一种压感触控型UHFRFID电子纱及其制备方法

本发明属于电子纱，涉及一种压感触控型uhf rfid电子纱及其制备方法。

背景技术：

1、智能纺织品作为人机交互器件的关键载体，是当今社会的研究热点。以具有压感监测的传感器为例，其可捕捉细微压力变化，在运动追踪及健康体征监测等多个场景具有重大应用价值。

2、传统的压力传感器需通过导线连接外部供电与信号采集模块，存在布线复杂等问题。超高频射频识别（uhf rfid）技术具有无线无源、低功耗、响应速度快等特点，将射频识别（rfid）技术与压力传感器结合，有望降低布线复杂度，提高用户友好性。

3、在已知的uhf rifd传感器中，纱线形式的传感器，即uhf rfid电子纱凭借良好的可织性，逐渐被人们所关注。专利申请cn116999055a公开了一种肢体运动状态监测的无线无源应变传感纱及其制备方法，通过将螺旋导体与芯片构成的互连体集成于纱线，制备得到了一种应变电子纱。当应变电子纱集成于织物后，随着人体运动，电子纱会随织物一起发生受压变形，进而使得螺旋导体的增益发生改变，从而使得向外传输的电磁波能量在空间中的分布发生改变，最终使得接收端收到的能量发生变化。根据能量变化情况与受压形变间一一对应关系，可反推确定人体运动状态。然而除了受压形变外，接收端收到的能量还取决于接收端与电子纱间距、外界干扰物如金属类器件等。因此监测准确性有待提升。

4、专利申请一种重力感应式uhf rfid阶跃传感纱及其制备方法通过在天线中引入重力感应式倾斜开关，制得到了重力感应式uhf rfid阶跃传感纱。在倾斜过程中，利用重力感应式倾斜开关瞬间闭合导致传感纱结构尺寸发生突变，进而导致传感信号rssi发生突变。类似的，专利申请一种应变式uhf rfid阶跃传感纱线及其制备方法，通过在天线中引入微型拉伸开关，制得应变式uhf rfid阶跃传感纱线。在拉伸过程中，利用拉伸开关瞬间闭合导致传感纱结构尺寸发生突变，进而导致传感信号rssi发生突变。然而rssi突变量不仅与人体生理状态有关，还与监测距离有关。因此，在每次测试前均需进行标定，测试过程复杂，用户友好性差。

5、因此，开发一种无需信号标定的压感触控型uhf rfid电子纱，以解决上述存在的问题，具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种压感触控型uhf rfid电子纱及其制备方法。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种压感触控型uhf rfid电子纱，包括承载纱以及螺旋包缠于承载纱表面的互连体，互连体由uhf rfid芯片和混合天线组成，混合天线包括螺旋导电纤维和压力开关；

4、uhf rfid芯片的数量为1个，所有螺旋导电纤维分布于uhf rfid芯片的两侧；螺旋导电纤维的数量为3个或4个，且比压力开关多2个，即压力开关的数量为1个或2个；

5、当uhf rfid芯片任一侧只有一根螺旋导电纤维时，无需压力开关连接；

6、当uhf rfid芯片任一侧至少有两根螺旋导电纤维时，每相邻两根螺旋导电纤维之间连接一个压力开关；

7、压力开关包括绝缘底座、绝缘压块、弹簧、可升降导电块、平衡块和一对导电触垫；弹簧两端分别与绝缘底座和绝缘压块连接，可升降导电块和平衡块分布于弹簧两侧，一对导电触垫设置在绝缘底座上，各自连接一根螺旋导电纤维；

8、通过对绝缘压块加压，使得弹簧变形，从而可升降导电块与导电垫片接触，实现压力开关导通；当压力取消后，受弹簧弹力作用影响，可升降导电块与导电触垫再次分离；

9、当弹簧受压变形小于x时，压力开关处于断开状态；当弹簧受压变形大于等于x时，压力开关处于导通状态；x为压力开关中可升降导电块与导电触垫的间距。

10、作为优选的技术方案：

11、如上所述的一种压感触控型uhf rfid电子纱，uhf rfid芯片位于互连体中心。

12、如上所述的一种压感触控型uhf rfid电子纱，以弹簧与绝缘压块互连点为支点，可升降导电块和平衡块具有相同的力矩。

13、如上所述的一种压感触控型uhf rfid电子纱，当压力开关未受压或弹簧受压变形小于x时，压感触控型uhf rfid电子纱处于未激活状态，无传感信号输出，输出二值数值0。此时导电触垫与可升降导电块间未导通，uhf rfid芯片与有效天线间阻抗匹配不佳，传感纱不向外界发射传感信号，读写器无法接收到传感信号，接收信号强度指示（receivedsignal strength indicator, rssi）无数据。有效天线为与uhf rfid芯片形成可靠电气连接的螺旋导电纤维，即与uhf rfid芯片导通的螺旋导电纤维；导电触垫与可升降导电块断开时，未接入芯片的螺旋导体不计入有效天线范畴。

14、如上所述的一种压感触控型uhf rfid电子纱，当压力开关的弹簧受压变形大于等于x时，压感触控型uhf rfid电子纱处于激活状态，有传感信号输出，输出二值数值1。此时导电触垫与可升降导电块间导通，电阻小于1 ohms，有效天线结构尺寸发生突变，芯片与混合天线间阻抗匹配良好，电子纱向外界发射传感信号，读写器可以接收到传感信号，rssi有数据。导电触垫与可升降导电块导通时，导电触垫两侧的螺旋导电纤维均计入有效天线范畴。

15、如上所述的一种压感触控型uhf rfid电子纱，当压力开关数量为2个时，2个压力开关的绝缘压块采用刚性杆连接。当形变超过阈值时，两个压力开关闭合，电子纱被激活，向外发射传感信号。单点轻微挤压、局部摩擦仅能挤压其中一侧开关，无法同时压缩两个弹簧达到形变阈值，不会单独导通单路天线，有效抑制轻微扰动带来的误触发，抗干扰能力更强。

16、本发明还提供如上所述的一种压感触控型uhf rfid电子纱的制备方法，螺旋导电纤维的数量为3个，压力开关的数量为1个，首先将uhf rfid芯片和导电纤维互连，制得uhfrfid中间件；然后将uhf rfid中间件螺旋包缠至承载纱，使导电纤维变成螺旋导电纤维；再将uhf rfid芯片一侧的螺旋导电纤维裁断，形成的两个末端分别与压力开关的两个导电触垫互连；最后对所有互连点进行封装，形成压感触控型uhf rfid电子纱。其中，裁断位置需要根据实际需求选择，使得压力开关导通时，电子纱中uhf rfid芯片被激活，监测终端可以接收到传感信号；压力开关断开时，电子纱中uhf rfid芯片未被激活，监测终端不能接收到传感信号。

17、本发明还提供如上所述的一种压感触控型uhf rfid电子纱的制备方法，螺旋导电纤维的数量为4个，压力开关的数量为2个且分布于rfid芯片两侧，首先将uhf rfid芯片和导电纤维互连，制得uhf rfid中间件；然后将uhf rfid中间件螺旋包缠至承载纱，使导电纤维变成螺旋导电纤维；随后将uhf rfid芯片一侧的螺旋导电纤维裁断，形成的两个末端分别与压力开关的两个导电触垫互连；同时将uhf rfid芯片另一侧的螺旋导电纤维裁断，形成的两个末端分别与另一个压力开关的两个导电触垫互连；最后对所有互连点进行封装，形成压感触控型uhf rfid电子纱。

18、本发明还提供如上所述的一种压感触控型uhf rfid电子纱的制备方法，螺旋导电纤维的数量为4个，压力开关的数量为2个且分布于rfid芯片同侧，首先将uhf rfid芯片和导电纤维互连，制得uhf rfid中间件；然后将uhf rfid中间件螺旋包缠至承载纱，使导电纤维变成螺旋导电纤维；随后将uhf rfid芯片一侧的螺旋导电纤维裁断，形成的两个末端分别与压力开关的两个导电触垫互连；接着进一步将与压力开关连接、但未直接与rfid芯片连接的螺旋导电纤维裁断，形成的两个末端分别与另一个压力开关的两个导电触垫互连；最后对所有互连点进行封装，形成压感触控型uhf rfid电子纱。

19、作为优选的技术方案：

20、如上所述的一种压感触控型uhf rfid电子纱的制备方法，采用柔性绝缘胶水封装所有互连点。

21、发明原理：

22、本发明可实现二值开关式检测，且原理明显不同于现有技术（如cn116999055a），也不同于在先专利申请一种重力感应式uhf rfid阶跃传感纱及其制备方法以及在先专利申请一种应变式uhf rfid阶跃传感纱线及其制备方法。

23、本发明压感触控型uhf rfid电子纱的传感原理为：与uhf rfid芯片导通的螺旋导体（本发明中为螺旋导电纤维）称为有效天线。当电子纱中压力开关未受到压力，或受到压力较小时，弹簧形变量小于可升降导电块与导电触垫间距，此时有效天线物理结构尺寸偏短，与rfid芯片阻抗匹配效果差，压感触控型uhf rfid电子纱处于未激活状态，不向外界发射传感信号，读写器端无法获取传感信息；当电子纱中压力开关受到压力，且弹簧形变量大于等于可升降导电块与导电触垫间距时，可升降导电块与导电触垫两者导通，使有效天线物理结构尺寸和阻抗突变，有效天线与rfid芯片实现优良阻抗匹配，压感触控型uhf rfid电子纱切换至激活状态，向外发射传感信号，读写器可读取对应的传感信息。本发明传感监测仅判别电子纱是否向外辐射射频信号，无需解析信号强度，实现二值开关式检测逻辑：无压力、弱压力、无信号输出为关态，无传感信号；受压导通、产生射频信号为开态，有传感信号。

24、而现有技术通过采集全程连续量化数据，用不同数值表征动作状态，例如cn116999055a公开的一种肢体运动状态监测的无线无源应变传感纱及其制备方法。肢体运动会导致传感纱发生形变，从而使传感纱天线增益发生改变，进而导致监测端接收到的rssi发生变化。该过程中，rfid芯片全程属于被激活状态。当只改变形变时，rssi与传感纱的形变程度具有一一映射关系，根据接收到的rssi可反推获得肢体运动状态。然而rssi还与测试环境中是否有金属、读写器与传感纱距离等有关，因此每次操作前均需对信号进行校准、标定，操作复杂。本发明电子纱在监测过程中，rfid芯片并非全程处于激活状态，在压力开关闭合时，芯片处于激活状态，向外传输传感信号；断开时处于未激活状态，向外不传递传感信号。在整个监测过程中，本发明抛弃幅值大小信息，仅利用信号有无作为判据，可以避免环境等因素对监测数据结果的影响，操作简单，准确性高。

25、有益效果：

26、（1）本发明的一种压感触控型uhf rfid电子纱，可有效改善监测准确性、降低噪声干扰，在运动监测、人机交互领域应用前景广泛。

27、（2）本发明的一种压感触控型uhf rfid电子纱，实现了二值开关式检测，与现有rfid传感器相比，避免了信号的校准，具有良好的准确性、抗干扰能力更强。

28、（3）本发明的一种压感触控型uhf rfid电子纱的制备方法，可配置刚性杆联动的双压力开关结构，仅双侧开关同步受压才能激活传感；日常织物褶皱、轻微摩擦等微弱外力无法同时触发两处开关，有效抑制误触发，适合长时间人体运动、柔性穿戴持续监测场景。