具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

参考图1及图3，本发明所述的基于压电-热电收集的自供电便携式智能口罩包括呼吸监测模块6、无线传输模块10、微型控制单元9、口罩本体13以及用于提供电能的自供电模块7，其中，自供电模块7及呼吸监测模块6均固定于口罩本体13的内侧，且自供电模块7及呼吸监测模块6正对携带者的口鼻，自供电模块7经微型控制单元9与呼吸监测模块6相连接，呼吸监测模块6与外界设备相连接。

所述呼吸监测模块6包括信息采集模块8、第一柔性压电式力传感器4及第一柔性热电偶式温度传感器5，信息采集模块8的输入端与第一柔性压电式力传感器4及第一柔性热电偶式温度传感器5相连接，信息采集模块8的输出端与外界设备相连接，信息采集模块8的控制端与微型控制单元9的输出端相连接；所述自供电模块7包括热电/压电能量储存单元3、阵列式柔性压电式力传感器2及阵列式柔性热电偶式温度传感器1，阵列式柔性压电式力传感器2的输出端及阵列式柔性热电偶式温度传感器1的输出端与热电/压电能量储存单元3相连接，热电/压电能量储存单元3的输出端与微型控制单元9的电源接口相连接，热电/压电能量储存单元3的控制端与微型控制单元9的输出端相连接，信息采集模块8的控制端与外界设备通过无线传输模块10相连接，热电/压电能量储存单元3的输出端与无线传输模块10的电源接口相连接，所述外界设备包括手机APP11及5G云医疗平台12。

参考图2，第一柔性压电式力传感器4、第一柔性热电偶式温度传感器5、阵列式柔性压电式力传感器2中的各第二柔性压电式力传感器及阵列式柔性热电偶式温度传感器1中的各第二柔性热电偶式温度传感器均为叠层式复合结构；第一柔性压电式力传感器4及第二柔性压电式力传感器内压电薄膜层的材质均为锆钛酸铅或聚偏氟乙烯；第一柔性热电偶式温度传感器5及第二柔性热电偶式温度传感器中热电薄膜层的材质为氧化铟锡或氧化铟；第一柔性压电式力传感器4及第二柔性压电式力传感器内的上电极及下电极均为铜电极；第一柔性压电式力传感器4、第二柔性压电式力传感器、第一柔性热电偶式温度传感器5及第二柔性热电偶式温度传感器的柔性基底均为聚酰亚胺或聚二甲基硅氧烷。

单一第二柔性压电式力传感器及第二柔性热电偶式温度传感器采集的能量通常在μW和mW级别之间，采集电压在mV级别，而无线传输模块10及微型控制单元9的启动与工作电压通常需要1.8V以上的工作电压，因此本发明采用阵列式结构，同时将第二柔性压电式力传感器及第二柔性热电偶式温度传感器组合起来以满足供电需求。

在呼吸监测模块6中，将第一柔性压电式力传感器4及第一柔性热电偶式温度传感器5组成的检测单元放置于嘴鼻处气流流出的正前方，以获得呼出气体对检测单元的最大正压力及最高温度，如图2所示，当人体呼出的气流流过时，对第一柔性压电式力传感器4施加压力，根据压电效应，压电晶体表面将产生正负相反的电荷。同时，呼出的热气体将作用于温度监测的第一柔性热电偶式温度传感器5的热端，其冷端暴露于空气中，根据Seebeck效应，当冷端与热端出现温差时，则输出电压信号，将得到的两种电压值比对标定的标准的传感器，即可以实现对气体正压力以及温度的实时检测，进而通过核算出携带者呼吸的频率、深度以及气流温度，实现对携带者的健康状态监测。