在劳动保护领域，实时监测劳动者的生理健康状态受到越来越多的关注。因呼吸中包含大量生理学信息，开发具有传感功能的可穿戴设备用于监测佩戴者呼吸状态成为研究热点。传统的商用呼吸监测装置价格昂贵、体积大、不易携带，限制了其在一线生产场所的使用，例如高粉尘浓度的矿山作业环境。针对此现状，本文基于聚偏氟乙烯（PVDF）的压电性能，利用静电纺丝技术制备出具有传感性能的柔性PVDF纳米纤维膜，将高透气性碳纤维毡与PVDF纳米纤维膜设计为具有三明治结构的传感模块并嵌入到口罩中。传感模块将呼吸气流产生的机械能转化为电能，通过对电信号数据的采集和分析，完成对呼吸强度和呼吸频率的实时监测。结果表明：嵌有传感模块的口罩在不同呼吸状态下产生的压电信号有明显差异，在低强度（～15 L/min）、中强度（50 L/min）和高强度（85 L/min）三种呼吸状态下，输出压电电压峰值分别为300、700、1100 mV，电压峰值出现频率分别为18、16、14次/min。因此，基于压电信号电压峰值及其出现频率的分析，可以实现佩戴者呼吸强度和呼吸频率等呼吸参数的实时监测。此外，研究通过XRD、FT-IR、TG等分析方法确定了PVDF纳米纤维膜的压电性与其β相晶体含量有关，为进一步改善PVDF纳米纤维膜的压电性能提供了依据。研发的具有传感功能的口罩可用于矿山工人劳作状态的实时呼吸监测，在工人工作状态异常时反馈给管理人员以便于及时采取处理措施。

1 压电过滤材料的制备及性能表征
1.1 PVDF流延膜的制备
1.2 PVDF纳米纤维膜的制备
1.3 性能表征方法
2 压电过滤材料传感性能的实验结果及分析
2.1 形貌与结构表征
2.2 流延膜传感模块的电信号
2.2.1 不同模拟呼吸流量下流延膜传感模块电信号
2.2.2 不同真实呼吸状态下流延膜传感模块电信号
2.3 纳米纤维膜传感模块的电信号
2.3.1 不同模拟呼吸流量下传感模块的电信号
2.3.2 不同真实呼吸状态下传感模块的电信号
2.4 两种PVDF膜传感模块的压电性对比
3 口罩的过滤性能测定结果及分析
3.1 口罩的阻力
3.2 口罩的过滤效率
3.3 无线数据采集和呼吸监测系统初探
4 结 论