织物压力传感阵列及其制造方法、压力分布检测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种织物压力传感阵列，通过若干第一导电纱线沿基底织物的第一方向间隔地排列在基底织物的正面，通过若干第二导电纱线沿基底织物的第二方向间隔地排列在若干第一导电纱线上方，若干第一导电纱线和若干第二导电纱线的交汇处均设置有用于实现电路导通压力传感单元；通过若干第一非导电纱线沿基底织物的第一方向间隔地排列在基底织物的反面、且与每根第一导电纱线的位置一一对应；通过若干第二非导电纱线沿基底织物的第二方向间隔地排列在若干第一非导电纱线的上方、且与每根第二导电纱线的位置一一对应。本发明专利技术还提供了一种织物压力传感阵列的制造方法及织物压力传感阵列的分布压力检测系统；本发明专利技术能够减轻串扰效应。扰效应。扰效应。

【技术实现步骤摘要】
织物压力传感阵列及其制造方法、压力分布检测系统


[0001]本专利技术涉及纺织与柔性电子
，特别是涉及一种织物压力传感阵列及其制造方法、压力分布检测系统。

技术介绍

[0002]随着柔性传感器向集成化和人机友好的方向发展，具有力敏响应特性的织物压力传感器可将压力转换为电信号，且具备优异的人机交互舒适性、环境友好性与经济性，同时易于在不干扰人的日常生活的情况下融入人的生活环境和在织物衬底上构筑其它电子器件，因此在基于环境的传感监测中具备了巨大的应用潜力。例如Day等人报道了一种常见的、由五层织物叠合而成的织物压力传感阵列，其中间层为涂覆有压阻材料的压阻织物，向外两层为导电织物，其上粘附有导电材料而形成一系列平行的细长导电条，两层导电织物上的导电条方向相互正交且均与压阻织物相接触，这样便在两层织物的导电条相重叠的位置处形成压力传感单元，而在两片导电织物的外侧各有一片非导电织物作为保护层(Day N,et al.Scalable fabric tactile sensor arrays for soft bodies.J.Micromech.Microeng.,2018,28,064004)。具有这类设计的织物压力传感阵列虽然具备柔软的属性，但其厚度较大，不利于将其集成进生活中常见的纺织物中；不同层织物间通过黏结材料夹叠黏合成形，层间的机械性能欠佳，透气性较差；且存在制造流程繁琐，不易于规模化加工的问题；此外，起压阻作用的织物为柔性大面积连续体，导致该类型的织物压力传感阵列存在显著的串扰现象。

技术实现思路
<br/>[0003]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种织物压力传感阵列及其制造方法、压力分布检测系统，所制造的织物压力传感阵列对外部压力具有良好的灵敏度，并且显著减小了织物压力传感阵列的厚度。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种织物压力传感阵列，包括基底织物、若干第一导电纱线、若干第二导电纱线、若干第一非导电纱线和若干第二非导电纱线，所述若干第一导电纱线沿基底织物的第一方向间隔地排列在基底织物的正面，所述若干第二导电纱线沿基底织物的第二方向间隔地排列在若干第一导电纱线上方，所述若干第一导电纱线和若干第二导电纱线的交汇处设置有压力传感单元，受到压力的压力传感单元将与受到压力的压力传感单元连接的第一导电纱线和第二导电纱线实现电路导通；
[0005]所述若干第一非导电纱线沿基底织物的第一方向间隔地排列在基底织物的反面、且与每根第一导电纱线的位置一一对应；所述若干第二非导电纱线沿基底织物的第二方向间隔地排列在若干第一非导电纱线的上方、且与每根第二导电纱线的位置一一对应。
[0006]所述第一导电纱线与第一非导电纱线在基底织物内部每隔第一预设距离交织形成第一连接线圈；所述第二导电纱线与第二非导电纱线在基底织物内部每间隔第二预设距离交织形成第二连接线圈。
[0007]所述第一连接线圈的位置与第二导电纱线和第二非导电纱线的位置相互错开；所述第二连接线圈的位置与第一导电纱线和第一非导电纱线的位置相互错开。
[0008]所述压力传感单元由导电复合材料制成，所述导电复合材料的组分包括聚合物基体和导电填料，所述导电填料的质量百分比占导电复合材料的5wt％～30wt％。
[0009]所述聚合物基体采用聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚硅氧烷及其共聚物中的至少一种。
[0010]所述导电填料采用碳黑纳米粒子、石墨、石墨烯、碳纳米管、银粉、铜粉、镍粉、铝粉、锌粉、铁粉和金粉中的至少一种。
[0011]所述第一导电纱线和第二导电纱线均为镀金属导电纱线；所述镀金属导电纱线采用的镀金属材料包括以下项中的至少一项：银、铜、镍、铝、锌、金和铁。
[0012]所述第一导电纱线所在的第一方向与第二导电纱线所在的第二方向之间的夹角范围为30
°
～150
°
。
[0013]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种织物压力传感阵列的制造方法，包括：
[0014]步骤(1)：将聚合物基体溶于有机溶剂，制成质量分数为20wt％
‑
30wt％的聚合物溶液；
[0015]步骤(2)：将导电填料加入聚合物溶液并均匀分散，配制导电复合材料溶液，所述导电填料的质量百分比占导电复合材料溶液的1wt％～11wt％；
[0016]步骤(3)：以若干第一导电纱线为面线、若干第一非导电纱线为底线，将若干第一导电纱线和若干第一非导电纱线分别以第一间距缝制在基底织物不同侧的表面上，使第一导电纱线和第一非导电纱线在基底织物内部每间隔第一预设距离形成第一连接线圈，并使第一导电纱线与基底织物表面接触；
[0017]步骤(4)：将导电复合材料溶液依次施加到非第一连接线圈连接处的第一导电纱线及其附近的基底织物表面上，形成导电复合材料溶液点阵列，相邻溶液点的最小间距大于零；
[0018]步骤(5)：将导电复合材料溶液点中的溶剂析出，使导电复合材料凝固后形成压力传感单元，使压力传感单元位于第一导电纱线及其附近的基底织物表面上方；
[0019]步骤(6)：以若干第二导电纱线为面线、若干第二非导电纱线为底线，将若干第二导电纱线和若干第二非导电纱线分别以第二间距缝制在基底织物不同侧的表面上，使第二导电纱线与第一导电纱线位于基底织物的同侧表面上且相互交叉，使第二导电纱线和第二非导电纱线在基底织物内部每间隔第二预设距离形成第二连接线圈，使压力传感单元位于第一导电纱线和第二导电纱线的交叉点处，使第二导电纱线和第二非导电纱线形成的第二连接线圈的位置与压力传感单元的位置相互错开，使第二导电纱线与第一导电纱线间的夹角在30
°
～150
°
范围内，使非第二连接线圈处的第二导电纱线与压力传感单元接触，使压力传感单元将第一导电纱线与第二导电纱线完全隔开，使第一导电纱线和第二导电纱线通过压力传感单元实现电路导通，制造出织物压力传感阵列。
[0020]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种上述织物压力传感阵列的压力分布检测系统，包括信号处理与控制模块、经向多路复用器、纬向多路复用器和上述织物压力传感阵列，所述信号处理与控制模块分别与经向多路复用器的一端、纬向多路复用
器的一端电连接，所述经向多路复用器的另一端与织物压力传感阵列的第一导电纱线电连接，所述纬向多路复用器的另一端通过运算放大器与织物压力传感阵列的第二导电纱线电连接。
[0021]有益效果
[0022]由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本专利技术的织物压力传感阵列采用单层织物作为基底，结构简单，显著减小了织物压力传感阵列的厚度，使其易于集成进坐垫、靠背、床垫、床单、睡枕、桌布、地毯等生活中常见的纺织物中；导电纱线通过与非导电纱线以锁缝的方式固定在基底织物上，使导电纱线与压力传感单元和基底织物间的机械连接可靠性得到提升；无需使用黏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种织物压力传感阵列，其特征在于，包括基底织物(4)、若干第一导电纱线(1)、若干第二导电纱线(3)、若干第一非导电纱线(7)和若干第二非导电纱线(6)，所述若干第一导电纱线(1)沿基底织物(4)的第一方向间隔地排列在基底织物(4)的正面，所述若干第二导电纱线(3)沿基底织物(4)的第二方向间隔地排列在若干第一导电纱线(1)上方，所述若干第一导电纱线(1)和若干第二导电纱线(3)的交汇处设置有压力传感单元(2)，受到压力的压力传感单元(2)将与受到压力的压力传感单元(2)连接的第一导电纱线(1)和第二导电纱线(3)实现电路导通；所述若干第一非导电纱线(7)沿基底织物(4)的第一方向间隔地排列在基底织物(4)的反面、且与每根第一导电纱线(1)的位置一一对应；所述若干第二非导电纱线(6)沿基底织物(4)的第二方向间隔地排列在若干第一非导电纱线(7)的上方、且与每根第二导电纱线(3)的位置一一对应。2.根据权利要求1所述的织物压力传感阵列，其特征在于，所述第一导电纱线(1)与第一非导电纱线(7)在基底织物(4)内部每隔第一预设距离交织形成第一连接线圈(5)；所述第二导电纱线(3)与第二非导电纱线(6)在基底织物(4)内部每间隔第二预设距离交织形成第二连接线圈(9)。3.根据权利要求2所述的织物压力传感阵列，其特征在于，所述第一连接线圈(5)的位置与第二导电纱线(3)和第二非导电纱线(6)的位置相互错开；所述第二连接线圈(9)的位置与第一导电纱线(1)和第一非导电纱线(7)的位置相互错开。4.根据权利要求1所述的织物压力传感阵列，其特征在于，所述压力传感单元(2)由导电复合材料制成，所述导电复合材料的组分包括聚合物基体和导电填料，所述导电填料的质量百分比占导电复合材料的5wt％～30wt％。5.根据权利要求4所述的织物压力传感阵列，其特征在于，所述聚合物基体采用聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚硅氧烷及其共聚物中的至少一种。6.根据权利要求4所述的织物压力传感阵列，其特征在于，所述导电填料采用碳黑纳米粒子、石墨、石墨烯、碳纳米管、银粉、铜粉、镍粉、铝粉、锌粉、铁粉和金粉中的至少一种。7.根据权利要求1所述的织物压力传感阵列，其特征在于，所述第一导电纱线(1)和第二导电纱线(3)均为镀金属导电纱线；所述镀金属导电纱线采用的镀金属材料包括以下项中的至少一项：银、铜、镍、铝、锌、金和铁。8.根据权利要求1所述的织物压力传感阵列，其特征在于，所述第一导电纱线(1)所在的第一方向与第二导电纱线(3)所在的第二方向之间的夹角范围为30
°
～150
°
。9.一种织物压力传感阵列的制造方法，其特征在于，包括：步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴泽光，王小东，许松林，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：