本實(shí)用新型涉及智能家居技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種柔性智能織物傳感器、智能床墊及其監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

人的一生當(dāng)中，大約有三分之一的時(shí)間都是在睡眠中度過的，睡眠質(zhì)量與身體健康存在著直接的關(guān)系。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們所面臨的生活壓力與日俱增，對健康也日益關(guān)注，尤其是老年人或者久病的病人須經(jīng)常檢測身體狀況。目前，人們檢測心率和呼吸頻率等體征數(shù)據(jù)大都需要去醫(yī)療站，很不方便，且不能連續(xù)檢測，為此有些人自行購買檢測儀器以便于自己在家中能自行檢測體征數(shù)據(jù)，但是這些儀器需要占用很大的存放空間，而且取放繁瑣，不方便使用，而且現(xiàn)有的檢測儀器也無法實(shí)現(xiàn)在家中監(jiān)測睡眠狀況。

睡眠過程中床墊的舒適程度是影響睡眠質(zhì)量的關(guān)鍵，符合人體工程學(xué)的床墊能夠大大提高睡眠的舒適度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)中檢測體征數(shù)據(jù)不方便，且不能連續(xù)檢測的問題而研究設(shè)計(jì)一種柔性智能織物傳感器、智能床墊及其監(jiān)測系統(tǒng)。

本實(shí)用新型公開了一種柔性智能織物傳感器，其特征在于，包括：

壓敏材料層，所述壓敏材料層由一體化織物面料和貫穿在所述織物面料內(nèi)并鑲嵌在織物面料表面的納米敏感功能材料組成；

電極層，所述電極層包括至少一個(gè)圖案化電極，每個(gè)所述圖案化電極通過兩條電極引線從壓敏材料層表面引出；在所述壓敏材料層的至少一個(gè)表面設(shè)置電極層。

進(jìn)一步地，所述電極層的圖案化電極呈矩形陣列分布，每個(gè)所述圖案化電極分別連接一條橫向電極引線和一條縱向電極引線。

進(jìn)一步地，在所述壓敏材料層的一個(gè)表面上設(shè)置電極層，另一個(gè)表面上設(shè)置保護(hù)層。

進(jìn)一步地，壓敏材料層的上下表面均設(shè)置有電極層，且上層電極層的圖案化電極與下層電極層的圖案化電極相互交錯(cuò)設(shè)置。

進(jìn)一步地，所述保護(hù)層為聚二甲基硅氧烷薄膜、乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜、聚乙烯薄膜和硅膠膜其中的一種。

更進(jìn)一步地,所述納米敏感功能材料為石墨烯、碳納米管或石墨烯-碳納米管復(fù)合材料。

本實(shí)用新型還公開了一種智能床墊，其特征在于，包括：床墊主體和鋪設(shè)在所述床墊主體上部的柔性智能織物傳感器，且二者相互結(jié)合在一起。

本實(shí)用新型同時(shí)公開了一種智能床墊的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：

信號采集模塊，其包括上述智能床墊，用于采集人睡眠時(shí)對智能床墊的壓力信號，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電學(xué)信號；

信號處理模塊，對智能床墊輸出的電學(xué)信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化為壓力數(shù)字信號，并通過燒錄在其中的算法從壓力數(shù)字信號中提取出心率信號和呼吸頻率信號；

顯示模塊，用來顯示所述信號處理模塊輸出的壓力數(shù)字信號、心率信號和呼吸頻率信號。

進(jìn)一步地，還包括無線通信模塊，用于實(shí)現(xiàn)信號處理模塊和顯示模塊之間的信號傳輸。

更進(jìn)一步地，所述信號處理模塊包括模擬前端和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，電學(xué)信號先通過模擬前端進(jìn)行低通道濾波和放大處理，然后再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成壓力數(shù)字信號，最后通過燒錄在信號處理模塊中的算法從變化的壓力數(shù)字信號中提取出心率信號和呼吸頻率信號。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型顯而易見地具有以下有益效果：

1、本實(shí)用新型的柔性智能織物傳感器通過超聲波融合技術(shù)將納米級的納米敏感功能材料貫穿在織物料內(nèi)并鑲嵌在織物面料表面，使納米敏感功能材料與織物面料均勻牢固結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了敏感功能材料對外界壓力形變線性范圍的拓寬，提高了壓力與納米敏感材料電信號變化的線性區(qū)域，為應(yīng)用于柔性的床墊打下基礎(chǔ)。

2、智能床墊的外層覆蓋有高分子生物相容性材料的保護(hù)層，環(huán)保、輕薄柔軟且方便大面積制造。

3、將柔性智能織物傳感器集成到床墊上，在用戶睡覺的時(shí)候時(shí)刻監(jiān)測用戶的睡眠心率和呼吸頻率，還可記錄用戶的睡眠時(shí)間、離床率和翻身率等信號，非常方便用戶在家監(jiān)測自己的身體狀況。

4、智能床墊還可檢測睡眠者的壓力分布和重心分布，針對睡眠者長期睡眠姿勢的壓力分布情況，定做更符合睡眠者人機(jī)工程學(xué)的個(gè)性化床墊(如經(jīng)常受力和受力較大的地方可以下凹一點(diǎn)，以使整個(gè)身體平躺時(shí)均衡受力，來提高睡眠舒適度)，使之能夠與人體曲線完美貼合，提供均衡的支撐和優(yōu)異的回彈性能。保持睡眠過程中人體脊椎處于自然放松的狀態(tài)，從而促進(jìn)睡眠，讓人們睡得更好。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

圖1是實(shí)施例一柔性智能織物傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是實(shí)施例一智能床墊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是實(shí)施例一智能床墊的監(jiān)測系統(tǒng)示意圖；

圖4是實(shí)施例二柔性智能織物傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是實(shí)施例二智能床墊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是實(shí)施例二智能床墊的監(jiān)測系統(tǒng)示意圖。

圖中，1、壓敏材料層，2、電極層，3、保護(hù)層，4、床墊主體。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“徑向”、“軸向”、“上”、“下”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實(shí)用新型的限制。在本實(shí)用新型的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。

在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“設(shè)置”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。

實(shí)施例一

如圖1所示的柔性智能織物傳感器，包括從下至上依次設(shè)置的壓敏材料層1、電極層2和保護(hù)層3。

其中，壓敏材料層1由一體化織物面料和貫穿在織物面料內(nèi)并鑲嵌在織物面料表面的納米敏感功能材料組成。其中納米敏感功能材料可以是石墨烯、碳納米管或者石墨烯-碳納米管復(fù)合材料。

電極層2包括至少一個(gè)圖案化電極，每個(gè)所述圖案化電極通過兩條電極引線從壓敏材料層1表面引出，圖案化電極呈矩形陣列分布，且每個(gè)圖案化電極分別連接一條橫向電極引線和一條縱向電極引線。電極層2通過壓印、打印或無膠柔性印刷技術(shù)將圖案化電極和電極引線印在柔性襯底上，柔性襯底為乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷、聚對苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亞胺和聚乙烯等柔性高分子材料中的一種或幾種；圖案化電極和電極引線可采用超薄銅膜或金膜，也可采用金屬納米導(dǎo)電墨水(如納米銀導(dǎo)電墨水、銀納米線墨水、納米鋁墨水、和氧化銦錫(ITO)墨水等)，還可采用碳納米導(dǎo)電墨水(如高純度半導(dǎo)體單壁碳納米管墨水、石墨烯導(dǎo)電墨水等)，以及有機(jī)導(dǎo)電墨水(如PEDOT、PSS等)。

保護(hù)層3覆蓋在電極層2上部，可以是無紡布(除了保護(hù)作用外，還有抗菌除臭功能)或輕薄的純棉布料等；也可以是一些具有生物相容性的柔性膜(如聚二甲基硅氧烷薄膜、聚乙烯薄膜、乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜和柔性納米涂層等其中的一種)。保護(hù)層3能有效防水、防鹽汗、耐摩擦。

柔性智能織物傳感器的制造方法，包括以下步驟：

制作壓敏材料層1，將一體化織物面料置于石墨烯納米敏感功能材料液體中，利用超聲波將石墨烯納米敏感功能材料液體貫穿織物面料的內(nèi)部并鑲嵌在所述織物面料的表面，然后取出所述織物面料并烘干，使石墨烯納米敏感功能材料固化；

制作電極層2，在柔性襯底上通過壓印、刻蝕或打印的方法制作圖案化電極和電極引線；

將電極層2粘貼或者壓合在所述壓敏材料層1表面。

制作壓敏材料層的方法具體為：先將織物面料放在乙醇或去離子水中進(jìn)行預(yù)處理，以清潔表面并且提高織物的吸濕性，再配置石墨烯納米敏感功能材料液體，將織物面料放入石墨烯納米敏感功能材料液體中，通過超聲波融合技術(shù)將石墨烯納米敏感材料液體貫穿到織物面料中并鑲嵌在織物表面，最后取出融合后的織物面料并烘干，使石墨烯納米敏感功能材料固化，形成壓敏材料層。該方法能使石墨烯納米敏感材料與織物均勻牢固結(jié)合，拓寬了納米敏感功能材料對外界壓力形變線性范圍，提高了壓力與納米敏感材料電信號變化的線性區(qū)域，同時(shí)加工時(shí)間短、且降低了化學(xué)品的消耗、環(huán)保。

如圖2所示的智能床墊，包括：

床墊主體4和本實(shí)用新型實(shí)施例1的柔性智能織物傳感器；柔性智能織物傳感器鋪設(shè)床墊主體4上部，且與床墊主體4一體結(jié)合。柔性智能織物傳感器可通過縫合或粘貼的方式連接。

如圖3所示的智能床墊的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：

信號采集模塊，其包括上述的智能床墊，用于采集人睡眠時(shí)對智能床墊的壓力信號，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電學(xué)信號；

信號處理模塊，對智能床墊輸出的電學(xué)信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化為壓力數(shù)字信號，并通過燒錄在其中的算法從壓力數(shù)字信號中提取出心率信號和呼吸頻率信號；

顯示模塊，用來顯示所述信號處理模塊輸出的壓力數(shù)字信號、心率信號和呼吸頻率信號。

信號處理模塊包括模擬前端和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，電學(xué)信號先通過模擬前端進(jìn)行低通道濾波和放大處理，然后再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成壓力數(shù)字信號，最后通過燒錄在信號處理模塊中的算法從變化的壓力數(shù)字信號中提取出心率信號和呼吸頻率信號。

心率和呼吸頻率的檢測原理：人在睡眠時(shí)有節(jié)奏的呼吸和心跳引起的振動(dòng)會(huì)使柔性智能織物傳感器感知到的壓力發(fā)生相應(yīng)的變化，通過柔性智能織物傳感器采集變化的壓力信號并轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電學(xué)信號輸出。輸出的電學(xué)信號先通過模擬前端進(jìn)行低通道濾波和放大，以提高信噪比；再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬電信號轉(zhuǎn)換成壓力數(shù)字信號，以方便對壓力數(shù)字信號處理；最后通過對應(yīng)的信號處理算法從變化的壓力數(shù)字電信號中提取出心率和呼吸頻率。

同時(shí)柔性智能織物傳感器可以根據(jù)采集的壓力信號檢測睡眠者的睡眠時(shí)間、離床率和翻身率等，還可以根據(jù)需要設(shè)置離床報(bào)警系統(tǒng)。

可根據(jù)采集到的壓力信號分析睡眠者的壓力分布和重心分布，針對睡眠者習(xí)慣的睡眠姿勢定做更符合睡眠者人體工程學(xué)的個(gè)性化床墊。

另外智能床墊上還可設(shè)置溫敏傳感器，測量睡眠者睡覺時(shí)的體溫變化，一方面可作為監(jiān)測身體健康的參數(shù)，另一方面還可以在床墊上設(shè)置加熱裝置，根據(jù)體溫變化智能調(diào)節(jié)加熱裝置，保證睡眠者在合適的溫度下高質(zhì)量的睡眠。

實(shí)施例二

如圖4所示的柔性智能織物傳感器，壓敏材料層1和設(shè)置在壓敏材料層1兩側(cè)的電極層2。

壓敏材料層1由一體化織物面料和貫穿在織物面料內(nèi)并鑲嵌在織物面料表面納米敏感功能材料組成。

電極層2包括至少一個(gè)圖案化電極，每個(gè)所述圖案化電極通過兩條電極引線從壓敏材料層1表面引出，圖案化電極呈矩形陣列分布，且每個(gè)圖案化電極分別連接一條橫向電極引線和一條縱向電極引線，上層電極層2的圖案化電極和下層電極層2的圖案化電極交錯(cuò)設(shè)置。另外，多個(gè)圖案化電極也可呈圓周陣列均布。

如圖5所示的智能床墊，包括床墊本體和圖4中的柔性智能織物傳感器，二者通過粘貼或縫合的方式結(jié)合在一起。

上層的電極層2上部還可設(shè)置防水、防鹽汗和耐摩擦的高分子生物相容性材料的保護(hù)層3，可以是聚二甲基硅氧烷薄膜、聚乙烯薄膜、乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜和柔性納米涂層其中的一種。

如圖6所示的智能床墊的監(jiān)測系統(tǒng)，包括：

信號采集模塊，其包括上述的智能床墊，用于采集人睡眠時(shí)對智能床墊的壓力信號，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電學(xué)信號；

信號處理模塊，對智能床墊輸出的電學(xué)信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化為壓力數(shù)字信號，并通過燒錄在其中的算法從壓力數(shù)字信號中提取出心率信號和呼吸頻率信號；

顯示模塊，用來顯示所述信號處理模塊輸出的壓力數(shù)字信號、心率信號和呼吸頻率信號。

智能床墊的監(jiān)控系統(tǒng)還包括無線通信模塊，用于實(shí)現(xiàn)信號處理模塊和顯示模塊之間的信號傳輸。

顯示模塊可以是顯示屏、云平臺和手機(jī)等，通過無線通信模塊將壓力數(shù)字信號、心率信號和呼吸頻率信號傳輸給顯示模塊顯示，并通過儲存模塊儲存睡眠者的睡眠信息、壓力和重心分布等數(shù)據(jù)，方便基于云平臺做大數(shù)據(jù)分析，然后將數(shù)據(jù)同步到養(yǎng)老院、醫(yī)院等機(jī)構(gòu)，為遠(yuǎn)程醫(yī)療、智慧養(yǎng)老服務(wù)運(yùn)營商提供系統(tǒng)解決方案。

上述依據(jù)本實(shí)用新型的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)實(shí)用新型技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)實(shí)用新型的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。