【摘要】：隨著紡織技術(shù)的升級(jí)進(jìn)步,以及紡織技術(shù)與材料、通信、電子、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的交叉融合,越來越多的學(xué)者研究基于紡織結(jié)構(gòu)的柔性傳感器。柔性壓力電容傳感器是利用柔性電容器受力時(shí)極板間距、極板面積或中間介質(zhì)的改變而引起電容值變化的原理,將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)化為與之有一定關(guān)系的可輸出電信號(hào)的一類傳感器。柔性壓力電容傳感器應(yīng)用廣泛,可應(yīng)用在觸覺感應(yīng)、姿態(tài)監(jiān)測(cè)和安全防護(hù)等多個(gè)領(lǐng)域。本課題基于采用柔性傳感器實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)坐墊壓力分布這一目進(jìn)行了一系列研究,希望通過以下幾點(diǎn)研究,為設(shè)計(jì)與制備性能優(yōu)越的柔性壓力電容傳感器奠定基礎(chǔ)。首先,設(shè)計(jì)與制備壓力電容傳感器的介質(zhì)層、電極及粘接膠。在雙針床經(jīng)編機(jī)上編織了八種經(jīng)編間隔織物作為電容傳感器的介質(zhì)層。設(shè)計(jì)并織制高密導(dǎo)電機(jī)織物、緯編導(dǎo)電織物和經(jīng)編導(dǎo)電織物作為電容傳感器的電極極板。為了將電極極板和介質(zhì)層固定在一起,而又不能硬化電極和介質(zhì),同時(shí)涂覆固化簡單方便,從而選取三種膠水作為粘接劑。并且設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)方案,采用壓縮儀器和電容儀器測(cè)量,間隔織物壓力電容傳感器的電-力學(xué)性能。其次,介紹了間隔織物壓力電容傳感器原理,然后進(jìn)行電-力學(xué)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn),研究間隔織物壓力電容傳感器的力學(xué)性能、電學(xué)性能,繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線、電容-應(yīng)變曲線及電容-應(yīng)力曲線。利用SPSS軟件對(duì)間隔織物壓力電容傳感器的應(yīng)力及初始相對(duì)介電常數(shù)進(jìn)行線性回歸分析,研究間隔織物規(guī)格參數(shù)對(duì)其力學(xué)性能及電學(xué)性能的影響。然后,對(duì)電容-應(yīng)力曲線和電容變化率-應(yīng)力曲線進(jìn)行分段處理,對(duì)不同介質(zhì)層、不同粘接膠以及不同電極形式的間隔織物壓力電容傳感器的線性度、靈敏度、重復(fù)性誤差和遲滯性進(jìn)行研究分析,探究介質(zhì)層、粘接膠和電極對(duì)傳感器靜態(tài)性能的影響,為設(shè)計(jì)性能較優(yōu)的壓力電容傳感器做基礎(chǔ)。最后,基于單個(gè)壓力電容傳感器的性能研究,設(shè)計(jì)與制備壓力傳感器陣列,搭建壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng),制備智能坐墊,進(jìn)行硬件調(diào)試及優(yōu)化,最后進(jìn)行坐姿壓力監(jiān)測(cè)測(cè)試,得到不同坐姿下壓力分布圖,從而驗(yàn)證本課題設(shè)計(jì)的智能坐墊實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)壓力分布的功能。通過以上研究發(fā)現(xiàn),間隔織物的規(guī)格、粘接膠種類、涂覆方式、電極織物性能、應(yīng)變變化范圍都對(duì)壓力電容傳感器的傳感特性產(chǎn)生影響。采用間隔絲密度較小、間隔絲直徑較小、間隔長度較大的間隔織物作為介質(zhì)層,傳感器的靈敏度和重復(fù)性較好;采用雙面膠、部分涂覆粘接膠間隔織物壓力電容傳感器的線性度和靈敏度較好;采用緯編織物做電極的間隔織物壓力電容傳感器的靈敏度最高;在較小形變范圍內(nèi)的壓縮,傳感器的重復(fù)性誤差和滯環(huán)率可大大降低。
【圖文】：

（a）電鍍法[20]（b）相紙?jiān)还袒╗25]（c）化學(xué)聚合反應(yīng)法[26]圖 1-1 涂覆方式形成柔性電極示意圖涂覆方式生產(chǎn)工藝簡單，條件易控制，，導(dǎo)電性能相易選擇，成為近年來導(dǎo)電織物熱點(diǎn)，也是制作壓力電容傳感器導(dǎo)電電極的常用方式。但是，通過涂覆方式形成也有一些缺點(diǎn)：導(dǎo)電物質(zhì)的均勻性較難控制，從而影響其導(dǎo)電性能；涂層的牢固，隨著使用的摩擦洗滌，導(dǎo)致導(dǎo)電物質(zhì)的脫落；涂層的延展性較差，從而影響織性。2）刺繡方式

主要為瑞典 JanMeyer 等[21]采用鍍銀紗線為導(dǎo)電紗線，利用刺繡方式在織物上形成矩陣導(dǎo)電區(qū)域，如圖1-2；美國 M. McKnight 等[29]將 3D 打印的導(dǎo)電紗線、多層碳納米管纖維和不銹鋼導(dǎo)電線，采用刺繡的方式，縫入多層棉織物中，制成多模態(tài)傳感器。圖 1-2 刺繡方式形成電極[21]圖 1-3 織造方式形成電極[31]（3）織造方式織造方式是將導(dǎo)電紗線織制成機(jī)織物、針織物，形成導(dǎo)電區(qū)域。這種方式形成的電極，比涂覆方式和刺繡方式形成的電極，其彈性延展性更好，人體觸感舒適度更高，對(duì)用于人體監(jiān)測(cè)的智能傳感器來說是形成電極的最好方式。但是，織造方式形成電極時(shí)，一般要經(jīng)過絡(luò)筒或整經(jīng)、穿紗等工序，工序繁瑣，所需時(shí)間較長，而且形成電極的位置和圖案，需配合一定的工藝設(shè)計(jì)。采用織造方式形成電極的多為壓阻式壓力傳感器[30]，采用織造方式形成壓力電容傳感器的電極的的研究還比較少，瑞士 JanMeyer[31]采用導(dǎo)電紗線與非導(dǎo)電織物相隔做為緯向紗線，織成橫條機(jī)織物，將交錯(cuò)放置的機(jī)織物作為壓力電容傳感器的上下電極，如圖 1-3。1.2.2 柔性壓力電容傳感器的介質(zhì)結(jié)構(gòu)壓力電容傳感器由上下電極和中間介質(zhì)層三部分組成，中間介質(zhì)層的結(jié)構(gòu)對(duì)壓力傳感器的基本性能，如靈敏度等有著重要的影響。目前，國內(nèi)外柔性壓力電容傳感器的介質(zhì)結(jié)構(gòu)主要有三種，分別為多微孔彈性體介質(zhì)層、聚合物薄膜介質(zhì)層和織物結(jié)構(gòu)介質(zhì)層。（1）多微孔彈性體介質(zhì)土耳其 OzgurAtalay[32]、韓國 DongukKwon[24]都制作了一種三維的多微孔的彈性聚合物作為壓力電容傳感器的介質(zhì)。這種結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層在較小應(yīng)力下可以產(chǎn)生大的形變，有效的提高了傳感器的靈敏度。Ozgur Atalay 博士將 Ecoflex 30 硅膠彈性體分別和糖顆粒、鹽結(jié)晶體按照重量為 4：1 的比例制成溶液，將其在模?
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TS106;TP212

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