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上海纺织科技 2024年第4期52卷 45-49,52页

作者：孙江龙赵树强丛洪莲江南大学针织技术教育部工程研究中心江苏无锡214122

为了研究弹性导电纱线制备的柔性应变传感器的纵向拉伸电学性能,采用弹性导电纱线和涤纶纱线,经电脑横机织造了3种组织的传感器。通过重复拉伸试验,测试传感器在纵向拉伸下的电阻变化、灵敏度、线性度、重复性和滞后性,分析了弹性导电... 详细信息

为了研究弹性导电纱线制备的柔性应变传感器的纵向拉伸电学性能,采用弹性导电纱线和涤纶纱线,经电脑横机织造了3种组织的传感器。通过重复拉伸试验,测试传感器在纵向拉伸下的电阻变化、灵敏度、线性度、重复性和滞后性,分析了弹性导电纱线对柔性应变传感器性能的影响。试验结果表明:相较于非弹性导电纱线织造的传感器,弹性导电纱线的电阻变化率、灵敏度、线性度、重复性提升,滞后性下降。

关键词：传感器纬编针织物弹性导电纱线电阻滞后性电学性能

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基于弹性导电纱线的可穿戴应变传感器的开发研究

基于弹性导电纱线的可穿戴应变传感器的开发研究

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作者：曾玮宸上海工程技术大学

学位级别：硕士

随着互联网技术的快速发展和移动智能设备的普及,人们的生活方式发生了重大改变,智能手机、智能手环、智能眼镜等各种便携式智能设备丰富了人们的生活,在市场上呈现出巨大的前景。可穿戴设备作为一种新型的移动智能设备,可以被使用者穿... 详细信息

随着互联网技术的快速发展和移动智能设备的普及,人们的生活方式发生了重大改变,智能手机、智能手环、智能眼镜等各种便携式智能设备丰富了人们的生活,在市场上呈现出巨大的前景。可穿戴设备作为一种新型的移动智能设备,可以被使用者穿戴到身上或服装上,便于用户信息全面准确的监测和收集。可穿戴设备中的核心部件—传感器,大多数都是刚性结构的,由刚性结构传感器制成的可穿戴设备会阻碍人体的肢体运动、关节弯曲、皮肤松紧等日常活动,增加了收集人体活动信息的难度,限制了相关功能的开发,极大的制约了可穿戴设备的进一步发展。因此,研发一种能够更好贴合人体,在不阻碍人体自由活动的同时监测人体运动信息,且具有一定柔韧性的柔性传感器具有重要意义。纺织材料正是解决这一问题的关键所在,将导电纱线通过缝嵌、刺绣、编制等方式结合形成织物,导电纱线在织物上集成传感电路后,通过纱线的拉伸、挤压等形变方式传导电信号的变化,可以实现人体应变信息的监测。本文基于包覆纺技术,将弹性纱线和导电纱线相结合,制备了柔曲性好、伸长率高、应变—电阻效应明显的弹性导电纱线,然后将该纱线用于设计监测手指运动的可穿戴应变传感器,解决了刚性传感器在人体监测方面阻碍人体自由活动的问题,并进一步开发了基于该传感器的手势识别系统,实现了对人体手势的识别分析,扩展了传感器的应用领域,本文的研究内容如下:(1)用包覆纺纱法纺制了多组包覆度不同的弹性导电纱线,分析了纱线的包覆结构,表征了纱线的性能。实验发现,弹性导电纱线的外包纱螺旋缠绕在芯纱上,形成了独特的包覆结构,使得弹性导电复合纱线的伸长率增加。弹性导电纱线的包覆度增加时,芯纱上缠绕的外包纱线增加,使得纱线的断裂伸长率变大,并且包覆角减小,使得外包纱线在轴向的分力减小,断裂强度变小。弹性导电纱线拉伸时,外包纱的镀银涂层长度增加,厚度减小,使得纱线电阻增大,表现出明显的应变—电阻效应。弹性导电纱线经过100次的循环拉伸后,因为镀银涂层的磨损,纱线的耐久性下降。(2)分析了人体的手指关节运动,发现手指关节弯曲时表面的皮肤和织物会发生弯曲形变,因此将弹性导电纱线缝嵌在手套上手指关节的位置,设计了用于监测手指关节弯曲运动的可穿戴应变传感器。测试发现手指关节弯曲时手套上弹性导电纱线的电阻值会增加,并且和关节弯曲角度的增加之间有线性关系,通过数据转换后就可以得到关节的弯曲角度,让可穿戴应变传感器实现手指关节弯曲运动的监测功能。(3)为了拓展基于弹性导电纱线的可穿戴应变传感器的应用领域,将这种手套结构的可穿戴应变传感器用于实现手势识别功能。编写了一款手势识别软件,建立了36种基础手语的手势数据库,构造了基于模板匹配法的手势识别算法。对手势识别系统的性能测试结果表明,系统在36种基础手语的手势库上的识别率为87.78%,平均识别时间为0.175秒,相比于其他系统,识别率处于中等水平,还有待提高,但识别时间更短,具有良好的实用性。

关键词：可穿戴设备应变传感器弹性导电纱线包覆结构手势识别

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