本发明涉及一种背包，特别是涉及一种设置点接触式可穿戴压力传感器的背包。

背景技术：

背包作为常见的生活用品，应用在日常生活各个领域之中，例如工作、上学、旅游等，背包由于内部空间较大可以承载很多物品，然后，在背包内部放置物过多的情况下，人在背包时长期处于背部及肩部受力不均匀的状态下，很容易引起背部及肩部方面的疾病，对其造成疲劳、炎症、损伤等，甚至是脊椎变形弯曲，特别是对于上学的儿童，每天背书包上下学，很容易养成不良的姿势，对他们的生长发育极为不利。

如今，现有技术中带有压力检测功能的背包大多是采用普通的半导体压电阻抗扩散压力传感器，通过外力使薄片变形而产生压电阻抗效果，从而使阻抗变化转换成电信号，这种普通的压力传感器虽然可以检测背包时受压情况，但是只能对单一位置进行检测或者是设置多个压力传感器于多个位置，不管哪种方法都不能进行区域性检测。

同时，这些背包大多将压力传感器固定在背包内部，其检测精准度不高，而且不便于拆卸及更换，使用便利性不强。

因此，设计一种可实时对肩部及背部区域性检测其受力情况、精准度高、便于拆卸及更换的压力传感书包就很有必要。

技术实现要素：

为了克服现有的压力检测背包不能实时对肩部及背部区域性检测其受力情况、精准度较低、不便于拆卸更换的问题，本发明提供了一种可对人体在背包时的肩部及背部进行区域性检测，并可实时共享，同时其压力检测精准度高、压力传感器便于拆卸及更换的一种设置点接触式可穿戴压力传感器的背包。

为实现上述的目的，本发明采用的技术方案是：

一种设置点接触式可穿戴压力传感器的背包，包括背包本体、肩带，所述背包还包括点接触式可穿戴压力传感器及电路组件，所述点接触式可穿戴压力传感器设置在所述背包本体及肩带外表面，并在肩带和背包本体外表面上设置有若干检测点，可对人体肩部及背部进行区域性压力检测；

所述点接触式可穿戴压力传感器包括柔性基底、相互交叉分布的第一导电纱线和第二导电纱线，所述交叉点处第一导电纱线的第一电极和第二导电纱线的第二电极之间设有电介质层；

所述电路组件固定在所述背包本体底部，并和所述点接触式可穿戴压力传感器电连接，所述电路组件连接有蓝牙模块，可连接在手机及pad等移动端。

进一步地，所述第一导电纱线和/或第二导电纱线为包芯纱、包覆纱或皮芯纤维；所述包芯纱、包覆纱或皮芯纤维的芯层为第一电极或第二电极，皮层包括所述电介质层，所述电介质层与所述第一电极和第二电极的电阻率差值均大于0.1ω·m。

进一步地，所述第一导电纱线与所述第二导电纱线通过刺绣或者固定线交叉固定在所述柔性基底的表面，所述第一导电纱线与所述第二导电纱线仅分布在所述柔性基底的一侧，并具有若干个交叉点，所述点接触式可穿戴压力传感器能够采集每个所述交叉点的位置信息。

进一步地，所述柔性基底可拆卸固定在所述背包本体及肩带靠近人体一侧的外表面上。

进一步地，所述柔性基底为中间设置有条形开口的方形结构，所述柔性基底周侧设置有若干卡钩，所述背包本体及肩带外表面设置有和所述柔性基底形状配合的折叠层，所述折叠层向周边开口，并形成空腔结构，所述折叠层空腔内部设置有若干和所述卡钩配合的卡环，所述折叠层中间设置有放置台，二者形状一致，所述放置台和所述折叠层成一体式结构，所述放置台上表面和所述折叠层上表面平齐。

进一步地，所述电介质层包括弹性聚合物基体和导电物质，所述弹性聚合物基体包括至少两种具有不同压缩模量的弹性聚合物基体。

进一步地，所述电极包括但不限于为金属电极、无机电极、有机电极或复合电极；

所述导电物质包括但不限于为无机类、有机类或金属类导电物质；所述无机类导电物质包括但不限于为石墨纤维、碳纤维、硅纤维、碳纳米管纤维中的一种或多种，所述有机类导电物质包括但不限于为聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、pedot：pss中的一种或多种，所述金属类导电物质包括但不限于为金属纳米粒子、金属纳米线/片、液态金属、金属氧化物粉体、导电钛白粉中的一种或多种。

进一步地，所述背包本体底部设置有储存箱，所述储存箱上端设置有刚性盖板，所述电路组件固定在所述储存箱内部。

进一步地，所述电路组件包括用于采集第一导电纱线和第二导电纱线的交叉点处电信号的采集电路和用以扫描第一导电纱线和第二导电纱线的交叉点处位置信号的扫描电路，所述电路组件还连接有蜂鸣器和固定在所述储存箱内部的电源组件。

进一步地，所述点接触式可穿戴压力传感器外表面覆盖有一层密封膜。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的一种设置点接触式可穿戴压力传感器的背包通过采用点接触式压力传感器，这种压力传感器通过设置相互交叉分布的第一导电纱线和第二导电纱线，并在二者的交叉点处设置有第一电极、第二电极和设置于所述第一电极和第二电极之间的电介质层，使得两个电极之间形成电阻梯度，当交叉点处受到压力刺激时，两个电极之间的距离发生变化，进而使其电阻发生变化，此时采集交叉点处的电信号，能够实现压力传感的检测。如此设置，能够通过纱线的交叉点构造出点接触式可穿戴压力传感器，便于在织物上集成，且每一个交叉点处均能形成独立的压力传感区，能够实现微纳传感，压力传感灵敏度和压力响应范围显著提高。

2、本发明的一种设置点接触式可穿戴压力传感器的背包通过将点接触式可穿戴压力传感器的第一导电纱线和第二导电纱线固定在其柔性基底的同一表面，并将柔性基底的外形设置成凹字状，和背包两边肩带及背包本体形状相佐，可实现对人体肩部及背部的整体进行区域性压力检测，其检测结果更直观，利于分析比较压力较大区域。

3、本发明的一种设置点接触式可穿戴压力传感器的背包通过在背包外表面设置夹层结构，将柔性基底周边嵌入夹层内，并通过卡钩固定，使得柔性基底平展的设置在背包最外侧，并高于背包最外侧表面，使得压力传感器和人体接触效果更好，检测的数据精准度更高，而且这种固定方式便于在需要清洗书包或者淋雨时，将压力传感器拆卸，防止损坏。

4、本发明的一种设置点接触式可穿戴压力传感器的背包通过设置点接触式压力传感器，采用固定纱线将交叉分布的第一导电纱线和第二导电纱线按预设花纹固定于柔性基底的表面，由于二者分开制备，因此便于集成和清洗、集成后的拆卸和损坏后的修复等。

附图说明

图1是本发明的正向轴测示意图；

图2是本发明的折叠层的部分轴测示意图；

图3是本发明的折叠层的正向示意图；

图4是图3中a的放大图；

图5是本发明的点接触式可穿戴压力传感器示意图；

图6是本发明的底端结构示意图；

图7是本发明的点接触式可穿戴压力传感器的一种结构示意图；

图8是本发明的单个压力点在受到压力状态下，相对电流变化数据图；b为传感点单个压缩和舒展内的相对电流变化与响应时间的关系图；c、d分别为该传感点在5000次循环下的运行状态；

图9是图7中a1-a2方向视图下交叉点处的一种结构示意图；

图10是图7中a1-a2方向视图下交叉点处的另一种结构示意图；

附图中各部件的标记如下：1、背包本体；2、肩带；3、折叠层；4、放置台；5、点接触式可穿戴压力传感器；6、卡钩；7、卡环；8、储存箱；81、电源组件；82、电路组件；83、蜂鸣器；84、控制组件；85、刚性盖板；10、第一导电纱线；11、第一电极；12、第一电介质层；20、第二导电纱线；21、第二电极；22、第二电介质层；30、电介质层；40、柔性基底。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种设置点接触式可穿戴压力传感器的背包，包括背包本体1、肩带2，所述背包还包括点接触式可穿戴压力传感器5及电路组件82，所述点接触式可穿戴压力传感器5设置在所述背包本体1及肩带2外表面，能够和人体的接触更紧密，检测数据的精准度更高，并在肩带2和背包本体1外表面上设置有若干检测点，若干检测点沿肩带2和背包本体1均匀分布，可对人体肩部及背部进行区域性压力检测。

如图9至10所示，所述点接触式可穿戴压力传感器5包括柔性基底40、相互交叉分布的第一导电纱线10和第二导电纱线20，所述柔性基底40为织物或无纺布，便于所述第一导电纱线10和第二导电纱线20固定在所述柔性基底40表面，所述交叉点处第一导电纱线10的第一电极11和第二导电纱线20的第二电极21之间设有电介质层30。

其中，所述电路组件82固定在所述背包本体1底部，并和所述点接触式可穿戴压力传感器5电连接，用以采集其交叉点的电信号，所述电路组件82连接有蓝牙模块，所述点接触式可穿戴压力传感器5可通过蓝牙模块连接在手机及pad等移动端，将检测结果实时共享给使用者，便于及时观察调整背包方式。

在本实施例中，所述第一导电纱线10和/或第二导电纱线20为包芯纱、包覆纱或皮芯纤维；所述包芯纱、包覆纱或皮芯纤维的芯层为电极，皮层包括所述电介质层30。例如：所述第一导电纱线10为芯层为第一电极11、皮层为第一电介质层12的包芯纱、包覆纱或皮芯纤维，此时第二导电纱线20可以为普通导电纱线构成电极，也可以是芯层为第二电极21、皮层为第二电介质层22的包芯纱、包覆纱或皮芯纤维。所述第一导电纱线10和第二导电纱线20优选均为芯层为电极、皮层为电介质层30的包芯纱或皮芯纤维。当所述第一导电纱线10和第二导电纱线20为芯层为电极、皮层为电介质层30的皮芯纤维时，能够构造出尺度更微小的压力传感器，实现更高精度的压力传感。可以通过调整电介质的厚度，对压力传感性能进行调节。

其中，所述电介质层30与所述第一电极11和第二电极21的电阻率差值均大于0.1ω·m，优选大于100ω·m，更优选大于1000ω·m，目的是使得两个电极之间产生电阻梯度。当交叉点处受到压力刺激时，第一电极11和第二电极21之间的距离发生变化，使得两者之间的电阻发生变化，通过采集所述交叉点处的电信号，即可实现压力传感的检测。

在本实施例中，所述第一导电纱线10与所述第二导电纱线20通过刺绣或者固定线交叉固定在所述柔性基底40的表面，所述第一导电纱线10与所述第二导电纱线20仅分布在所述柔性基底40的一侧，无需缝制弯折，使得所述第一导电纱线10和所述第二导电纱线20信号传递效果更好，其中，固定线采用绝缘纱线以防短路，所述第一导电纱线10和所述第二导电纱线20具有若干个交叉点，所述点接触式可穿戴压力传感器5能够通过行列扫描、红外成像、等效模型等方式采集每个所述交叉点的位置信息，并根据所述交叉点的电信号，得到其整体受压模型，还可以通过改变交叉点的个数调整本压力传感器的量程以及接触面积。

在本实施例中，所述柔性基底40可拆卸固定在所述背包本体1及肩带2靠近人体一侧的外表面上，由于压力传感器等电子元器件防水性能不高，采用可拆卸的固定方式便于在需要清洗背包或者下雨天及时将所述点接触式压力传感器暂时拆除，防止损坏。

如图2至5所示，所述柔性基底40为中间设置有条形开口的方形结构，由于所述第一导电纱线10和第二导电纱线20固定在柔性基底40一侧，将柔性基底40设计成和所述背带及背包本体1相应的形状，所述柔性基底40可配合固定在背包上，并使得所述第一导电纱线10和第二导电纱线20可沿两边肩带2以及背包本体1一体式均匀分布，其压力检测区域更大，且受力点更多，所述柔性基底40周侧设置有若干卡钩6，所述背包本体1及肩带2外表面设置有和所述柔性基底40形状配合的折叠层3，所述折叠层3向周边开口，并形成空腔结构，所述柔性基底40周边配合压覆在所述空腔内，所述折叠层3空腔内部设置有若干和所述卡钩6配合的卡环7，所述卡钩6和所述卡环7配合连接，使得所述柔性基底40平展固定在所述折叠层3外表面上，所述折叠层3中间设置有放置台4，二者形状一致，所述放置台4和所述折叠层3成一体式结构，所述柔性基底40上导电纱线覆盖区域位于所述放置台4上，所述放置台4上表面和所述折叠层3上表面平齐，使得所述压力传感器和人体更直接接触，可以更精准的采集到人体肩部及背部区域所受压力大小。

在本实施例中，所述电介质层30包括弹性聚合物基体和导电物质，所述弹性聚合物基体选自聚氨酯、脂肪-芳香族共聚酯或聚烯烃弹性体。所述导电物质与弹性聚合物基体的复合方式包括：共混纺丝形成复合纤维、共混纺纱形成混纺纱线或者将导电物质浸渍或涂覆于弹性聚合物基体形成的纤维或纱线表面。优选地，所述纤维和/或纱线的横截面为异形横截面，用于扩大所述压力传感纱线的压力量程。

其中，所述弹性聚合物基体包括至少两种具有不同压缩模量的弹性聚合物基体，通过不同压缩模量聚合物复合，或者通过异形纤维的构筑，使得压力传感纱线能够在不同的压力范围内均能做出反应，扩大压力传感量程。

在本实施例中，所述电极包括但不限于为金属电极、无机电极、有机电极或复合电极；所述导电物质包括但不限于为无机类、有机类或金属类导电物质；所述无机类导电物质包括但不限于为石墨纤维、碳纤维、硅纤维、碳纳米管纤维中的一种或多种，所述有机类导电物质包括但不限于为聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、pedot：pss中的一种或多种，所述金属类导电物质包括但不限于为金属纳米粒子、金属纳米线/片、液态金属、金属氧化物粉体、导电钛白粉中的一种或多种。

如图6所示，所述背包本体1底部设置有储存箱8，用以容纳所述压力传感器连接的硬件组成，并在储存箱8上端设置有刚性盖板85，将背包装载物和储存箱8分隔开，保护储存箱8的内部组件，其中，所述电路组件82通过集成电路板固定在所述储存箱8内部。

在本实施例中，所述电路组件82包括用于采集第一导电纱线10和第二导电纱线20的交叉点处电信号的采集电路和用以扫描第一导电纱线10和第二导电纱线20的交叉点处位置信号的扫描电路；所述采集电路分别和所述第一导电纱线10和第二导电纱线20一端连接，所述采集电路还连接有多路采集器，使得当电源接通时电流以极快的速度通过每一行/列，多路采集器可控制交叉点导通，并记录该点的电压值，由于电流速度极快(接近光速)，因此不管何时所有交叉点都可默认为处在接通状态；所述扫描电路连接有行列扫描仪，可对交叉点的位置信息进行快速准确的采集；所述电路组件82还连接有蜂鸣器83和固定在所述储存箱8内部的电源组件81，所述蜂鸣器83还和所述电路组件82连接的控制组件84连接，当检测到的压力数据出现超过背包设定的危险值时，控制组件84控制蜂鸣器83报警，提醒使用者及时减轻背包重量或调整姿势；所述电源组件81采用动力电池组，便于携带，还可持续使用。

在本实施例中，所述点接触式可穿戴压力传感器5外表面覆盖有一层密封膜，可隔离灰尘、液体等，保护所述第一导电纱线10和第二导电纱线20，提高其使用寿命。

下面就具体的实施方式测量所述点接触式压力传感器的性能。

如图7所示，所述第一导电纱线10和第二导电纱线20按图示排列，其交叉点个数为一，在该实施方式中，所述第一导电纱线10为包芯纱，具体为芯层为多股旦数为40的不锈钢丝(作为电极，电阻率约为0.55×10-6～0.65×10-6ω·m)，皮层为炭黑和聚酯的复合纱线，通过包芯机以50个捻每10cm包芯而成；第二导电纱线20为第一导电纱线10的同种纱线。

如图8所示，图中曲线图a为单个压力点在受到压力状态下，相对电流变化数据，从曲线图a可以看出，在0-15kpa区间内该传感点的相对电流变化高达2500％，15-50kpa区间内，曲线较为平缓但依旧有明显的变化。曲线图b为该传感点单个压缩和舒展内的相对电流变化，响应时间为0.95s，得到了常用传感器响应时间范围。说明本发明设置的压力传感器具有良好的响应灵敏度。曲线图c、d分别展示了该传感点在5000次循环下的运行状态，从图中可以看出，该器件运行状态优异，说明其具有良好的循环稳定性和较长的使用寿命，可长时间实时检测人在背包状态下的受力情况。

实施例2

一种设置点接触式可穿戴压力传感器的背包，与实施例1相比，不同之处在于，所述凹字状柔性基底40通过固定纱线将其周边固定在所述背包本体1及肩带2上，或者将所述背包本体1的外层作为柔性基底40，将所述第一导电纱线10和第二导电纱线20通过固定纱线或者刺绣的方式有序固定在背包外层上。其他内容与实施例1大致相同。

实施例3

一种设置点接触式可穿戴压力传感器的背包，与实施例1相比，不同之处在于，所述背包增加了气囊结构，所述气囊结构包括若干气囊、通气管、可实现抽气和打气的两用微型气泵，所述气囊固定在设置有若干间隔空间的弹性气囊带内，并将弹性气囊带固定在背包内部，所述气囊位置分别对应所述点接触式可穿戴压力传感器5的若干交叉点，所述气囊通过通气管和微型气泵连接，当压力传感器检测到压力数据时，设置在背包内部的单片机可根据各个交叉点的压力大小，控制气泵进气或者排气，调节各个交叉点处的气囊到适宜大小，使得使用者背包时处于最舒适的状态。其他内容与实施例1大致相同。

以上所述仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。