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TWI689263B - 作爲衣著物品之用以監測使用者生理參數的裝置 - Google Patents

作爲衣著物品之用以監測使用者生理參數的裝置 Download PDF

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TWI689263B
TWI689263B TW105106729A TW105106729A TWI689263B TW I689263 B TWI689263 B TW I689263B TW 105106729 A TW105106729 A TW 105106729A TW 105106729 A TW105106729 A TW 105106729A TW I689263 B TWI689263 B TW I689263B
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馬瑞昂 構利茲
希爾文 若爾曼
皮爾葉斯 福爾因
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法商百歐瑟瑞納提公司
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Abstract

本發明有關一種用以監測一使用者之呼吸的裝置，包含：一紡織支撐物包含一管狀部乃藉針織一電絕緣的主要基底紗所形成，該管狀部係能夠覆蓋該使用者的胸部；至少一呼吸感測器乃藉針織一檢測紗所形成，該檢測紗包含一內芯係由一電絕緣材料製成，及一外鞘包圍著該內芯，該外鞘係由一導電材料製成；其中該呼吸感測器形成一導電帶具有一第一端和一第二端定位在相隔一距離處，該二端係能被連接於一用以測量該導電帶之電阻的裝置。

Description

作為衣著物品之用以監測使用者生理參數的裝置 發明領域
本發明係有關一種可被使用者穿戴作為衣著物品之用以監測呼息的裝置。
發明背景
為能持續地監測一使用者的生理狀態，已知如何將感測器固定在意要形成一衣著物品的紡織結構中。該等感測器可例如容許一心電圖訊號的測量，其係代表一穿戴該衣著物品之使用者的心臟作動。
但是，該等感測器可能有時會顯得粗重，因而造成使用者的不舒服。且，該等感測器要組裝於衣著物品上，及它們的電連接可能會顯得較複雜。
EP 1 506 738專利文件描述一種包含織物感測器的彈性衣物。該等感測器一方面包含可撓的織物電極貼抵著皮膚用於收集該身體所產生的電訊號以供製作一心電圖或一肌電圖，且另一方面包含一機械變形感測器用以測量該使用者的呼吸動作。該等電極係藉編織或針織一彈性導電紗所形成。該機械變形感測器包含一非針織的彈性導電 紗。該彈性導電紗係藉繞一由非導電彈性紗構成的核芯來包捲一不可伸長的導電紗所獲得，即，該導電紗係螺旋地捲繞該非導電彈性紗。當該彈性導電紗伸展時，該紗會伸長且相鄰的繞圈會互相移開，而造成一可測量的電阻變化，其係有賴於該彈性導電紗的伸長。
US 2007/0171024專利文件描述一種衣著物品，其中係整合一量計能給予監測穿著該衣物的使用者之呼吸的可能性。該衣著物品包含一由非導電紗織成的織物基礎。該量計係由一以一非導電紗嵌心的導電紗所形成，並在該使用者的腹部區或胸部處織穿該織物基礎。該導電紗係由超細金屬紗與紡織纖維或混有金屬纖維的紡織纖維捻合所組成。該使用者的呼吸動作會造成該導電紗之一伸長或一收縮。該導電紗的長度變化會造成該紗線的電性質之一變化。
在此一衣著物品中，該導電紗的連接於一測量裝置首先必須剝皮該導電紗，即移除包圍著它的非導電紗，才能在該導電紗與一連接纜線之間造成一電觸點。
又，以一非導電紗捲繞該導電紗會增加該導電紗的總直徑，此會增加製造該衣著物品的成本，並可能會使穿著該衣物之使用者產生不舒服感。
本發明概要
本發明之一目的係為推薦一種用以追踪一使用者的呼吸之裝置，其具有改良的舒適性並會最少化製造該 裝置所需的製造步驟。
此目的係可在本發明的範圍內藉由一用以監測一使用者之呼吸的裝置來獲得，其包含：一紡織支撐物包含一管狀部乃藉針織一電絕緣的主要基底紗所形成，該管狀部係能夠覆蓋該使用者的胸部；至少一呼吸感測器乃藉針織一檢測紗所形成，該檢測紗會形成多數的針跡，該檢測紗包含至少一內芯為一電絕緣材料，及一外鞘包圍著該內芯，該外鞘係被以一導電材料形成，而能在該檢測紗的針跡之間產生電觸點。
該呼吸感測器會形成一導電帶，具有一第一端和一第二端定位在相隔一距離處，該二端係能被連接於一用以測量該導電帶之電阻的裝置。
該導電帶係相對於該管狀部被置設成，當該使用者的胸部被覆以該紡織支撐物時，則該導電帶會因為該使用者的呼吸而交替地伸展和收縮，該導電帶的伸展和收縮具有改變該導電帶內的檢測紗之針跡間的電觸點之作用，而造成該導電帶的電阻之改變。
在此一裝置中，該檢測紗不是絕緣的，其容許使用一較小的紗線，而成本較低且更輕。此外，該檢測紗的連接於該測量裝置不需要該檢測紗的任何先行剝皮。
又，該檢測紗的連續針跡等會以其本身形成該外鞘的多個觸點。其主要係該等電觸點於該導電帶之伸展和 收縮時的改變會產生該電阻之一改變，而非該實際紗線的伸展或收縮。
所推薦的裝置可更具有以下的特徴：該檢測紗包含至少一內芯係由一聚合物材料製成，較好為聚醯胺；依據一第一可能性，該檢測紗的外鞘係以一由一導電材料較好是銀製成的紗線包捲該內芯所形成；依據一第二可能性，該檢測紗的外鞘係以一由一導電材料較好是銀製成之層包覆該內芯所形成；該紗線可由若干非導電單絲所組成，各單絲係被塗覆一由一導電材料較好是銀製成的外層；於此情況下，該等塗層的單絲可被捻合在一起；該管狀部係藉針織該主要基底紗與一彈性紗所形成；該導電帶會至少部份地包圍該使用者的胸部，較好在其胸骨及/或腹肌的高度，並延伸於該使用者的腹部及/或背部上；該導電帶可以延伸於該使用者的腹部和背部上；該管狀部和該呼吸感測器係藉圓形針織在單一操作中所形成，該基底紗和該檢測紗係被交替地針織；於針織期間，當該基底紗被針織時，該檢測紗係被切斷；該裝置更包含一絕緣層，當該使用者被覆以該紡織支撐物時，係位於該導電帶與該使用者的皮膚之間； 該裝置更包含一鞘套附接於該管狀部上，及連接纜線等設在該鞘套內部，用以將該導電帶的兩端連接於該測量電阻的裝置。
1‧‧‧監測呼吸裝置
2‧‧‧紡織支撐物
3、4‧‧‧呼吸感測器
5‧‧‧中鞘套
6‧‧‧口袋
16‧‧‧主要基底紗
17‧‧‧檢測紗
21‧‧‧管狀部
24‧‧‧頸部
25‧‧‧前部
26‧‧‧背部
31、41‧‧‧導電帶
51~54‧‧‧纜線
61‧‧‧測量電阻裝置
166‧‧‧未針織部份
171‧‧‧內芯
172‧‧‧外鞘/外層
173‧‧‧導電紗
174‧‧‧導電層
175‧‧‧導電單絲
176‧‧‧切斷端
311、312、411、412‧‧‧分支
313、314、413、414‧‧‧連接部
315、316、415、416‧‧‧末端
611‧‧‧電壓產生器
612‧‧‧電阻器
P‧‧‧接觸點
U1‧‧‧輸入電壓
U2‧‧‧輸出電壓
X‧‧‧中軸線
Y‧‧‧伸展方向
其它的特徴和優點等將可由以下說明更易清楚得知，其係純為舉例說明而非限制性的，且應參照所附圖式來被閱讀，其中：圖1示意地示出一依據本發明之一可能實施例之用以監測呼吸的裝置之前視圖；圖2示意地示出該用以監測呼吸的裝置之後視圖；圖3為該裝置之一細節視圖；圖4示意地示出該裝置包含一鞘套及連接纜線等；圖5A和5B分別為該裝置的正面和背面之示意細節視圖；圖6和7分別示意地示出當該感測器在靜止狀態和在伸展狀態時，針跡形成一呼吸感測器；圖8和9分別示意地示出當該導電紗在靜止狀態和在伸展狀態時，一導電紗形成數針跡；圖10示意地示出一用以形成該紡織支撐物的非導電紗之結構；圖11示意地示出一依據一第一可能性之用以形成該感測器的導電紗之結構；圖12示意地示出一依據一第二可能性之用以形成該感測器的導電紗之結構； 圖13示意地示出一依據一第三可能性之用以形成該感測器的導電紗之結構；圖14為該呼吸感測器與一用以測量該導電帶之電阻的裝置之一同等電路圖；圖15示意地示出由該呼吸感測器記錄的電阻之變化。
一實施例之詳細說明
在圖1至4中，所示之用以監測呼吸的裝置1包含一紡織支撐物2，及多數個感測器3及4整合於該紡織支撐物2中，用來監測一使用者的呼吸。
該紡織支撐物2外觀如一衣著物品，譬如一襯衫，能夠覆蓋該使用者的身體。
在圖1至4所示的實施例中，該等感測器包含二呼吸感測器3和4。
該等呼吸感測器3和4可供檢測穿著該衣物的使用者之胸腔及/或腹部的呼吸動作。
該紡織支撐物2包含一管狀部21能夠包圍該使用者的胸部。
該管狀部21具有一頸部24可讓頭部穿過，一前部25(可見於圖1中)能夠覆蓋該使用者之一腹部，及一背部26(可見於圖2中)能夠覆蓋該使用者之背的一部份。
該管狀部21係藉由一電絕緣的主要基底紗，及一彈性紗的同時針織所形成。
該主要基底紗16係示意地示於圖10中。該主要基 底紗16是一人造紗線，由一聚合物材料製成，譬如一聚醯胺紗(PA)或一聚酯紗(PES)。
該彈性紗(未示出)係由一熱塑性彈性體，或以一聚氨酯衍生物製成的紗線，用Lycra®為商標(由Invista公司行銷)。該彈性紗可為包捲或雙包式。
該基底紗16和該彈性紗係被針織在一起，而使該基底紗完全地覆蓋該彈性紗。
各呼吸感測器3和4會在一位於該胸骨頂上與腹部底下之間的區域中延伸圍繞該使用者的胸部。
各呼吸感測器3和4係藉針織一導電檢測紗所形成者。
如圖11至13中所示，該檢測紗17包含至少一內芯171係由一電絕緣材料製成，及一外鞘172包圍著該內芯，該外鞘172係由一導電材料製成。該內芯171的電絕緣材料可為一聚合物，例如聚醯胺。
該外鞘172的導電材料可為一金屬，較好為一生物可相容的金屬，譬如銀。
依據一第一可能性(示於圖11中)，該檢測紗17的外鞘172係藉以一由一導電材料製成的紗線173包捲該內芯171所形成者。換言之，該由一導電材料製成的紗線173係螺旋地捲繞該內芯171。
依據一第二可能性(示於圖12中)，該檢測紗的外鞘172係藉以一由一導電材料製成之層174包覆該內芯171所形成者。該覆層可被以一真空沉積技術，例如，以該導 電材料的陰極濺射來達成。
依據一第三可能性(示於圖13中)，該檢測紗17係由一束扭捻在一起的導單絲175所組成。各導電單絲包含一核芯171由一絕緣材料製成，並覆以一由一導電材料較好是銀製成的外層172。
如在圖1至4中可見到，該第一呼吸感測器3形成一第一導電帶31，當該使用者穿戴該衣物時會在其胸骨處繞該使用者的胸部延伸。該第一導電帶31可包含若干分支繞該使用者的胸部互相平行延伸。
更具言之，在圖1至4中，該第一導電帶31包含二縱向分支311、312互相平行延伸。
各縱向分支311、312會沿該針織方向延伸，即平行於一排的方向。
又，各縱向分支311、312會延伸於該衣著物品的正面和背面上。
該第一帶31亦包含連接部313、314等橫交於該針織方向延伸，並在該等縱向分支311、312的末端處將它們互相電連接。
該第一分支311係在該衣著物品的正面之一中軸線X處(一通過該使用者的肚臍之虛軸線)中斷。
該第一帶31會形成一電廻路具有兩端315、316，位在該中軸線X的兩側相隔一距離處。該第一帶31的兩端315和316係能被電連接於一用以測量該第一導電帶31之電阻的裝置。
各分支311、312具有一寬度包含1至50排之間的針跡。
該第二呼吸感測器4形成一第二導電帶41在該使用者的腹肌處繞其胸部延伸。
該第二導電帶41係類似於該第一導電帶31。該第二導電帶41包含二分支411、412繞該使用者的胸部互相平行延伸，及二連接部413、414。該第一分支411係在一中軸線X處中斷。故該第二導電帶41亦具有兩端415和416位在該軸線X的兩側相隔一距離處，並能被電連接於一用以測量該第二導電帶41之電阻的裝置。
該管狀部21及該等呼吸感測器3和4係藉圓形針織在單一操作中所形成。該等導電紗線的插入係為所謂”藉由刺綉”。
故，形成該主管狀部21的基底紗16(與該彈性紗)及形成該等感測器3和4的檢測紗17於該針織操作中會被交替地針織。
換言之，於該針織操作中，當該檢測紗17被針織時，該基底紗16會停止被針織。同樣地，當該基底紗16被針織時，該檢測紗17亦會停止被針織。
又，如圖5A和5B中所示，當該基底紗16被針織時，該檢測紗17會被切斷。在圖5A中，該檢測紗17的切斷端176等會沿該等呼吸感測器之連接部313-314的邊緣(亦沿該等連接部413、414的邊緣)出現在該衣著物品的背面上。
另一方面，該基底紗16並未被切斷，因此該基底 紗的未針織部份166會隨於該等呼吸感測器的連接部313、314之後(亦沿該等連接部413、414的邊緣)出現在該衣著物品的背面上。
又，該用以監測呼吸的裝置1包含一或數個口袋，藉捲曲該種壓鈕、鈕孔或鉚釘之一金屬部份，以縫鈕、焊接或熱黏接來附接在該紡織支撐物上。此等附加的口袋容許電子組件插入該衣著物品中，例如一電池或一測量裝置。為能限制該等電子組件相對於該紡織支撐物的位移，各口袋的尺寸係小於其所容納的組件之尺寸。該組件的插入於該口袋內乃是可能的，因此該紡織支撐物有彈性的性質。
特別是，該裝置1包含一口袋6(可見於圖1至4中)及一用以測量電阻的裝置61(可見於圖3中)容納於該口袋6內。該口袋6係置設在該紡織支撐物2上，而當該使用者穿著該衣物時會位於該使用者之一肩上。此位置會使其當該使用者躺下時因該裝置的存在而產生之不舒服的可能性最小化。該測量電阻裝置61係能夠測量並記錄該等導電帶31和41的電阻變化，俾可追縱該使用者的呼吸。
該監測呼吸裝置1更包含一中鞘套5(可見於圖4中)沿該中軸線X附接於該管狀部21上，及電連接纜線51至54等設在該鞘套5內部，而能將該各感測器連接於該測量裝置61。該中鞘套會沿該衣著物品的中軸線X延伸。該中鞘套5較好係附接在該裝置的背面上。
該等呼吸感測器3和4的連接係以如下方式來達成。一連接纜接51、52、53、54之一曝露端係中夾於一要 被連接的末端315、316、415、416與一添加的導電織物部件之間。該織物部件係被以一黏劑藉由黏接來附接在該末端315、316、415、416上。該使用的黏劑係為一種以聚己內醯胺(PCL)為主的黏劑。
圖6和圖7示意地示出形成該呼吸感測器3之該導電帶31的結構，分別在該靜止狀態和該伸展狀態。
該基底紗16係被針織成會形成多數排。
且，該檢測紗17亦被針織成會形成多數排。
用於該檢測紗17的針織技術係緯編針織(即由同一連續紗線形成的各針跡係位於同一排中)，較好有一平針織基礎。同樣的針織技術亦可被用於該基底紗16。
每一排皆由多數個連續的針跡所組成。同一排的針跡會形成環圈等交替地在一方向嗣在另一方向彎曲，而使該排的針跡會交替地與緊接的下一排之針跡及緊接的上一排之針跡交織。
如圖6中所示，當該導電帶31在該靜止狀態時，同一排的針跡會在多數個接觸點P處互相接觸。
如圖7中所示，當該導電帶31在一平行於該針織方向(即一排的方向)之方向Y伸展時，該檢測紗17的各針跡會互相移開，此會減少該等針跡之間的接觸點P之數目。
故該等針跡的分開會造成該導電帶31內的接觸點P之一重組構，此會具有改變該導電帶31之電阻的效果。
更具言之，此係如圖8中所示，當該導電帶31在該靜止狀態時，一電流可沿該檢測紗17經由沿該虛線的接 觸點P流過。
另一方面，如圖9中所示，當該導電帶31伸展時，該等接觸點會消失，此會增加該檢測紗17的有效電阻。
故，藉由測量該導電帶31之電阻中的變化，其乃可能檢測該使用者的呼吸動作。
相同的原理亦適用於該導電帶41。
圖14為一用以測量該導電帶31之電阻的裝置61之一電路方塊圖。
該裝置61包含一電壓產生器611，及一第一電阻器612。該電壓產生器611會產生一低輸入電壓U1，係為10mv的等級。
在該導電帶之端子上所產生的輸出電壓U2係等於：U2=U1* R/(R+R612)
其中R是該導電帶31的電阻，R612是該電阻器612的電阻值，而U1是該產生器611所產生的輸入電壓。
藉著測量該導電帶31的兩端315和316之間的電壓，其乃可能由之推算出該導電帶31的電阻R。
圖15為一圖表乃示出當該裝置1被一正在呼吸的使用者穿戴時，經一段時間測出之該導電帶31的電阻之變化。
該導電帶31的電阻直接有賴於其延伸。所測出的電阻變化可被處理而來監測呼吸參數，譬如該使用者的呼吸率或該等呼吸循環的波幅。
該裝置1可更包含一或數個絕緣層(未示出)，當該使用者被覆以該紡織支撐物2時，係位於該等導電帶31和41與該使用者的皮膚之間。該等絕緣層可被以一可延伸的織物或隔膜來形成。該等絕緣層會給予該使用者的皮膚電隔絕於該等有電流流過其中之導電帶31和41的可能性。
1‧‧‧監測呼吸裝置
2‧‧‧紡織支撐物
3、4‧‧‧呼吸感測器
6‧‧‧口袋
21‧‧‧管狀部
24‧‧‧頸部
25‧‧‧前部
31、41‧‧‧導電帶
311、312、411、412‧‧‧分支
313、413‧‧‧連接部
315、316、415、416‧‧‧末端
X‧‧‧中軸線

Claims (10)

  1. 一種用以監測一使用者之呼吸的裝置，包含：一紡織支撐物，包含一管狀部，乃藉針織一電絕緣的主要基底紗所形成，該管狀部係能夠覆蓋該使用者的胸部；至少一呼吸感測器，乃藉針織一檢測紗所形成，該檢測紗會形成多數個針跡，該檢測紗包含由一電絕緣材料製成的至少一內芯，及包圍著該內芯的一外鞘，該外鞘係由導電材料製成，從而在該檢測紗的針跡之間產生電觸點；其中該管狀部及該呼吸感測器係藉圓形針織在單一操作中形成，該基底紗和該檢測紗係被交替地針織；其中該檢測紗形成多數排；其中於該針織期間，當該基底紗被針織時，該檢測紗係被切斷，從而形成出現在該紡織支撐物的一背面上的該檢測紗的多數切斷端；其中該呼吸感測器形成一導電帶，其具有定位在彼此相隔一距離處之一第一端和一第二端，該二端係能被連接於一用以測量該導電帶之電阻的裝置；且該導電帶係相對於該管狀部被置設成，當該使用者的胸部被覆以該紡織支撐物時，該導電帶會因為該使用者的呼吸而交替地伸展和收縮，該導電帶的伸展和收縮具有改變該導電帶內之檢測紗的針跡之間的電觸點 之作用，而造成該導電帶中的電阻之一改變。
  2. 如請求項1之裝置，其中該檢測紗包含至少一內芯，係由一聚合物材料製成，較好為聚醯胺。
  3. 如請求項1的裝置，其中該檢測紗的外鞘係藉以一導電材料較好是銀製成的紗線捲繞該內芯所形成。
  4. 如請求項1的裝置，其中該檢測紗的外鞘係藉以一導電材料較好是銀製成的層來包覆該內芯所形成。
  5. 如請求項1的裝置，其中該檢測紗係由若干導電單絲所組成，各導電單絲包含一核芯，被覆以一由一導電材料較好是銀製成的外層。
  6. 如請求項5之裝置，其中該等有覆層的單絲係捻合在一起。
  7. 如請求項1的裝置，其中該管狀部係藉針織該主要基底紗與一彈性紗所形成。
  8. 如請求項1的裝置，其中該導電帶包圍該使用者的胸部或該胸部的一部份，較好是在胸骨及/或腹肌的高度處，並延伸於該使用者的腹部及/或背部上。
  9. 如請求項1的裝置，更包含一絕緣層，當該使用者被覆以該紡織支撐物時，係位於該導電帶與該使用者的皮膚之間。
  10. 如請求項1的裝置，更包含一鞘套，附接於該管狀部上，及設在該鞘套內部之連接纜線，用以將該導電帶的末端連接於該測量電阻的裝置。
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