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智能型柔性传感器的导电性与响应性能研究

作　者: 刘敏
导　师: 庄勤亮
学　校: 东华大学
专　业: 纺织工程
关键词: 柔性传感器智能织物灵敏度表面比电阻组织结构
分类号: TS101
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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引　用: 5次
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内容摘要

随着科学技术的进步,特别是微电子技术和信息技术的迅猛发展,智能纺织品成为纺织前沿技术领域的热点研究课题,它将微电子、信息、计算机等技术融合到纺织品中,通常包含传感器、驱动单元和控制单元三部分,能按照不同的要求实时地采集信号,并能对信号做出相应处理及反馈。目前驱动和控制单元通常是由微电子和电脑芯片等技术比较成熟硬件控制的,而传感器作为比较核心的部件正是智能纺织品实现智能化和舒适化要解决的关键问题。智能纺织品是21世纪新时尚哲学的基础,用于电子电工、医疗保健或军用纺织品的发展,成为开启未来时尚之门的一把钥匙,作为“第二皮肤”的生物纺织品或智能纺织品将会有非常好的市场前景。本课题在国内外对智能导电纺织品研究理论的基础上,针对当前化学气相沉积法存在的缺点进行研究改进,采用自行设计的发生装置在低温低压条件下制备具有良好拉伸响应能力的聚吡咯导电织物,成功地解决了阻碍智能导电纺织品迅速发展的聚合时间长、效率低、能耗高的问题。通过设计正交试验方法,利用自行设计改装的拉伸装置分别测试导电织物的静态表面比电阻和动态表面比电阻,探索了氧化剂浓度、掺杂剂浓度、聚合温度、聚合时间等因素对制得的导电织物的导电性能、拉伸响应灵敏度和稳定性的影响的显著性,最终得出了制备具有良好响应性和稳定性导电织物的最佳工艺参数组合。选用目前已形成工业化生产的两种异形截面纤维和常规聚酯纤维与氨纶长丝织成的三组纬编弹力针织物和涤纶/氨纶的机织物作为基布,经化学气相沉积法在低温低压条件下制备具有拉伸响应能力的聚吡咯导电织物,通过详细分析其在导电性能、拉伸响应灵敏度和稳定性上的差异分别探讨了基布原料和组织结构与导电性能、拉伸响应灵敏度和稳定性的关系,为制备良好智能型柔性传感器的基布的选择提供了可靠的理论依据。本课题在系统分析了针织物多种受拉伸理论后,将导电织物制成的柔性拉伸传感部件,结合拉伸装置、测量电路、单片机、计算机及计算机软件平台(VB和C语言)搭建了织物拉伸感应的在线显示报警系统。经测试可知,所设计的数据采集系统能较准确地采集到拉伸时织物表面比电阻的变化数据,实时动态地模拟了织物受拉情况,达到了预定的目标,成功地用导电织物搭建了良好的拉伸—电信号响应监测和报警系统。数据采集系统中,本课题应用高性能ATmega169V单片机对数据进行处理,代替传统采集系统中的数据处理、微处理器和输出接口三部分,能够满足所需数据处理的要求,且结构大大简化;通过设定芯片内部程序及外围电路,应用MAX232芯片与电脑串口相连,可将采集数据直接显示在电脑上。在拉伸感应报警系统的测试中,当导电织物试样表面比电阻因受拉而降低到设定阈值时,系统按程序设计发出报警声;通过调节测试电路中的标准电阻值,可以改善系统对拉伸响应的敏感度。该系统非常有效,工作稳定,拉伸感应灵敏,实现了导电织物应用于拉伸传感器的设想,是柔性薄型织物拉伸传感器系统的雏形,实现了导电织物真正具有感应拉伸作用的“智能”行为。本课题的研究理论、实验方法和实验数据为智能纺织品的研发提供重要的理论和实践基础。

全文目录

摘要  5-8
ABSTRACT  8-14
第一章绪论  14-28
  1.1 智能纺织品及智能柔性传感器  14-19
  1.2 导电聚合物及其研究现状  19-23
  1.3 导电织物的智能型柔性传感材料存在的问题和发展前景  23-24
  1.4 本课题的研究意义及主要内容  24-26
  1.5 章节安排  26-28
第二章聚吡咯导电织物的制备及其工艺条件的优化  28-47
  2.1 聚吡咯的导电机理及合成机理  28-33
  2.2 聚吡咯导电织物的制备  33-40
  2.3 表征与测试  40-42
  2.4 结果与讨论  42-46
  2.5 结论  46-47
第三章纱线截面形态与导电织物的响应性和稳定性的关系  47-60
  3.1 基布原料的选择依据  47-50
  3.2 聚酯纤维(涤纶)及其异形纤维  50-52
  3.3 实验  52-54
  3.4 表征和测试  54
  3.5 结果与讨论  54-59
  3.6 结论  59-60
第四章织物组织结构对导电纺织品的响应性和稳定性的影响  60-68
  4.1 织物的组织结构简介  60-62
  4.2 实验  62-63
  4.3 表征和测试  63
  4.4 结果与讨论  63-67
  4.5 结论  67-68
第五章智能柔性传感器感应系统的建立与测试  68-83
  5.1 数据采集和报警系统的组成  68-69
  5.2 拉伸信号采集和报警系统的硬件设计  69-76
  5.3 拉伸感应系统的软件设计  76-78
  5.4 动态信号响应系统的搭建  78-79
  5.5 拉伸感应信号采集和报警系统效果测试  79-82
  5.6 结论  82-83
第六章结论与展望  83-87
  6.1 结论  83-84
  6.2 不足之处  84-86
  6.3 展望  86-87
参考文献  87-94
附录  94-107
攻读硕士期间发表的文章  107-108
致谢  108

智能型柔性传感器的导电性与响应性能研究

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