基于導(dǎo)電纖維針織物的柔性傳感器呼吸監(jiān)測(cè)研究.pdf

1、近年來(lái)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，使得可穿戴設(shè)備炙手可熱。業(yè)界支持者表明這是一場(chǎng)必將到來(lái)的革命，它將遍布人們的工作、生活、健身和醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域。智能紡織品作為可穿戴設(shè)備的一種還是一個(gè)非常新興的領(lǐng)域，幾乎所有的研究與開發(fā)都還處于一個(gè)初步的“探索”階段。無(wú)論是在軟件還是硬件方面，智能紡織品都還存在很大的提升空間。隨著生活水平的不斷提高，便攜式呼吸監(jiān)護(hù)設(shè)備成為預(yù)防、臨床和治療相關(guān)疾病的首選。智能紡織品中的一類代表——導(dǎo)電針織物柔性傳感器受到廣泛關(guān)注

2、，一些研發(fā)機(jī)構(gòu)在服裝中襯入導(dǎo)電纖維制作針織柔性傳感器，利用傳感器壓阻變化反應(yīng)呼吸情況，達(dá)到呼吸監(jiān)護(hù)。但還基本處于實(shí)驗(yàn)探索階段，針織柔性傳感器的可靠性、穩(wěn)定性、耐久性等還未達(dá)到商業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)；且對(duì)于影響針織物柔性傳感器使用的各種內(nèi)因和外因并未做詳細(xì)的理論研究。
　　本課題從導(dǎo)電纖維微觀結(jié)構(gòu)及導(dǎo)電性能研究入手，探究基于導(dǎo)電纖維針織物的可編織性及導(dǎo)電性能等。研究了所制作的針織柔性傳感器的洗滌性能、熱定型條件等，并利用其進(jìn)行呼吸監(jiān)測(cè)，具體研

3、究?jī)?nèi)容如下：
　　1、通過SEM、EDS等分析幾種導(dǎo)電纖維的微觀結(jié)構(gòu)，測(cè)試導(dǎo)電纖維的幾項(xiàng)基本性能并重點(diǎn)分析導(dǎo)電性能。
　　2、將選擇的導(dǎo)電纖維在電腦橫機(jī)上試織緯平針、滿針羅紋共10種柔性傳感器試樣。探討編織工藝及可編織性，為后續(xù)研究做基礎(chǔ)準(zhǔn)備。
　　3、除對(duì)織物試樣進(jìn)行基本性能測(cè)試外，著重研究其導(dǎo)電性能；分析不同試樣、不同組織的等效電阻變化規(guī)律以及相同縱行不同橫列數(shù)的等效電阻的變化規(guī)律。
　　4、探究針織柔性傳感

4、器等效電阻的兩個(gè)外部影響因子：洗滌次數(shù)及熱定型工藝。觀察洗滌5-30次后織物尺寸及等效電阻的變化；觀察熱烘40~140℃，各試樣的變化規(guī)律得出結(jié)論。
　　5、選擇志愿者利用針織柔性傳感器試樣進(jìn)行呼吸測(cè)試。平靜站立呼吸5分鐘、慢跑5分鐘后測(cè)其1分鐘呼吸頻率。通過比較分析DM3068捕捉到的呼吸頻率與觀察胸廓起伏得到的人為實(shí)測(cè)呼吸次數(shù)，以證實(shí)試樣的可靠性及穩(wěn)定性等。
　　通過這一系列的實(shí)驗(yàn)、分析與研究得到：鍍銀纖維為錦綸基上鍍銀

5、長(zhǎng)絲，由24、36根單絲并捻而成；銅纖維由硫化銅微粒子合成物沉積表面，單絲截面為多角異形；不銹鋼絲及銅絲皆為高科技拉孔延伸處理得到的單絲；強(qiáng)力由大到小：100D鍍銀纖維500cN＞銅纖維＞70D鍍銀纖維＞不銹鋼微絲＞銅絲60cN；5種導(dǎo)電纖維均具有較高的線性擬合度，同時(shí)電阻率最低能達(dá)到1.4954×10-5Ωcm，導(dǎo)電性能良好。在電腦橫機(jī)上導(dǎo)電纖維與粘膠、彈力錦綸/氨綸包芯紗混織成功，說明導(dǎo)電纖維（金屬絲）具有一定的可編織性，緯平針織物

6、正面為導(dǎo)電纖維，反面為粘膠纖維，滿針羅紋正反面一致。試樣的下機(jī)總密度平均約為1350線圈/25c m2；試樣的透氣性平均約為700 L/m2·s，盡管嵌織導(dǎo)電纖維，但對(duì)透氣性的影響極小?；趯?dǎo)電緯平針織物六角模型，得到40橫列×40縱行線圈等效電路圖中共含有3160個(gè)電流回路；同時(shí)利用基爾霍夫電壓定律和回路電流法計(jì)算得到電路方程組，并通過Matlab計(jì)算得到40橫列×40縱行的等效電阻；后期織物等效電阻實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模型建立的較為吻合。隨著

7、洗滌次數(shù)的增加，各試樣等效電阻隨洗滌次數(shù)的變化幅度極小，可見所織柔性傳感器較耐洗滌；選擇鍍銀纖維作為柔性傳感器的后整理工藝中，可以采用100℃或120℃的定型溫度以期達(dá)到較合理穩(wěn)定的電阻值；隨著溫度的升高，各試樣等效電阻的變化率都較小，熱穩(wěn)定性較好。經(jīng)過DM3068捕捉到的呼吸頻率測(cè)試與觀察胸廓起伏得到的人為實(shí)測(cè)呼吸次數(shù)的對(duì)比試驗(yàn)，有效地證實(shí)了基于導(dǎo)電纖維針織物的柔性傳感器呼吸監(jiān)測(cè)的可靠性及穩(wěn)定性。
　　本課題所做的實(shí)驗(yàn)分析研究能