不同材料导电纱线针织柔性传感器的传感性能

为满足集成针织柔性传感器的智能无缝内衣对于传感性能的要求,结合提花添纱编织技术,采用不同导电纱线作为原材料制备了不同传感区尺寸的针织柔性传感器.通过定伸长拉伸试验考察了针织柔性传感器的电阻-应变关系及重现性,并采用正交试验分析了影响传感器灵敏系数的因素.结果表明,当针织柔性传感器的应变小于15%时,不同线密度的镀银锦纶丝、镀铜锦纶丝针织柔性传感器的电阻与应变均呈线性关系,其重现性良好,适宜作为编织针织柔性传感器的导电材料.影响镀银锦纶丝传感器灵敏系数的显著性因素依次为:镀银锦纶丝线密度、横列数、横列数与纵行数的交互作用,在设计传感区尺寸时,横列数比纵行数更为重要.含铜腈纶纱和含铜腈纶/涤纶混纺纱针织柔性传感器的电阻与应变只在小应变(≤2%)时才能满足线性关系,因此不能作为导电材料用于针织柔性传感器的编织.     

基于取向纤维基底和图案化双相金属层的高灵敏应变传感器（英文）

为了提高液态金属基应变传感器的灵敏度,研究了一种高灵敏度、可拉伸的应变传感器,该传感器由取向的静电纺热塑性聚氨酯纤维基底和图案化双相金属传感层构成。以液态金属Galinstan为“岛”,固体金属银为“海”,构建了图案化双相金属传感层。银“海”可阻止连续的液态金属导电路径的形成,基于银导电区域的裂纹扩展机制,传感器的灵敏度显著提高。此外,纤维取向(水平或垂直)削弱了在受力时纤维的重新排列,增强了传感层的变形。结果表明,对于单一液态金属层或Ag层组成的传感器,基底纤维垂直取向与随机排列比较,灵敏度分别提高1.09倍和33.19倍。最终制成的基于垂直取向纤维基底和图案化双相金属层的应变传感器具有超高的灵敏度(灵敏度系数高达952.20)和宽传感范围(高达59.33%)。这种设计有望在可穿戴设备中显示良好的应用潜力。     

高灵敏度离子皮肤手指关节角度传感器的设计

为解决柔性传感器监测手指关节运动时灵敏度、测量范围及阈值有限的问题,设计并制备了一种多介电层(3层)结构形式的离子皮肤手指关节角度传感器。该传感器由多个硅橡胶薄膜和高保水性的离子凝胶电极构成,当穿戴传感器的手指关节弯曲时,根据应变引起其电容信号的变化,可测得手指关节弯曲角度。构建多介电层结构形式的离子皮肤应变传感理论模型;推导多介电层离子皮肤手指关节角度传感器的角度传感理论模型;测试传感器输出与手指关节角度关系。实验结果表明,传感器角度传感理论模型与测试结果吻合较好;传感器灵敏度为单介电层离子皮肤手指关节角度传感器的3.5倍,测量范围囊括手指关节从展平到完全弯曲状态角度,阈值小于1°,具有灵敏度高、测量范围广和阈值低的特性。离子皮肤多介电层的结构形式及理论模型对康复训练患者及微操纵机械手的精准测量具有较好应用前景。     

环球

正电子皮肤即新型可穿戴柔性仿生触觉传感器,是一种用于实现仿人类触觉感知功能的人造柔性电子器件。人类皮肤的感触响应时间为30-50毫秒,该器件响应时间仅需5毫秒,而且灵敏度高达15.6kPa-1,并能够循环工作10万次以上。从这些数据上看,电子皮肤的"感觉"一点都不比人类的差。     

柔性可穿戴的腕关节运动角度传感器

为解决难以在柔性康复机器人上安装角度传感器的问题,设计了一种柔性可穿戴的腕关节掌屈运动角度传感器。基于光纤宏弯损耗原理,将光纤嵌入硅橡胶,构成柔性传感模块。硅胶模块与织物结合,组成测量腕关节掌屈运动的角度传感器。该传感器具有对温度不敏感,不受电磁干扰,成本低,不干扰柔性驱动器工作等优点。设计并制造该传感器,试验验证结果表明,硅胶模块在重复拉伸收缩运动时的重复性误差为1.42%、迟滞为1.39%、标定误差为0.53%。与传统的用量角器测量关节运动角度的方法比较,该传感器的测量误差更低,能够实现实时角度监测,与驱动器组成闭环控制,具有实际的应用价值。     

基于LC谐振的非侵入式眼压监测系统

为保证眼压(IOP)获取的实时性、准确性和易操作性,基于电感电容(LC)串联谐振原理,提出一种非侵入式的柔性LC眼压传感器,具有可穿戴性．传感器采用一种基于软光刻和热塑成型的微通道液态金属注入的制备方法,应变单元是由液态金属制成的电感线圈,极大提高了传感器灵敏度和佩戴舒适度．同时设计了一种专用于该眼压传感器的信号采集装置,包括扫频信号发生电路、幅值相位检测电路、单片机控制单元和读取线圈．通过读取线圈与眼压传感器的耦合,采用幅值相位检测电路得到耦合之后的等效阻抗实部最大值,从而得到传感器的谐振频率．实验测试结果表明：非侵入式眼压监测系统在眼压监测方面达到了467.3 Hz/Pa的灵敏度,且得到系统的眼压测量精度为±0.2 kPa,满足测量要求．     

基于织物传感器所测肌肉厚度特征的肌肉疲劳监测（英文）

骨骼肌疲劳监测是康复医疗和运动科学等领域热点课题。然而受传感器的尺寸和价格所限,目前的肌肉疲劳监测技术不适用于运动场景。该研究基于织物应变传感器的穿戴式智能带测量人体上臂肱二头肌的厚度变化,以期辅助常规肌电图(electromyography, EMG)传感器监测肌肉疲劳。测试方案选用哑铃弯举动作,采用EMG过零率和EMG中位频率检验新提出的2个基于厚度的肌肉疲劳指标,即电阻中位频率和电阻所围面积。结果显示,EMG中位频率和电阻中位频率相关系数达0.781 5,P值为0.022 0;EMG过零率和电阻所围面积相关系数达0.874 7,P值为0.004 5。结果表明,基于厚度的肌肉疲劳指标与常用的基于EMG的疲劳指标显著相关。该研究验证了使用面向可穿戴的柔性传感器在运动中监测肌肉疲劳的可行性,显示出该类传感器在肌肉疲劳监测研究领域的广阔前景。     

可穿戴医疗设备的关键技术

正可穿戴材料新型的导体和半导体材料为可穿戴医疗设备的设计提供了新动力,例如导电高分子聚合物、金属和金属氧化物的纳米粒子、碳基纳米材料等,这些材料既具有良好的导电性,又具有很好的机械特性,非常适合于可穿戴医疗设备。传感器技术可穿戴医疗设备监测的各种生理信号和生命体征都需要依靠强大的生物传感技术。因此,高灵敏抗噪的柔性传感器设计是可穿戴医疗设备的     

碳纳米管柔性应变传感器在智能纺织品中的应用

智能纺织品不仅拥有日常穿着的所需功能,而且兼具智能性,柔性纺织材料的选择是当前纺织材料研究的重点。在柔性材料中,碳材料是制备柔性应变传感器的理想材料之一。以碳纳米管为柔性材料制备的柔性应变传感器在智能纺织品中的应用为研究内容,从碳纳米管的结构组成、性质及其应用等方面,介绍碳纳米管柔性应变传感器的研究现状;从材料选择、制备方法、性能测试及应用等方面,阐述以碳纳米管纤维和碳纳米管薄膜为柔性材料制备的柔性应变传感器的特性和功能;从制备难点、生产成本、实际应用效果等方面,对碳纳米管柔性应变传感器的优缺点进行评述。研究认为,在大应变下具有高灵敏度将是今后碳纳米管柔性应变传感器研究的方向。     

密封式可穿戴摩擦电传感器件的制备与性能优化

以尼龙织物为基底材料和正摩擦材料,聚氨酯(PU)为负摩擦材料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为密封材料,导电银浆为电极层,在负摩擦层和电极层之间添加聚酰亚胺(PI)薄膜作为增强层,设计并制备一种基于摩擦纳米发电机(TENG)的气囊式可穿戴摩擦电传感器。利用扫描电子显微镜和电子示波器对该柔性器件的微观结构与输出性能进行表征,探究了PI膜厚度、气囊内部充气量、外部施加压力及其作用频率对输出性能的影响。结果表明：当PI膜厚度为15μm、充气量为1 mL、压力作用频率为3 Hz时输出性能最佳,达到电荷饱和状态后输出电压可达15 V。由于气囊密封结构独特的回弹性和对外界压力变化的响应敏感性,该器件具有良好的灵敏度(0.34 V/kPa)、优良的稳定性和防水性,可实现人体运动行为的实时检测,在可穿戴传感领域具有很大潜力。     

全数字光纤传感测试系统的设计

为克服传统光纤传感测试系统器件分散性大、过程复杂等局限性，结合红外光电传感及物联网技术，设计了全数字光纤传感测试系统。该系统以MCU( Micro Control Unit) 为主控单元，采用红外接近传感器作为IＲLED( Infrared Light Emitting Diode) 驱动以及光电转换输出单元，ＲTC ( Ｒeal-Time Clock) 芯片及EEPＲOM( Electrically-Erasable Programmable Ｒead-Only Memory) 进行时间读取及光电数据的实时存储，WiFi ( Wireless Fidelity) 模块实现光电数据的网传、按键及LCD( Liquid Crystal Display) 显示单元完成人机交互等功能。实验结果表明，该系统可用于特殊环境下的非接触物体检测与颜色识别等场合，为进一步实现光纤传感测试系统的小型化及智能化提供了一种可行性方案。     

单片机控制的剑杆织机选色装置

本文介绍1511—56＂简易剑杆织机上使用的单片机选色送纬控制装置,该装置可与织机同步运行。既可选用预先设定好的织物花型,也可现场输入设计的织物花型。有数字显示功能,硬件结构简单,性能可靠,操作方便。     

面向柔性电子的形状记忆聚合物

与传统电子器件的刚性相比,柔性电子器件可弯曲、可延展,在诸如可穿戴设备等应用中显示出不可比拟的优势.现有柔性电子器件通常基于宏观平面设计,限制了其发展.形状记忆聚合物作为一类智能材料,具有形状可控、模量可调等特点,在电子器件方面受到了越来越广泛的关注.将形状记忆聚合物引入柔性电子器件,不仅可以更好地调节柔性电子器件的物理性能,还能使器件具有复杂的宏观三维立体结构,从而显示出更强大的功能.此外,形状记忆聚合物在柔性器件的制备上可以起到独特的作用.本文综述了形状记忆聚合物作为柔性电子基体材料和转印图章的发展过程及研究进展,并对该领域的未来发展方向进行展望.     

光纤光栅传感系统在结构损伤识别中的应用

简述了光纤光栅传感器的传感原理,说明它具有良好的传感性能.为了表明光纤光栅传感能够用于结构的损伤识别,制作了带孔的悬臂梁结构,用盖板封住或去掉来模拟结构的完好和损伤,在结构开孔处和参考点处分别粘贴光纤光栅传感器测量结构的应变模态,通过结构应变模态在损伤前后的变化识别结构的损伤.试验结果表明,光纤光栅传感器具有很高的测量精度,能很好地识别结构的损伤.     

用于仿生皮肤的电容式三维力触觉感知系统

为解决可穿戴传感器触觉感知信息单一, 不具备柔性以及可穿戴性差的问题, 研究了一种兼备法向力与切向力感知功能的电容式三维力柔性触觉传感器。阐述了传感器的结构设计、触觉感知机理, 并借助ANSYS传感器有限元仿真软件进行触觉感知机理验证。基于CC2530 低功耗微处理器与AD7147-1 型电容数字转换器构建便携式电容触觉信息感知系统。可分别满足法向力0 ~ 5 N 范围检测灵敏度为6. 87 fF/ N 以及剪切力0 ~3 N时灵敏度为10. 96 fF/ N 的触觉感知, 动态响应时间为226 ms。实验结果表明, 该电容式三维力触觉传感器具备良好的工作稳定性与灵敏度, 为可穿戴式人工皮肤的研究提供了一种设计方案。     

全固态电位传感器的研究进展

全固态电位传感器因为不含内充液,极易微型化、阵列化和制备成一次性的纸基电极和塑料柔性电极,得到快速的发展。全固态电位传感技术已在环境监测、床边护理和可穿戴设备等领域取得初步应用。介绍了近几年作为全固态电位传感器固体接触层的纳米材料和导电聚合物,基于适配体等生物分子的全固态电位传感器的制备与应用以及纸基和可穿戴等全固态电位传感器的最新研究进展,并展望其未来的发展趋势。     

烟草分拣线条烟烟姿检测识别装置的设计与实现

设计利用C8051F系列单片机和光电检测传感器,制作的一种分拣线条烟烟姿检测识别装置设计.通过四路光电检测传感器,检测物流输烟流水线竖烟等故障情况,采用单片机程序处理检测信号,判断故障信息,输出故障信号,并启动蜂鸣器报警.结果 利用光电传感器实现的检测装置设计完成,该装置兼具信号检测、监控和报警的功能.结论 设计完成的竖烟检测装置可成功应用于烟草物流分拣线上,对分拣线烟资故障实现监控和预警,提示工作人员及时检修.     

柔性可穿戴应力传感器的研究进展

柔性可穿戴传感器由于其可拉伸、可弯曲、轻薄便携和优异的电学性能等特点被广泛应用于健康诊断、运动监测、康复医疗、娱乐等领域.近年来,柔性可穿戴应力传感器取得了显著的进步,多种可测量健康信息的柔性应力传感器已被应用于脉搏波、运动、呼吸和心电图(electrocardiogram,ECG)检测.然而,柔性传感器的发展仍然有诸多待解决的问题.对近年柔性应力传感器的发展进行了全面的归纳总结,从应力传感器的工作原理、结构设计展开,探讨了如何构建高性能柔性应力传感器,讨论了当前柔性传感器存在的问题,展望了未来柔性应力传感器的发展趋势.出色的柔韧性、良好生物兼容性、快速响应、高灵敏度、多功能集成的柔性可穿戴传感器展现出广阔的应用前景.     

编织纤维混凝土耗散性能研究

研究正交纤维格栅织物增强混凝土的动力性能和耗散的机制。格栅织物通常用在土体的固定方面,在混凝土工程的应用方面较少。纤维编织格栅混凝土是纤维增强材料混凝土一种功能上的更新和进步,显示了混凝土基体材料与编织格栅的相互作用和便捷的施工工艺。     

基于穿戴式输入系统的手指敲击识别算法

随着穿戴式接收设备的发展,与其配套的输入设备也要求更加便携和小型化.基于此,设计了一款穿戴式输入系统,系统包括十个指环,指环上集成有MEMS传感器、微处理器、蓝牙通信模块、电池.操作者佩戴该指环键盘通过惯性传感器检测手指的敲击动作,并根据设定的输入法实现文本的输入.另外,针对该系统操作的特点,还提出一种手指敲击识别算法,以实现对敲击动作的识别,通过验证,该算法可实现96％以上的敲击识别率.