具有一個(gè)或多個(gè)針織傳感器設(shè)備的第三針織層。
第二針織層可以適于屏蔽從第三針織層的針織傳感器設(shè)備發(fā)出的或進(jìn)入其中的電信號(hào)。第三層的針織傳感器設(shè)備可以是電感針織傳感器設(shè)備。有優(yōu)勢(shì)的是，衣物是無(wú)縫的。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種制造衣物的方法，包括步驟在同一針織操作中，針織
具有至少一個(gè)針織傳感器設(shè)備的第一針織層，針織傳感器設(shè)備包括具有至少一個(gè)傳感區(qū)的針織結(jié)構(gòu)，其中利用導(dǎo)電纖維針織傳感區(qū)，使得針織結(jié)構(gòu)的變形引起傳感區(qū)電特性的變化；以及與第一針織層集成的第二針織層，其中利用導(dǎo)電纖維針織第二針織層，作為針織傳感器設(shè)備的連接引線。
該方法有很大優(yōu)勢(shì)在一個(gè)制造步驟中，提供具有正確方位、對(duì)準(zhǔn)和相對(duì)位置的部件的衣物。
有優(yōu)勢(shì)的是，衣物在平型針織機(jī)上針織。也可以使用其它形勢(shì)的針織，例如圓緯編和經(jīng)編。有優(yōu)勢(shì)的是，針織無(wú)縫衣物。
根據(jù)本發(fā)明第六方面，提供一種從患者獲得ECG的方法，包括以下步驟提供包括多個(gè)針織傳感器設(shè)備的衣物，其中每個(gè)針織傳感器設(shè)備包括具有至少一個(gè)傳感區(qū)的針織結(jié)構(gòu)，其中傳感區(qū)是用導(dǎo)電纖維針織的，使得針織結(jié)構(gòu)的變形引起傳感區(qū)電特性的變化；將所述衣物穿到患者身上；將適于進(jìn)行ECG測(cè)量形式的電信號(hào)供應(yīng)到針織傳感器設(shè)備；以及監(jiān)測(cè)針織傳感器設(shè)備的電特性，以便得到ECG。
實(shí)際上，通常使用至少三個(gè)針織傳感器設(shè)備。


下面將參考

根據(jù)本發(fā)明的針織傳感器設(shè)備、具有這種針織傳感器設(shè)備的衣物、具有這種針織傳感器設(shè)備的檢測(cè)系統(tǒng)，以及包括多個(gè)針織傳感器設(shè)備的結(jié)構(gòu)。在附圖中圖1表示多個(gè)電阻應(yīng)變片；圖2表示應(yīng)變傳感器的等效電路；圖3表示針織電阻位移傳感器；圖4表示圖3傳感器中導(dǎo)電紗線的幾何路線；圖5表示線圈(a)以及線圈的四個(gè)電阻等效電路(b)；
圖6表示等效電阻網(wǎng)電路；圖7表示螺線管傳感器；圖8表示圖7螺線管的阻抗特性；圖9表示手指上三個(gè)螺線管傳感器排列的示意圖(a)和照片(b)；圖10是電容接近度傳感器的平面圖；圖11是電容應(yīng)變片的平面圖；圖12表示平行板電容傳感器陣列的透視圖(a)和剖視圖(b)；圖13是受檢者所穿的(1+3)層衣物的剖視圖；圖14表示受檢者所穿的(3+3)層衣物中的層的正視圖(a)，(3+3)層衣物的剖視圖(b)和頂視圖(c)；圖15表示(1+3)層背心的透視圖(a)和分解圖(b)；圖16表示針織過(guò)程中貼邊的排列；圖17是三層貼邊的針織順序；圖18表示在背心右織邊上形成一層的針織和轉(zhuǎn)移順序；圖19表示在背心左織邊上形成三層的針織和轉(zhuǎn)移順序；圖20表示肩部帶的滾邊和定形的針織和轉(zhuǎn)移順序；圖21表示成形背心左中部頸開(kāi)口的三層的針織和轉(zhuǎn)移順序，也用于接合前和中嵌料；圖22表示成形背心右中部頸開(kāi)口的三層的針織和轉(zhuǎn)移順序，也用于接合前和中嵌料；圖23表示完成三層背心主體的針織順序的針織和轉(zhuǎn)移順序；圖24表示針織在背心中層的傳感器設(shè)備的示例布局；圖25表示一個(gè)傳感器設(shè)備例子的針織順序；圖26表示皮膚/電極界面的等效電路；圖27表示測(cè)量結(jié)構(gòu)的等效電路(a)以及電極系統(tǒng)的等效電路(b)；以及圖28表示使用針織電極得到的ECG信號(hào)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供柔性傳感器，可以用于佩帶電子設(shè)備領(lǐng)域。本發(fā)明提供表現(xiàn)為傳感器的針織結(jié)構(gòu)，例如，是由導(dǎo)電聚合物、金屬和智能纖維制成的。制造這些傳感器可以使用平型針織、圓型針織和經(jīng)編技術(shù)。
下面將說(shuō)明傳感器的各種非限制性分類(lèi)。
電阻纖維網(wǎng)傳感器針織傳感器是使用導(dǎo)電紗線制造的。制造傳感器的基本方法是用導(dǎo)電紗線針織預(yù)定面積的基本針織結(jié)構(gòu)。上述面積在下文中定義為導(dǎo)電區(qū)(Electro Conductive AreaECA)。尺寸、形狀和結(jié)合單元(線圈、橫褶圈、浮線以及布置紗線以及它們?cè)诨揍樋椊Y(jié)構(gòu)中的組織，決定了ECA的綜合電特性，以及其對(duì)針織結(jié)構(gòu)之結(jié)構(gòu)變形的響應(yīng)。ECA電特性的這種變化決定針織傳感器的類(lèi)型及其功能。
針織傳感器的一個(gè)可測(cè)量的電特性是ECA的電阻及其變化。電阻變化可以用兩種不同的方法檢測(cè)。一般地，當(dāng)針織結(jié)構(gòu)變形時(shí)，結(jié)構(gòu)變形是由于紗線變形和/或線圈的紗線接觸區(qū)之間的滑動(dòng)(線圈是針織結(jié)構(gòu)的基本部分)引起的。紗線變形可以是由于拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)和壓縮引起的。獲取針織電阻應(yīng)變片電阻的第一方法是僅僅考慮針織結(jié)構(gòu)中引起電阻變化的導(dǎo)電紗線長(zhǎng)度變化。
第二方法是考慮ECA中引起電阻變化的線圈結(jié)構(gòu)變形。在小載荷下，這起到電位計(jì)的功能，因此我們將之定義為位移傳感器。但本發(fā)明并不限于上述兩種建議的操作模式。
電阻應(yīng)變片使用導(dǎo)電彈性紗線(例如，碳填充的纖維線，通常的比電阻為5-6kΩ/cm)和不導(dǎo)電基底紗線(可以是彈性紗線)，可以將針織電阻應(yīng)變片制成單獨(dú)的針織層?；揍樋椊Y(jié)構(gòu)是使用不導(dǎo)電紗線制成的，導(dǎo)電紗線按預(yù)定結(jié)構(gòu)設(shè)置在基底結(jié)構(gòu)的線路方向，這可以是矩形、正方形、三角形、圓形或橢圓形的幾何形狀。圖1表示使用這些原理制造的多個(gè)針織傳感器設(shè)備10。
由于上述結(jié)構(gòu)，很可能電阻變化僅僅是由于導(dǎo)電紗線拉伸造成的。如果應(yīng)變傳感器的基底結(jié)構(gòu)是條形花紋(rib)、兩面針織(interlock)或衍生物(derivative)，則導(dǎo)電彈性體結(jié)合在針織結(jié)構(gòu)中作為布置紗線；并且導(dǎo)電彈性體可以按橫褶圈和浮線的形式結(jié)合在平紋(plain)、羅紋(purl)或衍生物中。在圖1中，結(jié)構(gòu)10是用白色不導(dǎo)電紗線和黑色布置導(dǎo)電紗線織成的。黑色導(dǎo)電紗線還延伸到針織傳感器設(shè)備10以外，作為連接引線12。
考慮到導(dǎo)電彈性紗線的幾何路線，可以將應(yīng)變傳感器的等效電路模型化。由于導(dǎo)電彈性紗線固定在不導(dǎo)電紗線織成的基底結(jié)構(gòu)的線路(線圈行)中，因此布置導(dǎo)電彈性紗線在基底結(jié)構(gòu)中是電絕緣的，即布置彈性紗線之間沒(méi)有交叉連接。因此，電路與布置導(dǎo)電彈性紗線的幾何路線相同。假定從導(dǎo)電彈性體兩端(圖2)供電，就可以算出等效電阻。當(dāng)沿Y方向拉伸結(jié)構(gòu)時(shí)，導(dǎo)電彈性紗線的電阻將隨拉伸的增大而增大。
導(dǎo)電彈性體的電阻為R＝ρL/A........................................(1)其中ρ是導(dǎo)電彈性體的電阻率；L是布置導(dǎo)電彈性體的長(zhǎng)度；以及A是導(dǎo)電彈性體的橫截面積。
電阻位移傳感器電阻位移傳感器可以用諸如聚合物和金屬紗線的導(dǎo)電紗線制成。位移傳感器的功能是基于ECA的電阻變化。聚合物紗線用于制成ECA，以獲得所需的電阻變化(由于其高的比電阻率)，而諸如不銹鋼的金屬紗線用于為ECA供電。ECA的變形引起其電阻的變化。如果為ECA供電，則這個(gè)變化將產(chǎn)生電信號(hào)。
一般地，為針織結(jié)構(gòu)定義兩個(gè)明顯不同的結(jié)構(gòu)變形。在針織結(jié)構(gòu)變形的早期，紗線在線圈中自由運(yùn)動(dòng)。第二階段的定義是由于紗線在線圈接觸區(qū)的阻塞形成的，在此階段，紗線不再在結(jié)構(gòu)中自由運(yùn)動(dòng)。對(duì)ECA電阻變化貢獻(xiàn)更大的部分將取決于導(dǎo)電聚合物紗線的機(jī)械特性和表面形貌以及造成針織結(jié)構(gòu)變形的載荷。對(duì)于小載荷，線圈的變形主要由于紗線自由運(yùn)動(dòng)，因此傳感器可以用于測(cè)定位移。另一方面，對(duì)于較大載荷，即，當(dāng)紗線阻塞時(shí)，針織結(jié)構(gòu)的變形來(lái)自于紗線變形(彎曲和拉伸)，并且傳感器作為應(yīng)變片。
圖3表示針織位移傳感器32的一個(gè)例子。裝置30包括單獨(dú)的針織層，但也可以提供多層裝置。傳感器的基底結(jié)構(gòu)32是平紋針織結(jié)構(gòu)?；捉Y(jié)構(gòu)32是用不導(dǎo)電紗線針織的，并且矩形ECA 34是用導(dǎo)電單絲紗(1-10Ω/cm)針織特定數(shù)量線圈縱向(n)和特定數(shù)量線圈橫列(m)形成的。使用高導(dǎo)電紗線(不銹鋼1-5Ω/cm)針織形成的兩列平行軌線36為ECA 34供電。
圖4所示的ECA 34的電阻取決于·導(dǎo)電材料的電阻率；·線圈橫列數(shù)量(m)和線圈縱行數(shù)量(n)；·線圈的幾何紗線路線；·供電方向。
為了計(jì)算ECA的電阻，需要考慮其基本構(gòu)成塊，即線圈。圖4表示線圈結(jié)構(gòu)的平面圖。任何花紋結(jié)構(gòu)是通過(guò)物理纏繞紗線形成的，并且在針織結(jié)構(gòu)的情況下，這是通過(guò)相互連接紗線形成的圈實(shí)現(xiàn)的，從而形成四個(gè)紗線接觸區(qū)。紗線接觸區(qū)的力學(xué)很復(fù)雜，并且針織結(jié)構(gòu)的行為仍未完全理解，但這不影響此裝置作為傳感器的有效性。當(dāng)針織結(jié)構(gòu)處于完全放松狀態(tài)時(shí)，紗線接觸很可能是線接觸，但是，當(dāng)施加平面力時(shí)，由于紗線的可壓縮性，不得不將紗線接觸認(rèn)為是面接觸。因此，假定紗線接觸區(qū)是可以作為電阻網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)的短路點(diǎn)是合理的。線圈具有四個(gè)接觸區(qū)或接觸點(diǎn)。因此，線圈的DC等效電路可以使用線圈這四個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的導(dǎo)電片段(在編織術(shù)語(yǔ)中稱為頭、腿和腳)的電阻形成。導(dǎo)電片段的長(zhǎng)度是考慮線圈的紗線路線幾何計(jì)算的。因此，線圈的DC等效電路可以用四個(gè)電阻定義兩個(gè)相等的代表頭和腳(RH)的電阻、和兩個(gè)相等的代表兩個(gè)腿(RL)的電阻。線圈的DC等效電路表示在圖5(b)中。通過(guò)重復(fù)構(gòu)成圖5(b)所示電阻網(wǎng)的線圈四個(gè)電阻等效電路模型，可以將ECA的總電阻模型化。在給定的供電結(jié)構(gòu)下可以計(jì)算ECA的總等效電阻。
當(dāng)ECA沿線圈縱行方向受力時(shí)，RL增大并且RH減小，這是由于接觸區(qū)的紗線自由運(yùn)動(dòng)以及形成線圈腿的紗線片段拉伸、形成線圈頭的紗線片段壓縮造成的。實(shí)際機(jī)理取決于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)。上述紗線片段的長(zhǎng)度計(jì)算使用平紋針織結(jié)構(gòu)的幾何模型，它表明了給定載荷條件下結(jié)構(gòu)的變形。接著，使用紗線片段的長(zhǎng)度延伸計(jì)算電阻。例如，對(duì)于圖4所示的ECA，總等效電路的供電結(jié)構(gòu)如下所述。ECA的總電阻是利用構(gòu)成等效電阻網(wǎng)(圖6)的每個(gè)單胞(線圈)的RL和RH值計(jì)算的。
將網(wǎng)格(Mesh)理論用于計(jì)算網(wǎng)(ECA)的等效電阻。
Vm＝ZmIm................................................(2)Im＝Zm-1Vm.............................................(3)Req＝1/z-1(1，1).......................................(4)其中，Vm和Im分別是電壓和電流矢量；Zm是網(wǎng)阻抗矩陣；z-1(1，1)是Zm-1第一單元。
當(dāng)結(jié)構(gòu)變形時(shí)，計(jì)算ECA的新電阻和電阻變化ΔRΔR＝Req-Req1其中，Req1是在松馳條件下結(jié)構(gòu)的初始電阻。
電感纖維網(wǎng)傳感器電電感變片在一個(gè)實(shí)施例中，使用導(dǎo)電紗線和不導(dǎo)電紗線針織螺線管，為了獲得所需的彈性，優(yōu)選使用諸如Lycra或Spandex的彈性紗線。結(jié)構(gòu)可以是針織成管狀的基本針織結(jié)構(gòu)或其衍生物的任一種或者是它們的任何組合。導(dǎo)電紗線可以是聚合物線或金屬線，但是優(yōu)選的是電阻很低的線。圖7表示由銅(Cu)線制成的螺線管70的一個(gè)例子。這兩種線(銅線和彈性線)是使用辮繩(plaiting)技術(shù)針織的，即紗線輸送到針織針的方式是，導(dǎo)電銅線出現(xiàn)在針織管(螺線管)的外層，以及彈性線出現(xiàn)在內(nèi)層(側(cè))。導(dǎo)線從螺線管70延伸出來(lái)，作為連接引線72，連接到適合為螺線管70通電以及檢測(cè)螺線管70電感特性變化的裝置。
阻抗特性是在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力學(xué)加載條件下分析的。由此得到的結(jié)果表示在圖8(a)和8(b)中。在松馳狀態(tài)下的電特性表現(xiàn)出典型的高通過(guò)濾器特性。截止頻率是103kHz，因此為了更好的特性，在1MHz下驅(qū)動(dòng)螺線管傳感器來(lái)測(cè)量應(yīng)變，即在應(yīng)變片模式下。
電感位移傳感器上述螺線管結(jié)構(gòu)可以用作位移傳感器。但是，為了得到較低的自感變化，針織結(jié)構(gòu)需要做得更加穩(wěn)定。優(yōu)選地，使用μr較高的材料，例如不銹鋼線(其μr值是銅的1000倍)，或者代替銅線，增大螺線管的電感。這提高了傳感器的分辨率?；驹硎菍⒁粋€(gè)陣列的螺線管針織在衣物中(最少是兩個(gè))的特定位置。圖9給出一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單和非限制性的例子，其中表示獲取手指姿勢(shì)的三個(gè)螺線管90、92、94的排列。使用更多數(shù)量的螺線管(或其它電感傳感器設(shè)備)也在本發(fā)明范圍內(nèi)。S1、S2和S3表示三個(gè)針織的螺線管90、92、94。
可以使用兩種方法檢測(cè)角位移(α，β)。在第一方法中，檢測(cè)互阻抗變化；在第二方法中，使用電磁電感變化。檢測(cè)是使用一對(duì)螺線管進(jìn)行的。對(duì)于圖9所示的例子，螺線管S1和S2作為第一對(duì)，以及螺線管S2和S3作為第二對(duì)。兩對(duì)螺線管交替供電。第一對(duì)由于手指彎曲產(chǎn)生的互感變化用于測(cè)量角位移α。同樣地，第二對(duì)用于測(cè)量角位移β。這兩對(duì)螺線管在1MHz下供電，采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)測(cè)量?jī)蓪?duì)螺線管在10Hz頻率下的讀數(shù)。
在第二方法中，首先，對(duì)螺線管S1供電，測(cè)量螺線管S2和S3中感生的電壓。接著，對(duì)螺線管S2供電，測(cè)量螺線管S3和S1中感生的電壓。最后對(duì)螺線管S3供電，測(cè)量螺線管S2和S1中感生的電壓。由這些數(shù)據(jù)計(jì)算角位移α、β。
將針織螺線管陣列集成在針織衣物中(優(yōu)選地，使用無(wú)縫針織技術(shù))，可以檢測(cè)(測(cè)量)肘和膝的運(yùn)動(dòng)。同樣地，在制造手套時(shí)將螺線管陣列針織在手套中，可以檢測(cè)手指運(yùn)動(dòng)，從而為PCS、音樂(lè)、游戲和其它適合的用途提供生成虛擬鍵盤(pán)的平臺(tái)。
電容纖維網(wǎng)傳感器可以制造出電容針織傳感器設(shè)備，并且可以在基底結(jié)構(gòu)上針織該傳感器的陣列?；捉Y(jié)構(gòu)可以利用不導(dǎo)電紗線針織，并且可以使用導(dǎo)電紗線在基底結(jié)構(gòu)中形成電極，優(yōu)選的是低電阻紗線，例如不銹鋼線或銅線。結(jié)構(gòu)的變形引起電極的位移，電極的電容變化用于測(cè)量機(jī)械應(yīng)變、觸摸、位移和接近度。
電容接近度傳感器觸摸或接近度傳感器100的結(jié)構(gòu)表示在圖10中。電容接近度傳感器100是用兩個(gè)針織層構(gòu)成的(多層結(jié)構(gòu))。傳感器包括兩個(gè)同心電極102、104、補(bǔ)償電極106以及基底針織結(jié)構(gòu)108。電極102、104、106針織在一層上，它們的接頭針織在第二層上(電極所在層的下面一層)。所述的接近度傳感器也可以用作智能衣物的柔性開(kāi)關(guān)。
針織電容應(yīng)變片圖11表示一個(gè)電容應(yīng)變片110，其中包括交叉指型電極112、114以及由不導(dǎo)電紗線針織的基底結(jié)構(gòu)116。應(yīng)變片110可以制造成單獨(dú)的針織層。
通過(guò)將電極112、114排列成圖11所示(稱為“梳”狀電極結(jié)構(gòu))，可以測(cè)量針織結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)變形。結(jié)構(gòu)變形可以由結(jié)構(gòu)的機(jī)械加載造成。為了提高應(yīng)變傳感器110的特性，可以使用不導(dǎo)電的彈性紗線針織基底結(jié)構(gòu)116。
針織平行板電容器平行板電容傳感器可以使用多層針織結(jié)構(gòu)制成(這也稱為間隔結(jié)構(gòu))間隔結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)獨(dú)立的平面針織結(jié)構(gòu)，二者之間通過(guò)單絲紗相互連接。間隔結(jié)構(gòu)可以方便地在現(xiàn)代電子平型針織機(jī)上使用三個(gè)不同紗線(紗線載體)進(jìn)行針織。針織制造平行板結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是特定尺寸、形狀的針織電極的容量以及在接地結(jié)構(gòu)內(nèi)的精確定位。電極板是使用導(dǎo)電紗線通過(guò)將它們分開(kāi)針織成單獨(dú)的平面針織結(jié)構(gòu)形成的，板之間的空間是通過(guò)針織高模量不導(dǎo)電單絲紗形成的。電容陣列是根據(jù)預(yù)定柵格將電極針織成單獨(dú)的平面針織結(jié)構(gòu)形成的，從而將導(dǎo)電板絕緣。當(dāng)構(gòu)成傳感器時(shí)，重要的考慮是選擇具有類(lèi)似力學(xué)特性的板面紗線。有優(yōu)勢(shì)的是，整個(gè)結(jié)構(gòu)是在一次運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)針織的。圖12表示包括電極板122的平行板電容傳感器120的陣列。由不導(dǎo)電紗線制成的基底層124在電極板122之間延伸。
針織電極等效電路的模型化當(dāng)電極接觸皮膚并且在它們之間形成電界面時(shí)，形成的界面具有兩個(gè)部分1)在電極和電解液之間；以及2)在電解液和皮膚之間。
第二部分主要取決于表皮層，表皮層包括三個(gè)亞層。該層不斷自我更新。細(xì)胞在稱為“生發(fā)層”的最深層分裂和生長(zhǎng)，并且隨著新生成的細(xì)胞在下面的生長(zhǎng)，新生成的細(xì)胞向外移動(dòng)。當(dāng)新生成的細(xì)胞越過(guò)“生發(fā)層”時(shí)，它們開(kāi)始死亡并失去它們的核物質(zhì)。在其向外的行程中，新生成的細(xì)胞進(jìn)一步退化成扁平的角質(zhì)層，從而形成“角質(zhì)層”。該層包括死亡細(xì)胞，因此表皮層是不斷變化的皮膚層。這樣，當(dāng)去除“角質(zhì)層”時(shí)，它將在24小時(shí)內(nèi)重新生成。較深層的皮膚包括皮膚的血管和神經(jīng)部分、汗腺、汗管和毛囊。
皮膚電極界面的等效電路表示在圖26中，其中Ehc是電極和電解液界面之間的半電池電位；Cd是電極電解液界面的電容；
Rd是電極電解液界面的漏電阻；Rs是電解液電阻；Ese是電解液和皮膚之間的半電池電位；Ce是皮膚電解液界面的電容；Re是電解液皮膚界面的漏電阻；Ru是真皮和亞皮層的電阻；Ep是汗腺、汗管和電解液的半電池電位；Cp是汗腺、汗管和電解液界面的電容；以及Rp是汗腺、汗管和電解液界面的漏電阻。
ECA系統(tǒng)的等效電路是用串聯(lián)的電感(L)和電阻(R)修改公知的Cole-Cole模型得到的。這表示將ECA連接到預(yù)處理單元的電路阻抗。塊狀部分Rd、Rs、L、R和Cd是通過(guò)分析ECA系統(tǒng)的阻抗譜確定的。測(cè)量?jī)蓚€(gè)電極之間的阻抗。電極面積選定為2.5×2.5cm2(當(dāng)然，此面積沒(méi)有限制)。測(cè)量裝置的等效電路表示在圖27(a)，包括預(yù)放大器270和針織電極272。皮膚組織和有效ECG源分別表示在274和276。
電極系統(tǒng)的總阻抗可以表示為圖27(b)所示的等效電路。根據(jù)Danchev和Al Hatib的描述，各個(gè)分量是經(jīng)驗(yàn)估計(jì)的(Danchev，S.，andAl Hatib，F(xiàn).，“Non linear curve fitting for bio electrical impedance dataanalysisa minimum dllipsoid volume method”P(pán)hysiologicalmeasurement 20(1999)N1-N9，其內(nèi)容在此引用作為參考文獻(xiàn))。
確定電極-皮膚-電極的阻抗為了測(cè)量阻抗，制造了一個(gè)集成有電極的袖子。在此例子的無(wú)縫針織袖中，電極(接觸面積2.5×2.5cm2)相距5cm。不進(jìn)行皮膚穿刺。電極連接到阻抗分析儀，在ECG頻譜內(nèi)測(cè)量阻抗，即在5-400Hz。
當(dāng)前測(cè)量ECG的醫(yī)療實(shí)踐是將金屬電極貼在病人皮膚上。在貼電極之前，將一薄層導(dǎo)電凝膠涂在電極表面，以便提高皮膚-電極界面之間的導(dǎo)電性。研究本發(fā)明的ECA特性也用此實(shí)踐，即使用一薄層導(dǎo)電凝膠，進(jìn)行阻抗測(cè)量，結(jié)果表明，幅度在7-9kΩ之間，相位角變化在-35°到-65°之間。
ECA系統(tǒng)得到的ECG信號(hào)的一個(gè)例子表示在圖28中。此信號(hào)對(duì)于早期診斷具有足夠的質(zhì)量。可以清楚地以波形的形式看出PQRST分量，偶爾也看到U波。
也可以不使用導(dǎo)電凝膠進(jìn)行測(cè)量。阻抗的大小，對(duì)于頻率范圍20-40Hz，在1.4MΩ到200kΩ的范圍內(nèi)。相位角在-55°到-75°范圍內(nèi)。ECG信號(hào)可以用此系統(tǒng)恢復(fù)。由于諸如針織結(jié)構(gòu)變形等人為因素和線路干擾，在“原始”ECG信號(hào)中觀察到一定量的噪音。信號(hào)處理技術(shù)可以有利地用于消除這些人為因素和干擾，從而提高ECG信號(hào)的質(zhì)量。
具有針織傳感器設(shè)備的衣物可以制造具有上述類(lèi)型針織傳感器設(shè)備的寬范圍的衣物。例子包括手套、拳擊手套、襪子、褲子和短褲。特別有用的例子包括上身的衣物，例如背心、羊毛衫、襯衫等等。圖13表示具有針織傳感器設(shè)備的背心130的剖視圖。背心的背部由單一的針織層132構(gòu)成。相反，背心的前部是由三個(gè)單獨(dú)的針織層制成的，即第一層136、第二層138和第三層140。在一定示意性方式下，圖13還示出背心穿戴者的身體134。我們將圖13所示的背心描述為(1+3)層衣物。不同的傳感器可以針織成不同的層。在一個(gè)優(yōu)選的、但非限制性實(shí)施例中，將適于ECG測(cè)量的傳感器針織成第一層136，即，靠近穿戴者皮膚的一層；并且諸如應(yīng)變片的傳感器可以針織在第三層140中。需要注意的是，優(yōu)選地將電感針織傳感器結(jié)合在衣物中。為了提高信噪比，在諸如1MHz或更高頻率下為這些傳感器供電。這些高頻的信號(hào)對(duì)人體是有害的，因此圖13所示的結(jié)構(gòu)是有利的，其中在第三層140和穿戴者134之間具有第二層138。第二層138起到屏蔽穿戴者與高頻信號(hào)的作用。另外，或者可供選擇的是，通過(guò)提供與第一和/或第三層136、140的傳感器連接的連接引線，第二層138具有另外有用的功能。這些連接引線包括形成第二層138部分針織的金屬紗線。特別是，第二層138的針織列(線圈橫列)可以包括金屬線。應(yīng)注意的是，需要使ECG測(cè)量的生物電位電極接觸皮膚，但其連接引線不需要這樣。因此，當(dāng)?shù)谝粚?36中的傳感器是生物電位電極時(shí)，圖13所示的結(jié)構(gòu)特別有利。傳感器通過(guò)連接引線連接到適合的電源/檢測(cè)器裝置。這些裝置是本領(lǐng)域公知的，因此這里不再進(jìn)一步解釋。
圖14表示與圖13實(shí)施例相關(guān)的一個(gè)實(shí)施例。圖14實(shí)施例的不同在于，背心的前部和背部都是由三個(gè)針織層制成的。因此，使用我們的術(shù)語(yǔ)，圖14表示(3+3)層背心。背心的前部和后部包括第一針織層142，其中具有多個(gè)傳感器作為部分針織結(jié)構(gòu)；第二層144，其中具有導(dǎo)電紗線作為背心中傳感器的接頭；以及第三針織層146，其中具有另外的傳感器作為部分針織結(jié)構(gòu)。在一個(gè)優(yōu)選的、但非限制性實(shí)施例中，第一針織層142的傳感器是電極，第三層146的傳感器是應(yīng)變片。圖14還表示出，在一定示意性方式下，背心穿戴者的身體148。背心的主要部分是使用傳統(tǒng)不導(dǎo)電紗線針織的。Lycra是適合紗線的一個(gè)例子，但很多其它的例子對(duì)本領(lǐng)域一般技術(shù)人員是公知的。
無(wú)接縫總共三層(1+2層)并針織傳感器的時(shí)裝背心圖15表示三層時(shí)裝背心衣物150，它具有后層152、中層154和前層156，沒(méi)有接縫而針織傳感器(傳感器)，例如，用于獲取ECG心臟讀數(shù)和呼吸讀數(shù)。此衣物可以用于醫(yī)療環(huán)境，還可以是體育領(lǐng)域，用于從穿戴衣物的患者/人收集數(shù)據(jù)。該衣物也可以由不熟悉的操作者清洗、穿著和穿戴，因?yàn)閭鞲衅饕呀?jīng)針織在衣物中，處于其正確位置，因此不需要特殊的排列或處理。
使用三個(gè)單獨(dú)的滾邊(welt)，每層織物一個(gè)，使最終背心上沒(méi)有毛邊，消除了這些織物三個(gè)邊緣的鎖定。
下面是這三層滾邊的針織順序。
拉拔線從三個(gè)滾邊中分出梳狀廢物。每層背心衣物從其自己的滾邊開(kāi)始，從而沒(méi)有毛邊。
每個(gè)滾邊包括前針床上四個(gè)線圈中的一個(gè)以及后針床上四個(gè)線圈中的一個(gè)的一個(gè)針織線圈橫列(圖17滾邊開(kāi)始)。下一個(gè)針織線圈橫列準(zhǔn)確地針織相同的針布局，但僅在后針床上(圖17管狀后部)，并且下一個(gè)針織線圈橫列準(zhǔn)確地針織相同的針布局，但僅在前針床(圖17管狀前部)。如果需要，可以重復(fù)這兩個(gè)線圈橫列。接著針織相同的針布局作為滾邊開(kāi)始線圈橫列，結(jié)束操作。后床的針環(huán)現(xiàn)在轉(zhuǎn)移到前針，從而它們不礙事，允許第二滾邊開(kāi)始。
此第二滾邊按與第一滾邊相同順序針織，但除了環(huán)布局開(kāi)始一針到左側(cè)，最后針織的前環(huán)轉(zhuǎn)移到后針，這允許在兩個(gè)織物外層內(nèi)針織第三滾邊。
第三滾邊也按與第一和第二滾邊相同順序針織，這也開(kāi)始一針到具有后環(huán)的左側(cè)，但前環(huán)針織在與第二滾邊后環(huán)相反的空針上。此滾邊順序結(jié)束后，最后針織線圈橫列的前環(huán)轉(zhuǎn)移到后側(cè)。
為了得到時(shí)裝三層背心衣物，除了臂和頸的開(kāi)始之外，需要連接前、中和后板織物，此處后板仍必須分離直到肩部的滾邊(bind off)。
下面是背心右織邊上所有三層樣式以及前和后板接合的針織和轉(zhuǎn)移順序。參考圖18。
當(dāng)主體針織順序結(jié)束后階段1右手后環(huán)(背心中層)從織邊轉(zhuǎn)移兩針到左側(cè)，以使針能從背心前層接收環(huán)；階段2右手前環(huán)(背心前層)在接地位置直接轉(zhuǎn)移到后側(cè)。接著，此相同的環(huán)從織邊轉(zhuǎn)移到左側(cè)兩針；把前層的第二前環(huán)并圈，這完成前層的成形；階段3將右手后環(huán)(背心后層)沿接地位置直接轉(zhuǎn)移到前面當(dāng)前的空針上。接著，將此相同環(huán)從織邊轉(zhuǎn)移到左側(cè)兩針，從織邊將第二針環(huán)并圈。這完成后層的成形；階段4在開(kāi)始(階段1)運(yùn)動(dòng)使其它環(huán)轉(zhuǎn)移的針，此時(shí)轉(zhuǎn)移到原始右織邊針環(huán)頂部的左側(cè)。這完成中層的成形。
以下是成形背心左織邊所有三層的針織和轉(zhuǎn)移順序，并且也用于接合前和中嵌料。參看圖19。
當(dāng)針織順序結(jié)束后階段1將背心中層左織邊的第一環(huán)轉(zhuǎn)移到前側(cè)空針上兩針到右側(cè)，這使針可以從前層接收環(huán)。
階段2將前層左織邊的第一環(huán)轉(zhuǎn)移到接地位置的后側(cè)。接著，與后層第一環(huán)一起轉(zhuǎn)移兩針到右側(cè)。這完成前層成形和半個(gè)后層的成形。
階段3中層在階段1轉(zhuǎn)移的第一環(huán)此時(shí)轉(zhuǎn)移到后側(cè)，從左織邊將第二針環(huán)并圈。
帶的滾邊和定形是朝向肩后部，這使雙層織物帶穿過(guò)肩部，有助于背心穿著時(shí)的舒適。參看圖20。
以下是肩部帶的滾邊和定形的針織和轉(zhuǎn)移順序階段1從左開(kāi)始在后針床上將主紗線針織三個(gè)奇數(shù)針，接著朝左針織相同三針出來(lái)(圖20)。
階段2主紗線從左針織兩個(gè)偶數(shù)針進(jìn)入，并留下紗線導(dǎo)紗機(jī)在滾邊區(qū)右側(cè)(圖20)。
階段3將左側(cè)第一針此時(shí)轉(zhuǎn)移一針到右側(cè)，這將左針環(huán)并圈到前針床上(圖20)。
階段4從前針床的奇數(shù)針開(kāi)始，中層左側(cè)的一環(huán)此時(shí)轉(zhuǎn)移到后側(cè)接地位置(圖20)。
階段5主紗線從右側(cè)開(kāi)始在前側(cè)針織三個(gè)偶數(shù)針，接著朝右側(cè)在后側(cè)針織三個(gè)奇數(shù)針，留下紗線導(dǎo)紗機(jī)在滾邊區(qū)右側(cè)(圖20)。
階段6前層的左環(huán)轉(zhuǎn)移到后側(cè)接地位置的空針(圖20)。
階段7先前階段6轉(zhuǎn)移的左前層環(huán)以及左后環(huán)將右側(cè)兩針轉(zhuǎn)移到前針上(圖20)。
階段8前針床上從左側(cè)開(kāi)始的第二環(huán)轉(zhuǎn)移到后側(cè)接地位置，將后層的左手環(huán)并圈(圖20)。
以下是成形背心左中部頸開(kāi)口的所有三層的針織和轉(zhuǎn)移順序，也用于接合前和中嵌料。參看圖21。
當(dāng)主體針織順序結(jié)束后階段1右手中后環(huán)(背心中層)從左中織邊轉(zhuǎn)移兩針到左側(cè)，這使針可以從背心前層接收環(huán)(圖21)。
階段2右手中前環(huán)(背心前層)在接地位置直接轉(zhuǎn)移到后側(cè)。接著，相同的環(huán)從右中織邊轉(zhuǎn)移兩針到左側(cè)；將前層的第二前環(huán)并圈，這完成前層成形(圖21)。
階段3右手中后環(huán)(背心后層)在接地位置直接轉(zhuǎn)移到此時(shí)前側(cè)的空針。接著，此相同的環(huán)從右中織邊轉(zhuǎn)移到左側(cè)兩針，從滾邊將第二針環(huán)并圈，這完成前層成形(圖21)。
階段4在開(kāi)始(階段1)運(yùn)動(dòng)使其它環(huán)轉(zhuǎn)移的針，此時(shí)轉(zhuǎn)移到原始右中織邊針環(huán)。這完成中層的成形(圖21)。
以下是成形背心右中部頸開(kāi)口的所有三層的針織和轉(zhuǎn)移順序，也用于接合前和中嵌料。參看圖22。
在針織順序結(jié)束后階段1背心中層右中織邊的第一環(huán)轉(zhuǎn)移到前側(cè)空針上兩針到右側(cè)，這使針可以從前層接收環(huán)(圖22)。
階段2前層右中織邊的第一環(huán)轉(zhuǎn)移到接地位置后部。接著，與后層兩針的第一環(huán)轉(zhuǎn)移到右側(cè)。這完成前層成形以及半后層成形(圖22)。
階段3中層的階段1轉(zhuǎn)移的第一環(huán)此時(shí)轉(zhuǎn)移到后側(cè)，將從織邊的第二針環(huán)并圈(圖22)。
以下是完成三層背心主體的針織順序的針織和轉(zhuǎn)移順序。參看圖23。
階段1第一導(dǎo)紗機(jī)僅在前床(織物前層)針織偶數(shù)針。
階段2第二導(dǎo)紗機(jī)僅在后床(織物中層)針織偶數(shù)針。
階段3中層環(huán)此時(shí)轉(zhuǎn)移到前針床一針到左側(cè)，這使后層針織中。
階段4第三導(dǎo)紗機(jī)針織后側(cè)的奇數(shù)針(織物后層)。
階段5中層環(huán)此時(shí)轉(zhuǎn)移到后針床一針到右側(cè)，這使中和前層針織。
圖24表示針織在衣物中層242中的傳感器240的示例布局，其中傳感器針織在所需的任何位置。
以下僅是一個(gè)衣物例子的針織順序。參看圖25。這僅是一個(gè)例子，由于傳感器可以根據(jù)紗線類(lèi)型以及從中所需的信號(hào)針織成不同形狀，例如圓形、長(zhǎng)方形或正方形。根據(jù)最終用途可以使用不同類(lèi)型傳感器。背心中層用于容納傳感器，因?yàn)樗拷つw，背心的前層用于傳感器紗線進(jìn)出，因此被中層絕緣。傳感器接頭引線用高導(dǎo)電紗線(比電阻低)針織，這些針織的行(列)形成集成電路的導(dǎo)電路線。
階段1背心的主要三層此時(shí)處于后針床上后和中層的正常位置，前層在前針床上。此時(shí)，具有傳感器紗線的導(dǎo)紗機(jī)在前層前針從右到傳感器位置開(kāi)始進(jìn)行針織或打褶(在這種情況下)，并在中層后針僅針織傳感器開(kāi)始寬度(圖25)。
階段2此時(shí)，具有傳感器紗線的導(dǎo)紗機(jī)針織到右側(cè)，然后到左側(cè)，接著選擇執(zhí)行所需的選擇，針織所需的傳感器形狀或類(lèi)型(圖25)。
階段3當(dāng)傳感器已經(jīng)針織完成，接著具有傳感器紗線的紗線導(dǎo)紗機(jī)針織到傳感器右側(cè)，然后針織或打褶(在這種情況下)到右織邊(圖25)。
本發(fā)明的非限制性優(yōu)點(diǎn)和特征如下·使用電子平型針織技術(shù)制成無(wú)縫多層衣物，使衣物針織有一個(gè)不同傳感器的范圍，例如電極、應(yīng)變片、溫度測(cè)量用的熱電偶、接近度傳感器(電容傳感器)、針織麥可風(fēng)和天線。上述傳感器和電極可以針織成不同的衣物層；·傳感器和電極的陣列可以針織在衣物中，從而使用智能軟件選擇最佳特性的傳感器和電極；·傳感器、電極及其連接引線(導(dǎo)線)可以針織成一個(gè)集成的針織結(jié)構(gòu)，可以是單層或多層的(兩層或多層)。對(duì)于電極，檢測(cè)片(電極)可以針織在一層上，連接引線(導(dǎo)線)可以針織在下一層上。這可以通過(guò)電子平型針織技術(shù)達(dá)到；·嵌花和提花技術(shù)可以用于制造傳感器、電線和導(dǎo)線。這可以針織不同幾何形狀和尺寸(矩形、圓形、橢圓形)的電極和傳感器。電子平板技術(shù)也使可以針織不同幾何形狀和尺寸的傳感器和電極陣列，使我們測(cè)量不同物理量；·針織諸如多層背心的概念，使健康監(jiān)視系統(tǒng)作為集成電路生成。多層技術(shù)也使我們將微電子電路和/或元件結(jié)合在層間；·衣物可以制造有接頭、傳感器、電極、天線和電子屏蔽作為一個(gè)結(jié)構(gòu)(復(fù)合3D無(wú)縫針織結(jié)構(gòu))；·電極和傳感器可以針織在衣物的前層和后層。不同的傳感器和電極位于不同位置，從而獲取最佳質(zhì)量信號(hào)。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，上述實(shí)施例有很多變化。例如，衣物可以具有其它的針織層。在另一個(gè)變化中，衣物和/或傳感器可以是編織的，而不是針織的。
權(quán)利要求
1.一種針織傳感器設(shè)備，包括具有至少一個(gè)傳感區(qū)的針織結(jié)構(gòu)，其中，該傳感區(qū)是利用導(dǎo)電纖維針織的，使得該針織結(jié)構(gòu)的變形引起該傳感區(qū)的電特性的變化。
2.如權(quán)利要求1所述的針織傳感器設(shè)備，其中，該傳感區(qū)的第一和最后線圈橫列是利用導(dǎo)電纖維針織的，作為用于該針織傳感器設(shè)備的導(dǎo)電引線。
3.如權(quán)利要求1或2所述的針織傳感器設(shè)備，其中，該傳感區(qū)是與從線圈、橫褶圈和浮線組成的組中選擇的結(jié)合單元相結(jié)合而針織的。
4.如上述權(quán)利要求任意一個(gè)所述的針織傳感器設(shè)備，其中，所述導(dǎo)電纖維包括彈性導(dǎo)電紗線。
5.如上述權(quán)利要求任意一個(gè)所述的針織傳感器設(shè)備，其中，該傳感區(qū)是利用多種導(dǎo)電纖維針織的，每種導(dǎo)電纖維具有不同的電阻率。
6.如上述權(quán)利要求任意一個(gè)所述的電阻針織傳感器設(shè)備，其中，該針織結(jié)構(gòu)的變形引起該傳感區(qū)的電阻的變化。
7.如權(quán)利要求6所述的電阻針織傳感器設(shè)備，該設(shè)備作為應(yīng)變片工作，其中該傳感區(qū)是利用導(dǎo)電纖維和不導(dǎo)電纖維針織的；以及該傳感區(qū)中的導(dǎo)電纖維沿公共方向延伸。
8.如權(quán)利要求7所述的電阻針織傳感器設(shè)備，其中，所述導(dǎo)電纖維沿該傳感區(qū)的線圈橫列方向延伸。
9.如權(quán)利要求7或8所述的電阻針織傳感器設(shè)備，其中，所述導(dǎo)電纖維被結(jié)合在該傳感區(qū)中，作為內(nèi)置纖維。
10.如權(quán)利要求6所述的電阻位移針織傳感器設(shè)備，其中，該針織結(jié)構(gòu)從松馳狀態(tài)的位移引起該傳感區(qū)的電阻的變化，該電阻的變化與該位移成函數(shù)關(guān)系。
11.如權(quán)利要求10所述的電阻位移針織傳感器設(shè)備，當(dāng)從屬于權(quán)利要求5時(shí)，其中，該傳感區(qū)包括與導(dǎo)電纖維一起針織形成的傳感部分；以及與該傳感部分電連接的多個(gè)電觸點(diǎn)，所述電觸點(diǎn)包括導(dǎo)電率高于該傳感區(qū)的導(dǎo)電纖維導(dǎo)電率的針織導(dǎo)電纖維。
12.如權(quán)利要求1到5任意一個(gè)所述的電感針織傳感器設(shè)備，其中，該針織結(jié)構(gòu)的變形或運(yùn)動(dòng)引起該傳感區(qū)的電感的變化。
13.如權(quán)利要求10所述的基本圓柱狀的電感螺線管針織傳感器設(shè)備。
14.如權(quán)利要求13所述的基本圓柱狀的電感螺線管針織傳感器設(shè)備，其中，該傳感區(qū)是利用導(dǎo)電纖維和不導(dǎo)電纖維針織的。
15.如權(quán)利要求14所述的基本圓柱狀的電感螺線管針織傳感器設(shè)備，其中，該導(dǎo)電纖維置于該螺線管外部，以及該不導(dǎo)電纖維置于該螺線管內(nèi)部。
16.如權(quán)利要求1到5任意一個(gè)所述的電容針織傳感器設(shè)備，其中，該針織結(jié)構(gòu)的變形引起該傳感區(qū)的電容的變化。
17.如權(quán)利要求16所述的電容針織傳感器設(shè)備，其中，該傳感區(qū)的導(dǎo)電纖維定義多個(gè)隔開(kāi)的電極。
18.如權(quán)利要求17所述的電容針織傳感器設(shè)備，其中，所述電極是同心的。
19.如權(quán)利要求17所述的電容針織傳感器設(shè)備，其中，所述電極是交叉指型的。
20.權(quán)利要求17所述的電容針織傳感器設(shè)備，其中，所述電極是平行板狀電極。
21.如權(quán)利要求20所述的電容針織傳感器設(shè)備，其中，該傳感區(qū)還包括在該平行板狀電極之間延伸的不導(dǎo)電纖維的一個(gè)或多個(gè)針織層。
22.如上述權(quán)利要求任意一個(gè)所述的針織傳感器設(shè)備，包括多個(gè)針織層。
23.一種包括多個(gè)如權(quán)利要求1到22任意一個(gè)所述的針織傳感器設(shè)備的裝置。
24.一種檢測(cè)系統(tǒng)，包括至少一個(gè)如權(quán)利要求1到19任意一個(gè)所述的針織傳感器設(shè)備；為針織傳感器設(shè)備提供電信號(hào)的電源裝置；以及監(jiān)視針織傳感器設(shè)備的電特性的檢測(cè)裝置。
25.如權(quán)利要求24所述的檢測(cè)系統(tǒng)，包括多個(gè)針織傳感器設(shè)備，其中，該檢測(cè)裝置適于獲得與所述針織傳感器設(shè)備的相對(duì)空間方位有關(guān)的信息。
26.如權(quán)利要求25所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其中，該檢測(cè)裝置通過(guò)比較該針織傳感器設(shè)備的監(jiān)測(cè)電特性來(lái)得到與所述針織傳感器設(shè)備相對(duì)方位有關(guān)的信息。
27.如權(quán)利要求24到26任意一個(gè)所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其中，監(jiān)測(cè)多個(gè)頻率下的電特性。
28.如權(quán)利要求27所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其中，在1到1000Hz的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在5到500Hz范圍內(nèi)，監(jiān)測(cè)多個(gè)頻率下的電特性。
29.如權(quán)利要求27或28所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其中，該檢測(cè)裝置根據(jù)所述監(jiān)測(cè)的電特性來(lái)產(chǎn)生ECG。
30.一種衣物，包括至少一個(gè)如權(quán)利要求1到22任意一個(gè)所述的針織傳感器設(shè)備。
31.如權(quán)利要求30所述的衣物，包括多個(gè)針織層。
32.如權(quán)利要求31所述的衣物，其中，所述針織層形成為集成的針織結(jié)構(gòu)，并且該針織傳感器存在于針織層中，作為所述針織結(jié)構(gòu)的一部分。
33.如權(quán)利要求31或32所述的衣物，包括具有至少一個(gè)針織傳感器設(shè)備的第一針織層，以及其中第二針織層是利用導(dǎo)電纖維針織的，作為該針織傳感器設(shè)備的連接引線。
34.如權(quán)利要求31到34任意一個(gè)所述的衣物，包括三個(gè)或多個(gè)針織層。
35.如權(quán)利要求34所述的衣物，包括具有一個(gè)或多個(gè)針織傳感器設(shè)備的第一針織層；第二針織層；以及具有一個(gè)或多個(gè)針織傳感器設(shè)備的第三針織層。
36.如權(quán)利要求35所述的衣物，其中，所述第二針織層適于屏蔽從位于所述第三針織層中的針織傳感器設(shè)備發(fā)出的或引入其中的電信號(hào)。
37.如權(quán)利要求36所述的衣物，其中，所述第三層中的針織傳感器設(shè)備是電感針織傳感器設(shè)備。
38.如權(quán)利要求30到37任意一個(gè)所述的無(wú)縫衣物。
39.一種制造衣物的方法，包括步驟，在同一針織操作中，針織具有至少一個(gè)針織傳感器設(shè)備的第一針織層，所述針織傳感器設(shè)備包括具有至少一個(gè)傳感區(qū)的針織結(jié)構(gòu)，其中，所述傳感區(qū)是利用導(dǎo)電纖維針織的，使得所述針織結(jié)構(gòu)的變形引起該傳感區(qū)的電特性的變化；以及與第一針織層集成的第二針織層，其中，所述第二針織層是利用導(dǎo)電纖維針織的，作為所述針織傳感器設(shè)備的連接引線。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中，在平型針織機(jī)上針織衣物。
41.如權(quán)利要求39或40所述的方法，其中，針織無(wú)縫衣物。
42.一種從患者獲得ECG的方法，包括以下步驟提供包括多個(gè)針織傳感器設(shè)備的衣物，其中，每個(gè)針織傳感器設(shè)備包括具有至少一個(gè)傳感區(qū)的針織結(jié)構(gòu)，其中，該傳感區(qū)是利用導(dǎo)電纖維針織的，使得該針織結(jié)構(gòu)的變形引起該傳感區(qū)的電特性的變化；將所述衣物穿到患者身上；將適于進(jìn)行ECG測(cè)量形式的電信號(hào)供應(yīng)到針織傳感器設(shè)備；以及監(jiān)測(cè)針織傳感器設(shè)備的電特性，從而得到ECG。
全文摘要
本發(fā)明提供一種針織傳感器設(shè)備(10)，包括具有至少一個(gè)傳感區(qū)的針織結(jié)構(gòu)，其中傳感區(qū)是用導(dǎo)電纖維針織的，使得針織結(jié)構(gòu)的變形引起傳感區(qū)電特性的變化。本發(fā)明也公開(kāi)了一種具有這種整體傳感器的衣物。
文檔編號(hào)A41D1/00GK1882280SQ200480015372
公開(kāi)日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2004年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月19日
發(fā)明者蒂拉克·迪亞斯, 保羅·查爾斯·威廉·貝蒂, 威廉·庫(kù)克, 拉溫德拉·維杰斯里瓦爾達(dá)納, 金·米查姆, 薩米爾·穆霍帕德亞伊, 威廉·赫爾利 申請(qǐng)人:智能生活技術(shù)有限公司