一种具有误差校正的可检测人体隐汗的多功能传感器及其制作方法

本发明涉及一种多功能传感器，具体涉及一种具有误差校正的可检测人体隐汗的多功能传感器及其制作方法。

背景技术：

1、传感器广泛应用于人类生活的各个领域，如工业、农业、军事、资源开发检测、交通运输、家庭生活、医疗诊断等。传感器的存在、发展和改善，逐渐让物体拥有了感官，加强了人类与世界的交互，也让人类更了解这个世界。目前人们对个人身体健康的关注度越来越高，而汗液的分泌与人体健康息息相关，因此评估人体体温调节和皮肤屏障功能以评估热舒适、疾病状况和神经系统活动具有很大的可行性。尽管已经开发出各种光学或者电子传感器来检测温度和湿度，但是市场上很少有关于专门用于人体隐汗与体温和环境温度相关性检测的智能柔性可穿戴设备。此外有通过在受试者身上粘贴贴片，通过称量受试者身上的贴片重量变化来计算出人体隐汗的方法，但这种方法耗时较长，无法连续测量出人体的隐汗，且不能得出隐汗与体温和环境温度之间的联系。伴随着智能设备的普及，可以将传感器与无线射频模块组合在一起，并将其与智能设备(如智能手机、智能手环等)结合使用，这将会为受试者提供极大的便利。为保证在不干扰受试者的正常生活，且可即时获取人体温度、皮肤表面温度、隐汗湿度，开发一种便捷的、低成本的、可持续评估人体体温、环境温度和人体隐汗相关性的多功能传感器具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明的第一个目的在于提供一种具有误差校正的可检测人体隐汗的多功能传感器，该传感器通过温度响应层和湿度响应层的设置，实现了对外界和人体的温度与湿度的监测，且两者的共同作用下可以利用温度传感器进行温度监测进而消除湿度传感器因温度变化产生的误差，同时可起到检测人体隐汗、人体体温和皮表环境温度的效果。

2、本发明的第二个目的在于提供一种具有误差校正的可检测人体隐汗的多功能传感器中温度传感器部分的制备方法，不用于温敏材料掺杂导电聚合物的方法制备温度响应层，而是直接利用二氧化碳激光对聚酰亚胺薄膜进行激光雕刻，将聚酰亚胺转化为多孔石墨烯薄层，从而获取温度响应层；

3、本发明的第三个目的在于提供一种具有误差校正的可检测人体隐汗的多功能传感器中湿度传感器部分的制备方法，用于检测人体隐汗，通过将对湿度具有电阻响应的mxene和羧甲基纤维素按照1：10-1：20的比例进行混合并喷涂在预设传感层位置；

4、本发明的第四个目的在于提供一种具有误差校正的可检测人体隐汗的多功能传感器中超疏水布料的制备方法，用于将传感器夹在中间，并使用医用双面胶封边以保护外界水环境不会污染到传感器，从而使得传感器不被污染失效。

5、本发明的第五个目的在于提供一种具有误差校正的可检测人体隐汗的多功能传感器中pdms氧化膜制备方法，pdms氧化薄膜用于将两块超疏水布料及其夹在中间的传感器封装起来，可以进一步保护装置不被外界水环境干扰，且pdms氧化薄膜具有一定的粘附性可以良好的黏附在皮肤上，并且pdms氧化薄膜相互之间粘附性好，相互粘附后密封好，保证的传感器的抗干扰性，并使用激光将pdms薄膜上的传感器上方部分切割掉，用于做传感器的透气窗口，用于透气的窗口与超疏水布料接触部分使用医用双面胶进行封边防止水浸入，既保证了传感器在水合环境的使用能力，又保证了传感器内部的透气性，从而可以使传感器在水合环境中也可以测量人体汗液蒸发率。

6、本发明所提供的多功能传感器基于各组件间的协同作用，实现了高精度检测人体排汗率，消除了外界环境等因素的干扰。超疏水布料不仅可以防止外界水污染传感器从而使传感器失效，还可以保证装置的透气性，表面氧化处理的弹性pdms薄膜不仅具有良好的粘附性能，还具有优异的防水性，可避免外界液体对于汗液定量测试的干扰，提高了测试精准度。

7、本发明的第四个目的在于外接柔性电路板与无线射频模块，使得多功能传感器获取的温湿度信号能够通过无线设备发送到移动端，可以随时获取传感器检测的数值。

8、为实现上述技术目的，本发明提供了一种具有校正误差的隐汗多功能传感器，其特征在于，包括：由上至下依次粘附为封装、超疏水布料、聚酰亚胺薄膜、超疏水布料、医用双面胶、封装层，其中聚酰亚胺薄膜上自上而下设置有：温度响应层、导电电极、湿敏涂层、温度响应层；所述超疏水布料的使用解决了水合环境中传感器容易被污染失效的困境；所述封装层采用pdms，即聚二甲基硅氧烷，是一种高分子有机硅化合物。具有光学透明性，在一般情况下，被认为是惰性，无毒，不易燃、以硅为基础的有机聚合物材料，其无毒无害的特点使其能够直接贴附在人体表面；所述湿敏涂层采用mxene作为湿敏材料，mxene是一种新型的二维材料，由金属碳化物或氮化物组成，具有出色的柔韧性、良好的电子传导性、优异的机械性能，由于其丰富的化学基团如羟基(-oh)、卤素基团(-f、-cl)等使其化学性质活泼，能够对外界湿度，温度等具有灵敏感应。

9、本发明所提供的多功能传感器，基于各组间的协同作用，实现了高精度检测人体排汗率，消除了外界环境等因素的干扰。将本发明所提供的多功能传感器贴附于皮肤表面时，由于湿度响应层中掺杂有羧甲基纤维素这一功能材料，使得人体汗液能够快速吸附在湿度响应层上，湿度响应层接收到人体汗液信号，湿敏材料mxene作为一种新型的阻抗型材料，电阻在湿度改变下发生变化，通过对其电阻进行相对比较获得人体出汗率，为了提高湿度传感器对于适度响应的灵敏度，在湿敏材料mxene中参杂了具有亲水特性的羧甲基纤维素。同时由于人体温度与外界环境温度的不确定性，往往会影响湿度测量的数值，所以利用温度响应层的测量值对温差导致的湿度传感器产生的误差进行校正保证结果的真实可靠。

10、作为一项优选的方案，所述封装层、超疏水布料、温度响应层、湿度响应层的中心位于同一垂线上。

11、作为一项优选的方案，在聚酰亚胺薄膜上导电电极的湿敏材料的涂层加载位置，将聚酰亚胺薄膜进行适量打孔，增大装置的透气性，使得汗液蒸发的水分子透过薄膜，便于汗液蒸发。

12、作为一项优选的方案，所述超疏水布料裁剪成比传感器稍大形状，并使用两块超疏水布料将载有各种传感层的聚酰亚胺夹在中间，随后使用医用双面胶将两片超疏水布料比传感器多的部分粘结起来进行封边，从而在传感器不被外界水环境干扰的同时，由于布料就有透气的作用，也保证传感装置的透气性。

13、作为一项优选的方案，所述湿度响应层的湿敏涂层为湿敏材料mxene与羧甲基纤维素配比为1：10-1：20。

14、作为一项优选的方案，在聚酰亚胺两面都设置有温度传感器，分别用于检测被检测者的体温以及皮肤表面的环境温度。

15、作为一种优选的方案，装置的封装层使用两片激光切割成预定形状的pdms氧化薄膜将有两片超疏水布料夹在一起的传感器装置夹在中间形成三明治结构，这两片pdms氧化薄膜在湿度传感器的位置开出窗口，便于传感器透气。

16、作为一种优选的方案，传感器上的导电电极涂层的主要成分为导电铜浆，并使用丝网印刷将导电铜浆承印在搭载传感器涂层的聚酰亚胺薄膜的相应位置，导电电极如附图(4)所示为插指电极，插指电极位置将加载湿敏涂层。

17、作为一种优选的方案，为了保证搭载各传感器的聚酰亚胺薄膜具有优良的占空比，传感器采用共地的电气设计方式。