温度传感器及其应用和制备温度感知模块的方法

技术领域

本发明涉及温度传感器技术领域，具体涉及温度传感器及其应用和制备温度感知模块的方法。

背景技术

体温作为生命体征的五大要素之一，在临床上能够监测到患者实时的体温变化与每日平均体温读数，对于患者的病情诊断与后续的治疗，起到的作用越来越大。在传统的医疗护理中，体温检测主要还是通过护士用水银温度计测量。通过护士用水银温度检测器测量有很多不足，第一，现代医疗资源紧张，护士要照顾的病人和处理的事务很多，用水银温度检测器测量病人的体温加剧了护士的负担。第二，如今医院的水银温度检测器不能实时的检测病人体温，因此可能会耽误病人最佳治疗机会。

因此在过去的十几年中，人们在具有柔性、穿戴式和温度传感器方面做出了许多努力，取得了较大的发展。但是对于应用于实践，还有很多不足。高精度的温度传感器具有温度迟滞现象，即温度正程和逆程不同，当病人从体温正常到发烧，被温度传感器正程检测出来，病人退烧后，温度传感器进入逆程，此时退烧的病人再次发烧，温度传感器检测可能有问题。此外，如今穿戴式温度传感器都缺乏柔性小巧的后续处理电路，和温度传感器一起集成贴敷在人体表面，实现智能传感。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：温度传感器的温度迟滞现象带来测量不准确和现有穿戴式温度传感器缺乏柔性小巧的后续处理电路，本发明提供了解决上述问题的温度传感器及其应用和制备温度感知模块的方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种温度传感器，包括叠层结构的温度感知模块，温度感知模块连接柔性电路板，温度感知模块传导数据至柔性电路板，柔性电路板处理传导的温度数据；

叠层结构包括两个温度敏感层，两个温度敏感层中间设置有多个电极，所述多个电极通过导线连接至柔性电路板，所述柔性电路板用于处理电极数据，温度敏感层为包括聚偏二氟乙烯、聚氧化乙烯和导电填料通过旋涂成膜制成的温度敏感层，聚氧化乙烯分子的分子量大小调节对应温度敏感层的敏感温度区间，导电填料用于温度敏感层导电，聚偏二氟乙烯用于稳固温度敏感层的物理形态，所述两个温度敏感层包括第一层温度敏感层和第二层温度敏感层，第一层温度敏感层的聚氧化乙烯分子的分子量小于或大于第二层的聚氧化乙烯分子的分子量。

所述导电填料包括石墨粉末，导线为铜线，电极采用导电银浆电极。

所述柔性电路板上还设置有蓝牙模块和电池，所述蓝牙模块内部集成微处理器、数模转化和蓝牙，蓝牙模块用于处理温度感知模块的数据，再通过无线传输到终端，处理操作包括模数转换；

所述电池为柔性电路板供电，蓝牙模块应用bluetooth 4.0技术。

还包括多个电极上覆盖的聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷生物相容性好，适于贴在人体表面。

一种温度传感器的应用方法，应用温度传感器，步骤如下：

A、将温度感知模块的铜线引出到温度感知模块外部并焊接至柔性电路板上，柔性电路板焊接蓝牙模块和电池；

B、粘连柔性电路板至温度感知模块的顶部，并将柔性电路板和温度感知模块采用固定至人体的腋下。

一种温度感知模块的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、取纯净水，再放入磁力转子，将烧杯放置在恒温磁力搅拌机上，取聚氧化乙烯粉末，加入纯净水中，均匀搅拌溶液；

步骤2、取石墨粉末，在步骤1制备的搅拌完毕的溶液中加入石墨粉末，超声处理搅拌两次，两次之间降温放置，第二次处理后得到混合溶液；

步骤3、在步骤2制备的混合溶液中加入聚偏二氟乙烯，再加入分散剂，均匀搅拌溶；

步骤4、用胶头滴管在步骤3制备的混合溶液中汲取溶液，滴在聚酰亚胺上，放置在匀胶机上，旋转成膜，在恒温条件下干燥，剪裁制得第一层温度敏感层，重复步骤1，2，3，4，此时所称取的聚氧化乙烯对分子量与步骤1的聚氧化乙烯相对分子量不同，用胶头滴管在这次步骤3制备的混合溶液中汲取溶液，滴在聚酰亚胺上，放置在匀胶机上，旋转成膜后干燥，剪裁制得第二层温度敏感层；

步骤5、制备聚二甲基硅氧烷为基底，将第一层温度敏感层、电极、第二层温度敏感层依次放置在基底上，在用导电银浆将铜线连接到第一层温度敏感层、第二层温度敏感层的两端并用铜线引出电极，最后，在两层温度敏感层的间隙浇铸液体聚二甲基硅氧烷，再固化得到温度感知模块。

本发明的穿戴式柔性智能温度传感器解决温度传感器的温度迟滞现象带来测量不准确的原理：温度传感器存在温度迟滞现象，加热曲线和冷却曲线不同，当一个发烧的病人退烧后，再次发烧，温度传感器在加热曲线和冷却曲线各检测了一次病人发烧的值，且这两个值是不相等的，这样就带来了混淆。而本发明采用了两个温度敏感层，一个敏感区间在人体温度范围区间，另一个敏感区间范围比第一个敏感区间宽。两个敏感区间确定温度传感器是处于加热曲线还是冷却曲线，同时窄的敏感区间带来高精度的好处。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1.本发明采用两个温度敏感层，解决了敏感区间在人体温度附近的穿戴式温度传感器因温度迟滞现象带来的测量不准确的问题，实现了高精度检测，同时双敏感层会极大的减小数据测量偶然性发生的概率。

2.本发明配套柔性小巧的后续处理电路，贴敷在人体腋下，可以代替传统医护人员使用水银温度计检测，具有无人值守和实时检测的特点，实现智能传感。

3.本发明的温度敏感层被具有优异生物相容性聚二甲基硅氧烷包裹，电路部分采用柔性电路板，柔性电路板上所采用的电子元件都非常小巧，最后被医用胶带粘贴在人体腋下，因此在使用中十分简便、安全。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的示意图。

图2为本发明用于医疗的穿戴式柔性智能传感器温度感知制备的工艺流程图。

图3为温度传感器的温度迟滞现象曲线图。

图4为本发明的温度迟滞现象解决方案曲线图。

图5为本发明的温度传感器实验的温度特性曲线图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1、柔性电路板；2、叠层结构；3、导线；4、电极。

具体实施方式

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

一种温度传感器，如图1所示，包括叠层结构2的温度感知模块，温度感知模块连接柔性电路板1，温度感知模块传导数据至柔性电路板1，柔性电路板1处理传导的温度数据；

叠层结构2包括两个温度敏感层，两个温度敏感层中间设置有多个电极4，所述多个电极4通过导线3连接至柔性电路板1，所述柔性电路板1用于处理电极4数据，温度敏感层为包括聚偏二氟乙烯、聚氧化乙烯和导电填料通过旋涂成膜制成的温度敏感层，聚氧化乙烯分子的分子量大小调节对应温度敏感层的敏感温度区间，导电填料用于温度敏感层导电，聚偏二氟乙烯用于稳固温度敏感层的物理形态，两个温度敏感层的聚氧化乙烯分子的分子量大小不同。

所述导电填料包括石墨粉末，导线3为铜线，电极4采用导电银浆电极4。

所述柔性电路板1上还设置有蓝牙模块和电池，所述蓝牙模块内部集成微处理器、数模转化和蓝牙，蓝牙模块用于处理温度感知模块的数据，再通过无线传输到终端，处理操作包括模数转换；

所述电池为柔性电路板1供电，蓝牙模块应用bluetooth 4.0技术。

还包括多个电极4上覆盖的聚二甲基硅氧烷。

一种温度传感器的应用方法，应用温度传感器，步骤如下：

A、将温度感知模块的铜线引出到温度感知模块外部并焊接至柔性电路板1上，柔性电路板1焊接蓝牙模块和电池；

B、粘连柔性电路板1至温度感知模块的顶部，并将柔性电路板1和温度感知模块采用固定至人体的腋下。

一种温度感知模块的制备方法，如图2所示，包括如下步骤：

步骤1、用烧杯量取20ml的纯净水，再放入磁力转子，将烧杯放置在恒温磁力搅拌机上，称取相对分子量为1000-1500的0.6g聚氧化乙烯粉末，加入烧杯中，以500rpm的转速，均匀搅拌溶液60min；

步骤2、称取0.8g石墨粉末，在步骤1制备的搅拌完毕的溶液中加入称取的0.8g石墨粉末，超声处理30min，超声搅拌后烧杯中溶液温度升高，降温5min，继续超声处理30min，再以500rpm的转速，均匀搅拌溶液60min，得到混合溶液；

步骤3、称取0.6g聚偏二氟乙烯，在步骤2制备的混合溶液中加入称取0.6g的聚偏二氟乙烯，再加入10ml的分散剂，在150℃温度条件下，以500rpm的转速，均匀搅拌溶液240min；

步骤4、用胶头滴管在步骤3制备的混合溶液中汲取1～3ml溶液，滴在聚酰亚胺上，放置在匀胶机上，以1000rpm旋转15s成膜，在60℃恒温条件下干燥120min，剪裁成1cm*2cm的形状，制得第一层温度敏感层，重复步骤1，2，3，4，此时所称取的聚氧化乙烯相对分子量为4000k，用胶头滴管在这次步骤3制备的混合溶液中汲取1～3ml溶液，滴在聚酰亚胺上，放置在匀胶机上，以1000rpm旋转15s成膜，在60℃恒温条件下干燥120min，剪裁成1cm*2cm的形状，制得第二层温度敏感层；

步骤5、制备厚度1～10mm聚二甲基硅氧烷为基底，将第一层温度敏感层、电极4、第二层温度敏感层依次放置在基底上，在用导电银浆将铜线连接到第一层温度敏感层、第二层温度敏感层的两端并用铜线引出电极4，最后，在两层温度敏感层的间隙浇铸液体聚二甲基硅氧烷，并在70℃的恒定温度下再固化120min得到温度感知模块。

实施例2，在实施例1的基础上，设计柔性电路板1尺寸为20mm*30mm，柔性电路板1上焊接蓝牙模块和电池。其中蓝牙模块尺寸为11.2mm*15.2mm，蓝牙模块内部集成微处理器、数模转化、蓝牙，其中蓝牙采用的是最新的bluetooth 4.0技术，发送一次的数据的平均电流为0.6mA，持续时间为3.2ms。电池尺寸为3mm*9mm*13mm，容量是40mA,可以支持蓝牙发送数据7000万次。温度感知模块引出的铜线焊接到柔性电路板1上，柔性电路部分和温度感知模块通过胶水粘连，最后通过医用胶带粘贴在人体的腋下，实现无人值守，实时检测的特点。

实施例3，在实施例1或2的基础上，如图3、4、5，

图3(a)是温度传感器温度迟滞曲线，即温度上升的温度特性曲线和温度冷却的温度曲线不一致，这样就导致一个问题测量不正确。

图4(a)描述的是窄范围温度特性曲线变化,H段曲线描述的是一个正常体温的人因为发烧体温从正常体温a点到达体温b点的过程，此过程有较大的阻值变化，因此很容易检测到这个变化。J段曲线描述的是一个发烧的人体温从发烧体温b点，持续高烧，之后退烧恢复到正常体温c点的过程。k段曲线描述的是退烧的人从正常体温c又发烧达到体温d点的过程。a点和d点用温度传感器测的阻值相等，a点对应正常的体温，d点对应的是发烧体温，因此当病人第二次发烧的时候测得d点的数据就无法判断病人健康的状态。

图4(b)描述的是宽范围温度特性曲线变化，宽范围温度特性曲线检测温度范围较广，因此只对温度上升曲线分析。同样用刚才分析窄范围温度特性曲线方法分析，H1段曲线描述的是一个正常体温的人因为发烧体温从正常体温a点到达发烧体温b点的过程，此过程阻值变化比较小，不容易检测到这个变化。J1段曲线描述的是一个发烧的人体温从发烧体温b点，持续高烧，之后退烧恢复到正常体温c点的过程。K1段曲线描述的是退烧的人从正常体温c又发烧达到体温d点的过程。由图4(b)清晰可见，a点和d点用宽范围温度特性曲线检测是不同的。

综上所述，当患者从正常体温a点发烧到达体温b点的过程，窄范围温度特性曲线检测到了较大的阻值变化，而宽范围温度特性曲线检测的阻值变化较小，此时采用窄范围上升的温度特性曲线就可以很容易检测到病人的第一次发烧情况。当患者第二次发烧，从退烧的体温c点又达到体温d点的过程，窄范围温度特线曲线检测此时d点的值和a点近似，因此单依靠窄范围温度特性曲线无法判断病人的健康情况，而宽温度特线曲线此时检测到一个比较大的阻值变化，出现这种情况，就可以判断窄范围温度特线曲线此时处于冷却的曲线，判断患者二次发烧。本发明采用的双温度敏感层，解决了温度传感器在人体温度范围因温度迟滞现象带来的测量不准确的问题，同时这双温度敏感采集的是两种数据，通过两组数据比较，会极大的减小数据测量偶然性发生的概率。

图5是温度感知模块聚氧化乙烯分子量分别采取1500和4000K时温度特性曲线图，可以看出采取不同分子量的聚氧化乙烯，实验所测得温度特性曲线图是不一样的。如图5(a)，当采用聚氧化乙烯分子量为1500时，电阻变化较明显的温度范围是41℃到46℃。如图5(b)，当采用聚氧化乙烯分子量为4000K时，电阻变化较明显的温度范围是60℃到67℃。因此可以通过调节聚氧化乙烯的分子量，将电阻变化较明显的温度范围移到人体温度范围内。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。