纤维基拉伸传感器及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种纤维基拉伸传感器及其制备方法与应用，制备时将螺旋导电丝进行固定；然后基于滑动变阻器原理，将一根不可拉伸的长丝设置为局部导电结构，利用螺旋导电丝和不可拉伸的长丝导电部分的电阻差异，借助电阻相差较大而形成了近似短路的特点，从而形成不同的导电通路，以制备纤维基拉伸传感器

【技术实现步骤摘要】
纤维基拉伸传感器及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及应变传感器
，尤其涉及一种纤维基拉伸传感器及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]拉伸应变传感器可以通过传感器在拉伸状态下的电阻变化来反馈其拉伸应变的大小，进而反映监测对象的某种变化，其在运动姿态监测方面具有非常大的应用前景，逐渐受到了健康医疗
、
比赛训练等领域的青睐
。
[0003]柔性拉伸传感器的制备通常可以直接在柔性基材表面设置导电层或者可以在柔性织物层中设置导电纱线
。
申请号为
CN202011271485.X
的专利公开了一种可拉伸柔性复合织物基传感器及其应用，通过粘合剂将导电粒子固定在弹性织物基体上，以得到柔性传感器
。
申请号为
CN202210192820.X
的专利公开了一种柔性拉伸传感器的制备方法，以具备良好机械性能和热稳定性的全氟磺酸薄膜为基础材料，经过预处理的全氟磺酸膜在膨胀状态下，通过化学镀铂的方法，在其表面制备金属电极，以得到柔性传感器
。
这种直接在柔性基材
(
即上述两个专利中的弹性织物和薄膜
)
表面设置导电层的传感器，在拉伸过程中很容易出现导电物质不连续而无法形成导电通路的弊端；而且将高聚物直接作为基材，在反复拉伸过程中会因其蠕变和疲劳导致整个传感器的应变反馈出现偏差，进而影响其灵敏度
。
另外，通过直接在柔性基材表面设置导电层或者在柔性织物层中设置导电纱线得到的传感器，还存在在拉伸过程中出现导电通道的多级变化，从而使得电阻变化曲线出现多个局部线性区域或者非线性区域，进一步影响其灵敏度
。
[0004]为了避免上述问题，螺旋结构的传感器受到广泛关注
。
申请号为
CN202110206428.1
的专利公开了一种可拉伸传感器制备方法，将纤维束加入导电材料分散液，加捻得到加捻纤维束，再次加入导电材料分散液，并进行过捻，得到复合导电螺旋纤维束
。
然而这种螺旋结构的传感器，在拉伸应变较小时，电阻变化很小，电阻基本趋于稳定，从而使得传感器的检测灵敏度较低
。
[0005]有鉴于此，有必要设计一种改进的纤维基拉伸传感器及其制备方法与应用，以解决上述问题
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种纤维基拉伸传感器及其制备方法与应用，基于滑动变阻器原理，将一根不可拉伸的长丝设置为局部导电结构，利用螺旋导电丝和不可拉伸的长丝导电部分的电阻差异，借助电阻相差较大而形成了近似短路的特点，从而形成不同的导电通路，以制备纤维基拉伸传感器，设计巧妙，所得拉伸传感器的检测灵敏度高
、
精确度高，且检测范围广；同时该传感器结构的可设计性较强
。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种纤维基拉伸传感器的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1.
将螺旋导电丝的两端分别通过绝缘丝与柔性基材连接，使所述螺旋导电丝处于未拉伸
、
刚好要被拉伸的初始状态；
[0009]S2.
将两根长度大于所述螺旋导电丝的不可拉伸的长丝穿过所述螺旋导电丝的螺旋内部，并与所述螺旋导电丝接触；然后将两根所述不可拉伸的长丝的两端分别固定在所述柔性基材上；
[0010]S3.
基于滑动变阻器原理，将一根所述不可拉伸的长丝设置成局部导电结构，利用所述螺旋导电丝和不可拉伸的长丝导电部分的电阻差异，形成导电通路，以制备纤维基拉伸传感器
。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，当所述螺旋导电丝的电阻大于所述不可拉伸的长丝的导电部分的电阻时，将所述不可拉伸的长丝位于所述螺旋导电丝内部的第一长丝设置为导电部分，同时将所述螺旋导电丝的两端分别通过铜丝与信号处理装置连接，以制备纤维基拉伸传感器
。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，当所述螺旋导电丝的电阻小于所述不可拉伸的长丝的导电部分的电阻时，将所述不可拉伸的长丝露出所述螺旋导电丝的第二长丝设置为导电部分，同时将两端的所述第二长丝分别与信号处理装置连接，以制备纤维基拉伸传感器
。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述螺旋导电丝的电阻是所述第一长丝电阻的5‑
100
万倍；所述第一长丝的长度等于所述螺旋导电丝未拉伸状态下的长度
。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述第二长丝的电阻是所述螺旋导电丝电阻的5‑
100
万倍；所述第二长丝的长度大于所述螺旋导电丝未拉伸状态下的长度
。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述螺旋导电丝是通过在螺旋状高分子聚合物表面设置导电物质形成的；所述螺旋状高分子聚合物为氨纶单丝
、
涤氨单丝
、
棉氨单丝中的一种，或者由多股单丝编织而成；所述导电物质为金属
、
碳材料
、
导电高分子或者二维过渡金属碳化物中的一种
。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述不可拉伸的长丝的导电部分的导电物质为金属
、
碳材料
、
导电高分子或者二维过渡金属碳化物中的一种
。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述柔性基材为织物或者柔性薄膜中的一种；步骤
S2
中，分别将两根所述不可拉伸的长丝的两端缝合或者粘贴在所述柔性基材上
。
[0018]为实现上述专利技术目的，本专利技术还提供了一种纤维基拉伸传感器，采用上述任一项所述的纤维基拉伸传感器的制备方法制备得到
。
[0019]为实现上述专利技术目的，本专利技术还提供了一种纤维基拉伸传感器的应用，将上述任一项所述的纤维基拉伸传感器应用于可穿戴电子设备领域
。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021](1)
本专利技术提供的纤维基拉伸传感器，基于滑动变阻器原理，将一根不可拉伸的长丝设置为局部导电结构，利用螺旋导电丝和不可拉伸的长丝导电部分的电阻差异，借助电阻相差较大而形成了近似短路的特点，从而形成不同的导电通路，以制备纤维基拉伸传感器
。
本专利技术基于巧妙的设计，基于滑动变阻器通过连接不同导电元件在不同部位形成近似短路的特点，首先能够通过传感器的略微拉伸，实现电阻值的变化，以测定拉伸变化，灵敏度很高；其次，相同拉伸条件下测试多次，每次电阻变化基本相同，且电阻可随拉伸长度呈线性变化趋势，提高检测的准确度；因此，所制备的拉伸传感器对应变的反馈具有非常好的
效果
。
再次，该传感器结构的可设计性较强，能够基于该工作原理采用其他形式的导电材料设计制备，例如采用导电织物与螺旋导电丝进行组合
。
另外，由于螺旋状结构能承受更多次数的拉伸，因此本专利技术的纤维基拉伸传感器使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种纤维基拉伸传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.
将螺旋导电丝的两端分别通过绝缘丝与柔性基材连接，使所述螺旋导电丝处于未拉伸
、
刚好要被拉伸的初始状态；
S2.
将两根长度大于所述螺旋导电丝的不可拉伸的长丝穿过所述螺旋导电丝的螺旋内部，并与所述螺旋导电丝接触；然后将两根所述不可拉伸的长丝的两端分别固定在所述柔性基材上；
S3.
基于滑动变阻器原理，将一根所述不可拉伸的长丝设置成局部导电结构，利用所述螺旋导电丝和不可拉伸的长丝导电部分的电阻差异，形成导电通路，以制备纤维基拉伸传感器
。2.
根据权利要求1所述的纤维基拉伸传感器的制备方法，其特征在于，当所述螺旋导电丝的电阻大于所述不可拉伸的长丝的导电部分的电阻时，将所述不可拉伸的长丝位于所述螺旋导电丝内部的第一长丝设置为导电部分，同时将所述螺旋导电丝的两端分别通过铜丝与信号处理装置连接，以制备纤维基拉伸传感器
。3.
根据权利要求1所述的纤维基拉伸传感器的制备方法，其特征在于，当所述螺旋导电丝的电阻小于所述不可拉伸的长丝的导电部分的电阻时，将所述不可拉伸的长丝露出所述螺旋导电丝的第二长丝设置为导电部分，同时将两端的所述第二长丝分别与信号处理装置连接，以制备纤维基拉伸传感器
。4.
根据权利要求2所述的纤维基拉伸传感器的制备方法，其特征在于，所述螺旋导电丝的电阻是所述第一长丝电阻的5‑
100
万倍；所述第一长丝的长度等于所述螺旋导电丝未拉伸状态下的长度
。5.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王博，刘美亚，王栋，李沐芳，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：