摘要：本文介绍了智能监测类服装的分类及应用的新技术，包括柔性传感技术、数据处理和储存技术、无线通信技术、柔性显示器技术、柔性器件加工封装技术、能源技术、柔性导线技术、服装缝制技术等，列出了目前智能监测类服装存在的一些问题，最后对智能监测类服装的未来进行了展望，对智能监测类服装的研究有一定的参考价值。

一、概念及分类

智能监测类服装是目前研究的热点，它是指将微型电子设备与服装相结合后，可以监测人体生理信息及环境信息的一种智能服装。监测类智能服装能够对所监测到的生理信息进行分析处理，对判断当前的健康状态、运动强度、所处环境等提供依据，因此在运动健身、健康医疗、军事、消防等领域都有所应用，可以分为运动健身监测类服装、健康监测类服装、军事监测类服装、消防监测类服装等[1]。

智能监测类运动服装在运动过程中可以通过服装中监测元件监测人体的呼吸、体温、心率等生理信号，并能根据最佳运动心率进行相关提示，人们可以根据数据了解自身运动情况，并根据运动情况优化运动方案，达到很好的健身效果。

健康监测类服装的适用人群一般为婴幼儿、老人、病患等，通过监测体温、血压、血糖、呼吸频率等可对当前人体的健康状况做出判断[2]，同时系统会在超出预设值范围后自动报警并将相关情况传送到家属终端。目前国内外还在研发康复训练类监测服装，服装所带的传感器和处理器可以记录分析病患康复动作是否标准，并可以传送到终端供病患和家属参考，一方面有利于病患的康复训练，另一方面也在很大程度上节约了医疗资源。

军事监测类服装将传感器、各类监测元件、数据处理器、电池等融入到服装或相关配件中，可以实现对身体机能、周围环境的监测，同时还有定位、通讯等功能，对野外作战起到非常大的作用。

消防监测类服装可以监测人体的身体机能、周围环境的温度、粉尘颗粒物、有毒气体等，对消防人员的安全提供了有力的保障。

二、智能监测类服装新技术

一般而言，智能监测类服装包括传感模块、数据存储加工模块、通信传输模块，人机交互模块，所用新技术涉及多个学科领域，包括柔性传感技术、数据处理和储存技术、无线通信技术、柔性显示器技术、柔性器件加工封装技术、能源技术、柔性导线技术、服装缝制技术等。

1.柔性传感技术

目前监测类传感器可以分为传统的硬件传感器和柔性传感器两大类，可以用来监测人体的呼吸、心率、体温、血压等生理数据和周围环境的温湿度、空气质量及其他有关参数。传统的硬件传感器由于质地坚硬，有明显的异物感，穿着舒适性差，而且由于人体皮肤表面的不规则性和人体运动的影响，往往导致硬件传感器所测得的数据不准确[3]。随着科技的进步，柔性传感技术正在不断发展。柔性传感技术是将有机或无机材料电子器件制作在柔性或可延性基板上的新兴电子技术，该技术融合了生物电子、纳米电子、3D打印电路等，相较于硬件传感器，柔性传感器具有卓越的延展性和柔韧性，大大增加了穿着舒适性。

柔性传感技术按照监测信号的类型可以分为环境监测类和生理监测类。环境监测类传感器主要分为温湿度传感器和气敏传感器。DHT11数字信号温湿度传感器可以实现对环境的温湿度监测，是广泛应用的一类传感器；气敏传感器可以监测环境中有害气体的浓度等，从而实现预警功能。生理监测类传感器可以监测人体的物理及生化信号， 如运动、心率、呼吸、体温、PH值、电解质等[4]，可以分为柔性压力传感器、生物电干电极传感器、离子传感器等。柔性压力传感器可以监测人体的呼吸和心率，由具有电活性聚合物材料的纺织纤维制成，根据工作方式又可分为压阻类和压电类传感器；生物电干电极传感器可以监测人体的心电和脑电信号，一般由可编织的金属电极制作而成，分为微针阵列干电极、织物干电极以及平面薄膜干电极三类，；离子传感器可以监测人体出汗时汗液的主要成分及出汗量，从而可以评估当前的运动量或者健康状态。

2.数据处理及存储技术

智能监测服装通过传感器获取有关数据后还需要处理器对数据进行处理及存储，传感器获取的人体生理数据或环境数据必须经过信号转换才可使用，一般通过模拟信号处理或数字信号处理将人体生理信号转换成电信号进行存储或传输，在此过程中通过排除噪点等可以进一步优化信号。在监测服装的人机交互方面，Arduino开源电子原型平台、STM32单片机使用较多，Arduino开源电子原型平台由于其编程的便捷性和易操作性被广泛应用在智能监测服装、LED等领域[5]。

3.无线通信技术

智能监测服装所测得的数据需要传送到手机电脑等终端设备才能进一步实现数据的处理和分析，无线通讯技术的发展为数据的传送提供了有力保障，是监测服装和终端设备之间的媒介。无线通信技术原理是通过电磁波进行数据的传送，目前无线通信技术是通信领域中发展速度最快应用范围最普及的一种技术，具有方便快捷、数据传输安全性高等特点。无线通信技术按照传输方式的不同可以分为Zig Bee、传统蓝牙、低功耗蓝牙、WiFi等[6]。Zig Bee技术性能较高、容易自组网；传统蓝牙可实现短距离传输，连接方便快捷；低功耗蓝牙目前除了具备传统蓝牙的有点外，还有耗能低、加密性强，搭建成本低等优势，也是智能监测服装中使用最多的传输技术；WiFi传输技术可实现较远距离传输，且覆盖范围大，传输速率高。随着通讯技术的发展，未来搭建更方便、传输更快捷、耗能更低的无线通信技术将会不断的涌现。

4.柔性显示器技术

传统的终端显示器一般用玻璃做基板，质地坚硬，若在智能服装上加入显示器会大大降低服用性能，随着科技的发展，柔性显示器技术应运而生，不同于传统的刚性显示器，柔性显示器技术制作的屏幕可折叠弯曲，柔韧性较强，其采用塑料或者软金属做基地，上覆OLED，一种有机发光半导体，经过薄膜封装后显示屏可实现自由弯曲。该项技术最早由韩国和日本研发，后经各国不断的研究，目前柔性显示器技术正在不断的普及应用。未来随着柔性显示技术的完善，将会在智能终端、智能穿戴设备等领域掀起一场大变革。

5.柔性器件加工及封装技术

现有的集成电路技术可实现把电路中的晶体管、电阻电容等元件和导线 集成加工互联在一块半导体晶片上，然后用管壳封装，具有质量轻、成本低、体积小、耗能低等特点，加工在柔性或可延性基板上的柔性器件具有柔韧性强、轻便低耗的特点，目前柔性器件加工技术主要有光刻、刻蚀、覆膜、掺杂（注入离子等）[7]。柔性器件的封装技术可以将智能服装上的电子器件与外界隔离开，防止电子器件的老化和氧化，直接决定了智能穿戴服装上电子器件的使用寿命、稳定牢固性、穿着舒适性以及可水洗性，目前封装技术主要有3D打印封装、喷涂封装、浸涂封装、热塑封装等。

6.能源技术

智能监测服装的能源电池只有实现长续航、体积小、质量轻才能有利于智能监测服装的广泛普及，除了采用低能耗技术降低智能服装的耗能外，还可以采用高效的能源技术为监测服装持续供能。目前能源技术一方面可以通过尽可能的缩小储能电池的体积，增加电池容量来实现，另一方面可以通过开发能源转换电池来实现持续供能。

储能电池中比较常见的有锂离子电池、薄膜电池和石墨烯电池[8]。锂离子电池由于质量轻、体积小、便于携带、成本低现在被广泛使用，用在智能服装上的锂离子电池通常是纽扣电池，对环境破坏小，但是由于纽扣电池的体积小，决定了它的薄储能也较低。薄膜电池是一种很薄的电池，在一些电子皮肤设备中应用较多，同样，薄膜电池由于自身的轻薄，储能量较低，要获得更多的储能需要更大的延展面积，薄膜电池由于自身较薄，耗电很快，因此智能应用在一些小型的监测设备中。石墨烯电池是一种新能源电池，是目前储能电池中能量密度最高的一种，因此价格较高，目前还在开发阶段。

能源转换电池是将外部的能量转换成电能的一种电池，外部能量包括动能、热能、太阳能、压电（来源于人体运动的能量）等，能源转换电池的使用可以免去智能监测类服装频繁更换电池的烦恼，可以将外界能量转换成源源不断的电能。其中，太阳能电池可以通过吸收阳光转化成较高的电能，可以在变温服装中使用[9]；加州大学圣地亚哥分校已经开发出一种生物燃料电池压电电池，可以在人体运动时收集多余的能量进行转换，但由于收集的能量较少导致转换的电能也较少，因此不适合一些大型的监测设备；宾汉姆顿大学研发出了一种纺织生物电池，可以将电源直接编制到服装中实现持续的功能，并且经过反复的扭转和拉伸后仍具有稳定的发电能力，但该项技术还有待进一步开发。未来随着可穿戴设备数量的持续增长，长续航、体积小、质量轻，服用性能高的电池将会越来越多的涌现出来。

7.柔性导线技术

智能服装中的导线将各类电子元件连接到一起，是信号传输的桥梁，但是传统的金属电线由于质地不柔软使服用性能较差，而且不方便洗涤，基于此，柔性可拉伸导线应运而生。柔性可拉伸导线具有柔软、耐水洗、导电率低等特点，通过真空镀膜技术高精度纳米沉积技术、液态金属打印技术、丝网印技术等加工而成[10]。柔性导线的研究对未来电子技术、纺织领域等会展现出更广阔的应用前景。

8.服装缝制技术

智能监测设备的缝制工艺是保障服装舒适性、功能性的关键因素。目前电子元件与智能监测设备间主要采用黏合、缝合、焊接、可拆卸等方式连接，常用的胶粘剂包括丙烯酸泡绵胶、光学透明胶和热熔压敏胶三种。为保证服装的舒适性，刚性电子元件和服装间常采用拆卸式的连接方式，可通过拉链、纽扣、挂钩、附加袋、等来实现可拆卸，同时还能实现服装的可洗涤性。此外，服装中电子元件应该根据不同的功能选择不同的安放位置，确保监测数据的有效性。制作工艺的完善是今后智能检测设备商业化的关键前提之一。

三、存在的问题

智能监测类服装的发展虽然已经取得了初步的成果，但仍然处于实验室研究阶段，仍有一些问题亟待解决。

1.行业检测标准缺失

目前智能监测服装领域内没有一套权威系统的评价检测体系，导致目前智能服装市场质量良莠不齐，市场无序竞争，消费者对智能监测类服装的安全性持怀疑态度，这也是智能服装目前没有广泛普及的原因之一。

2.功能与舒适性存在矛盾

目前由于技术的限制，很多智能服装的采用硬件传感器等，服装强大的检测能力来源于传感器的数量，导致服装的舒适性大大降低，而且会给服装的洗涤带来很大的不便。这个矛盾的解决依赖于柔性材料行业及纺织工艺的进一步发展。

3.续航问题

智能监测服装由于需要长时间监测、存储和分析数据，在运行中会消耗大量的能量，目前市场上很多智能服装的电池较小，储能较低，不能保证设备长时间工作，存在续航不足的问题。

4.价格问题

智能监测服装中由于使用大量先进电子元件、新材料、新工艺等，使智能监测服装价格远高于普通服装，消费者往往对高价的智能服装望而却步，限制了智能服装的发展，因此如何通过降低制作成本，实现产品规模化，对吸引消费者尤为重要。

四、展望

目前，服装正在向智能化不断发展，智能监测服装是多个领域科技融合的产物，具有良好的发展前景和巨大的消费市场。今后，随着技术的进步，智能监测服装会朝着绿色环保、电子器件高度集成、设计上更加美观、工艺上更加舒适、续航能力更高、产品更加个性化、应用领域广泛化、产品供应链的产业化的方向发展，通过智能监测类服装的研发加快和现存问题的逐渐改进，智能监测服装将为提高人们生活质量作出巨大贡献，对服装行业的发展产生深远影响。

参考文献：

[1]梁素贞，许鹏俊. 基于生理信号监测的智能内衣设计[J].武汉纺织大学学报，2018，31（6）：36-40.

[2]洪文进，Ｒosita Mohd Tajuddin.基于 CLO 3D 技术的女性智能运动内衣设计方法[Ｊ].上海纺织科技，2022，50（3）：22-26.

[3]栾珊.基于市场需求的体温监测类智能服装的创新设计研究[Ｄ].北京：北京服装学院，2016.

[4]胡艳琼.基于用户需求的心电监测服装研究[Ｄ]．西安：西安工程大学，2016．

[5]赵方圆.女性智能内衣的创新设计研究[Ｄ].浙江：浙江理工大学，2018.

[6]杨钰蝶，许黛芳，等.智能健康监测女性运动内衣的设计[Ｊ]．山东纺织科技，2020（3）：38-41.

[7]张佳慧，王建萍，陈羽霓.运动防护智能可穿戴设备的消费者不满意度调研[Ｊ]．浙江纺织服装职业技术学院学报，2020（2）：15-20.

[8]王建萍，徐 朔，王竹君，等.智能运动文胸电子监测系统设计方案与实施[Ｊ]．纺织学报，2020，41（6）：105-111.

[9]吴淑云.智能监测服装的发展现状及应用研究[Ｊ]．西部皮革，2022，44（10）：24-26.

[10]K. Peters. Polymer optical fiber sensors-a review， Smart Mater [J]. Struct， 2010， 20（1）： 1-17.