一種可穿戴一體式智能紡織品及其製造工藝的製作方法

2023-05-23 09:43:27 1

本發明涉及智能穿戴設備領域，提供了一種可穿戴一體式智能紡織品及其製造工藝，該可穿戴一體式智能紡織品可穿戴於人體表面，用於人體體徵指數(體溫，脈搏，心電圖等)的檢測與應用。

背景技術：

智能可穿戴設備正作為一類重大科技變革而興起，將像上世紀80年代的PC和目前的移動計算及平板電腦一樣推動創新。前可穿戴技術的應用領域可分為3大類：第一類是運動健身領域，以輕量化的手錶、手環、配飾為主要形式，實現運動或戶外數據如心率、步頻、氣壓、潛水深度、海拔等指標的監測、分析與服務；第二類是醫療保健領域，以專業化方案提供血壓、心率等醫療體徵的監測與處理；第三類是電子通訊領域，這類可穿戴智能設備能夠協助用戶實現信息感知與處理能力的提升，從休閒娛樂、信息交流到行業應用，用戶均能通過擁有多樣化的傳感、處理、連接、顯示功能的可穿戴設備來實現，產品以智能手錶、眼鏡等形態為主。

總之，從對可穿戴設備的需求和研發來看，如今研究的技術關鍵點集中在如何實現低功耗維持長時間的續航能力、小面積高性能器件的開發、適當的體積尺寸、以及如何與智慧型手機並存或獨立存在等方面，這些是今後技術發展與突破的方向。

此外，電子業和計算器產業興起一種新潮流——設計出能穿的、並與衣服「融為一體」的高科技產品。未來的電子產品能完美地「隱藏」在服裝裡，而未來的服裝則變身為一臺能「穿」在身上的計算機。Gartner預測「智能衣服」將會成為2015年的突破性智能穿戴技術。智能衣服市場目前依然還是空白，Gartner的數據顯示2015年智能衣服市場的市場值將達到1000萬美元，2016這一數字將達到2600萬美元。在2015年，智能衣服將會取代智能手錶和智能手環，成為可穿戴科技的主角。

現有的智能衣服，例如會「讀心術」的衣服，其能監測心率、呼吸、血壓等數據。美國喬治亞州科技學院研發的這款心率呼吸檢測服就具備了實用的醫學價值。

服裝製造商還把這種衣服的目標人群定位於運動員和健身人士，因為他們在訓練時要詳細記錄自己身體的情況。美國公司Textronics已經利用這種技術生產出多款能夠 測量心率、呼吸、體溫及血壓等生命數據的貼身內衣和運動服。另外，這種衣服還在醫學上被廣泛用於預防嬰兒猝死症候群。

綜上，現有技術的缺點在於：現有的智能衣服，鞋帽，系統設計複雜，製造工藝複雜，電子設備植入於衣服和鞋帽的設計複雜；複雜的設計可能需要複雜的工藝實現，增加製造難度，對現有服裝製造設備也是挑戰，可能缺乏自動化生產設備；為適用不同人群和氣候環境，需要設計不同款式，尺寸，顏色等，無疑增加設計和製造成本；由於對穿著要求很高，不適用於嬰幼兒及行動不方便的老人和殘疾人；設備尺寸過大，能耗太高，電池續航短，需經常充電；由於價格過高，適用於人群有限，市場小，價值低。

技術實現要素：

(一)解決的技術問題

針對現有技術存在的上述缺點，本發明從過簡單的穿戴型紡織品出發，設計出簡單、易於使用並可反覆清洗的可穿戴設備，通過簡單的改造和再加工，實用性強，製造工藝簡單，穿著舒適，可長時間佩戴並反覆使用。根據本發明的穿戴型紡織品配合智慧型手機app的使用，還可實現電子紡織品的智能化和無線化，可實現遠距離讀取測量數據，並且數據可存取於雲端。

(二)技術方案

根據本發明的一個方面，提供了一種可穿戴一體式智能紡織品的製造工藝，其包括以下步驟：

以塑料薄膜為基底在其上形成柔性電路的步驟，其中，所述柔性電路的一面形成有通過可拉伸的導線依次連接的傳感器模塊、模數轉換模塊、數字處理模塊、射頻電路模塊和天線，所述柔性電路的另一面上與所述傳感器模塊對應的位置形成有傳感電極。

在彈性較低的布的兩端環接鬆緊帶的步驟：

以所述柔性電路不包含傳感電極的一面貼合所述彈性較低的布的內側的方式，將所述柔性電路縫製或者粘貼在所述彈性較低的布上，並且在所述柔性電路包含傳感電極的一面結合外層覆蓋布面，其中所述外層覆蓋布面與所述傳感電極對應的位置形成有測量開口。

進一步地，其還包括採用柔性封裝塑料薄膜對所述柔性電路進行雙面真空塑封的步驟，雙面真空塑封採用真空塑封工藝，該塑封使用的薄膜是耐高溫的聚乙烯，聚丙烯或 者聚苯乙烯薄膜材料，其中所述柔性封裝塑料薄膜在與所述傳感電極對應的位置設有傳感電極端開口，所述傳感電極與所述傳感電極端開口之間進行防水處理。

進一步地，其還包括在採用柔性封裝塑料薄膜對所述柔性電路進行雙面真空塑封之前，在所述柔性電路表面塗刷防水塗層。

優選地，其中所述防水塗層為樹脂類聚合物，比如環氧樹脂或者矽樹脂等。

優選地，其中所述柔性電路、所述彈性較低的布以及所述外層覆蓋布面的形狀和尺寸大致相同。

優選地，其中所述塑料薄膜、所述彈性較低的布以及所述外層覆蓋布面的彈性基本上相同。

優選地，其中所述傳感電極為惰性電極或者鍍金的普通電極,所述惰性電極可以由金，鉑金等材料製成。

優選地，其中所述塑料薄膜為kapton(聚醯亞胺)。

進一步地，所述柔性電路還包括電源模塊，所述電源模塊包括輕薄一次性電池或者包括可充電電池。

根據本發明的另一方面，還提供了根據上述製造工藝製造的可穿戴一體式智能紡織品。

(三)有益效果

基於上述技術特徵，本發明能夠取得的以下有益技術效果：

根據本發明的可穿戴一體式智能紡織品的製造工藝簡單，無需特別設備，傳統服裝設備和流水線就可以製造，生產成本較低；整體形式為棉織品，而其電路部分也是柔性的，使得產品柔軟舒服，可以到緊貼皮膚，使得傳感器測量更加準確，並且適合長時間佩戴和測量；由於樣式簡單，可以使用簡單，對人體和使用環境無特使要求；本產品特別適合嬰幼兒，安全性高；相比較現有的穿戴設備，本產品成本較低，具有極大價格優勢，容易被市場接受，推廣快速；基於紡織品結構，本發明首次實現智能可穿戴設備的多次清洗(機洗，手洗)和長期潔淨使用，達到塑料，金屬和其他材質的可穿戴設備都無法做到清洗的功能。

附圖說明

圖1是根據本發明的可穿戴一體式智能紡織品的結構分解示意圖；

圖2是對圖1中柔性電路進行雙面真空塑封的示意圖；

圖3是根據本發明的可穿戴一體式智能紡織品的工作流程圖。

具體實施方式

以下將結合附圖1-3，對本發明的一種可穿戴一體式智能紡織品的製造工藝進行進一步詳細說明。

根據本發明的一個方面，如圖1所示，提供了一種可穿戴一體式智能紡織品的製造工藝，其包括以下步驟：

以塑料薄膜為基底在其上形成柔性電路2的步驟，其中，所述柔性電路2的一面形成有通過可拉伸的導線依次連接的傳感器模塊、模數轉換模塊、數字處理模塊、射頻電路模塊和天線，所述柔性電路的另一面上與所述傳感器模塊對應的位置形成有傳感電極，所述傳感電極為惰性電極或者為經過鍍金處理的普通電極，所述射頻電路模塊可採用低功耗的藍牙技術，並且所述柔性電路還可包括諸如電池的電源模塊，根據不同的使用目的和要求，可以使用一次性電池，或者可充電電池；

在彈性較低的布3的兩端環接鬆緊帶的步驟，即在所述彈性較低的布3的兩端或者接近兩端的位置縫製或者粘貼鬆緊帶從而連接成環的步驟，在此步驟中為了滿足不同的需求，可根據實際使用環境選用不同彈性或者不同類型的鬆緊帶；

以所述柔性電路2不包含傳感電極的一面貼合所述彈性較低的布3的內側的方式，將所述柔性電路2縫製或者粘貼在所述彈性較低的布3上，並且在所述柔性電路2包含傳感電極的一面結合外層覆蓋布面1，其中所述外層覆蓋布面1與所述傳感電極對應的位置形成有測量開口，以使得所述傳感電極在測量時能夠緊貼測量部位，從而獲得更加準確的測量結果。

本領域技術人員不難理解上述製造工藝中，以塑料薄膜為基底在其上形成柔性電路2的步驟與在彈性較低的布3的兩端環接鬆緊帶的步驟的次序可以互換，並且本發明中列舉的多個功能模塊可在各個單元中單獨實現，還可以將多個功能模塊合併在同一單元中實現，例如，將模數轉換模塊和數字處理模塊合併入微處理器中。上述步驟中提及的縫製優選地採用棉線進行縫製，其中提及的粘貼優選地採用塗布膠進行粘貼。

進一步地，如圖2所示，其還包括採用柔性封裝塑料薄膜對所述柔性電路進行雙面 真空塑封的步驟，雙面真空塑封採用傳統真空塑封工藝，無需特殊設備和工藝方法，塑封使用的薄膜可以是耐高溫的聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯等薄膜材料。其中所述柔性封裝塑料薄膜在與所述傳感電極對應的位置設有傳感電極端開口，所述傳感電極與所述傳感電極端開口之間進行防水處理，所述柔性封裝塑料薄膜的寬度可設置為大於所述柔性電路的寬度。

進一步地，其還包括在採用柔性封裝塑料薄膜對所述柔性電路進行雙面真空塑封之前，在所述柔性電路表面塗刷防水塗層，所述防水塗層為環氧樹脂或者矽樹脂等類似的防水、絕緣材料，這類塗層起到進一步絕緣防水抗高溫低溫，滿足洗衣機各種清洗的要求。

特別地，其中所述進行雙面真空塑封的柔性電路、所述彈性較低的布以及所述外層覆蓋布面的形狀和尺寸大致相同；並且所述塑料薄膜、所述彈性較低的布以及所述外層覆蓋布面的彈性基本上相同，並且它們的彈性低於可拉伸的導線的伸縮性能，以避免過度的拉伸對柔性電路造成破壞性的損傷。

特別地，作為基底的塑料薄膜可以選用市面上常見的kapton，即聚醯亞胺薄膜材料，其具有優良的化學穩定性、耐高溫性、堅韌性、耐磨性、阻燃性以及電絕緣性，易於在其上形成柔性電路。

根據上述製造工藝製造所得的一種可穿戴一體式智能紡織品一併納入本發明的保護範圍內，根據實際使用情況，所述一種可穿戴一體式智能紡織品可製成頭帶、肩帶、臂帶、腕帶或者胸帶等形狀，並以棉質為主，並可測量溫度、脈搏、心電圖、腦電圖等。

如圖3所示，根據本發明的可穿戴一體式智能紡織品的使用過程如下：

將所述可穿戴一體式智能紡織品佩戴於待測部位，保證鬆緊適度，並確保傳感電極緊貼人體皮膚，從而達到長時間、精確測量的目的；

所述傳感電極將測量信號傳遞至傳感器模塊，所述傳感器模塊將測量獲得的模擬信號通過模數轉換模塊ADC將模擬信號轉換為數位訊號，並將所述數位訊號經過相應的數字處理模塊處理後，通過低功率藍牙經由天線發送給智能終端，其中，所述智能終端可以是智慧型手機、平板電腦和/或移動閱讀器等；

該智能終端可將所述數據進行雲存儲，以方便記錄以及今後使用。所述智能終端還可下載相應的智慧型手機app，根據可穿戴一體式智能紡織品的使用說明，通過藍牙或者 WIFI設置智能終端與可穿戴一體式智能紡織品聯機，並可利用智慧型手機和智能平板app，或者移動閱讀器顯示實時測量結果和歷史數據，從而可提供更加精確的診斷或者監測。

總之，本發明以棉織品為主要材質，柔性電路可摺疊、可適度拉伸並防水，其製造工藝簡單，可反覆水洗，並可長時間的佩戴使用。根據本發明的主要產品形式為佩戴型為主的壓迫設計形式，包括頭帶，腕帶，臂帶，胸帶，肩帶等鬆緊帶或者綁帶。這些佩戴於頭部，手腕，手臂，胸部等處的鬆緊帶，樣式簡單，使用簡單，製造工藝相對於衣物更加簡單，生產成本較低，適用於大多數人群，容易被市場接受，再加上使用設備功耗很低，可以使用很長時間而不要充電或者更換電池。本發明通過將柔性電路縫製於鬆緊帶型的紡織品中，成為一體式穿戴電子，可以有效克服現有技術的不足。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。