一种织物传感器设计方法及织物呼吸测量装置

摘要

本发明涉及一种织物传感器设计方法及织物呼吸测量装置，它包括以下步骤：1)镀银导电纱线的自感由内电感和外电感构成；2)距镀银导电纱线轴线x处磁场强度及磁感应强度；3)在距镀银导电纱线轴线x处取一宽度为dx、长度为1的面积，得磁通及磁链；4)得镀银导电纱线内部的总磁链；5)得镀银导电纱线单位长度的内电感；6)在镀银导电纱线外任取一点P(x,y)，镀银导电纱线在P(x,y)点的磁感应强度；7)镀银导电纱线外部的总磁链；8)镀银导电纱线每单位长度的外电感；9)镀银导电纱线每单位长度的电感；10)可知镀银导电纱线的电感与镀银导电纱线的位置有关，进而间接获得呼吸信号和呼吸率。本发明适合日常生活以及运动状态中的呼吸信号和呼吸率监测。

主权项

一种织物传感器设计方法，其特征在于，该设计方法包括以下步骤：1)在镀银导电纱线通入交流电流时，镀银导电纱线的内部及其周围产生交变磁通；2)如果磁路的导磁系数为常数，则与镀银导电纱线的磁链ψ和电流I呈线性关系，镀银导电纱线的自感L为：$L=\frac{\psi }{I};$3)当长度为l的镀银导电纱线通入电流时，镀银导电纱线的外部和内部均产生磁通，镀银导电纱线的自感也由内电感L_i和外电感L_e构成；4)电流I沿镀银导电纱线的截面均匀分布，根据环路安培定律，以镀银导电纱线轴线为中心，x为半径的圆周作为积分路径，则：式中，为距镀银导电纱线轴线x处的磁场强度；r为镀银导电纱线的半径；5)得到距镀银导电纱线轴线x处的磁场强度为：$\overrightarrow{H_x}=\frac{x}{2{\mathrm{\pi r}}^2}I;$6)镀银导电纱线的导磁系数为μ，则距镀银导电纱线轴线x处的磁感应强度B_x为：$B_x=\mu \overrightarrow{H_x}=\frac{\mu xI}{2{\mathrm{\pi r}}^2};$7)在距镀银导电纱线轴线x处取一宽度为dx、长度为1的面积，则该磁通dφ_i为：${\mathrm{d\phi }}_i=B_{x}dx=\frac{\mu xI}{2{\mathrm{\pi r}}^2}dx;$8)磁通dφ_i所交链的镀银导电纱线匝数为即相应的磁链dψ_i为：${\mathrm{d\psi }}_i=\frac{{\mathrm{\pi x}}^2}{{\mathrm{\pi r}}^2}{\mathrm{d\phi }}_i=\frac{{\mathrm{\mu x}}^{3}I}{2{\mathrm{\pi r}}^4}dx;$9)镀银导电纱线内部的总磁链为：${\psi }_i=\underset{0}{\overset{r}{\int }}\frac{{\mathrm{\mu x}}^{3}I}{2{\mathrm{\pi r}}^4}dx=\frac{\mu I}{8\pi }=\frac{{\mu }_{0}I}{8\pi };$式中，对于非铁磁材料纱线的导磁系数μ≈μ₀；10)镀银导电纱线单位长度的内电感L_i为：$L_i=\frac{{\mu }_0}{8\pi };$11)镀银导电纱线的外电感L_e与镀银导电纱线外部磁链有关，从镀银导电纱线外一点来看，镀银导电纱线中的电流集中于纤维线的轴线上，取镀银导电纱线的轴线作为y轴，镀银导电纱线的一个端点作为原点，在镀银导电纱线外任取一点P(x,y)，根据毕奥‑萨伐尔定律，在无限大均匀媒质中电流微段Idy₁在其附近的P(x,y)点所引起的磁感应强度dB为：$dB=\frac{{\mathrm{\mu Idy}}_{1}sin\alpha }{4{\mathrm{\pi d}}^2};$式中，d表示此微段到P(x,y)点的距离，即：d²＝x²+(y‑y₁)²；α表示该距离矢径和微段方向间的夹角，即：12)当周围介质是空气时，μ＝μ₀，镀银导电纱线在P(x,y)点的磁感应强度为：$B_P=\frac{{\mu }_{0}I}{4\pi x}[\frac{l-y}{\sqrt{x^2+{(l-y)}^2}}+\frac{y}{\sqrt{x^2+y^2}}];$13)镀银导电纱线外部的总磁链为：${\psi }_e=\underset{r}{\overset{\infty }{\int }}{\mathrm{d\psi }}_{e}dx=\frac{{\mu }_{0}I}{2\pi }[l\times ln\frac{l+\sqrt{r^2+l^2}}{r}-\sqrt{r^2+l^2}+r]\approx \frac{{\mu }_{0}Il}{2\pi }(ln\frac{2l}{r}-1);$式中，l＞＞r；14)镀银导电纱线每单位长度的外电感为：$L_e=\frac{{\psi }_e}{Il}=\frac{{\mu }_0}{2\pi }(ln\frac{2l}{r}-1);$15)镀银导电纱线每单位长度的电感为：$L=L_i+L_e=\frac{{\mu }_0}{2\pi }\left(ln\frac{2l}{r}\right);$16)镀银导电纱线的电感与镀银导电纱线的位置有关，当改变镀银导电纱线之间的距离时，镀银导电纱线的电感将随之发生改变，因此通过测量镀银导电纱线电感的变化量，进而获得呼吸信号和呼吸率。