CN113358249A - 一种织物型压阻传感器阵列及智能物 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种织物型压阻传感器阵列及智能物，其中织物型压阻传感器阵列包括织物坯布和阵列传感器构成方法；以高导电率纱线、低导电率纱线、不导电纱线为原料，采用纬编方式实现织物坯布；坯布X为双层结构(A层和B层)，其中A层由高电导率纱线和不导电纱线间隔编制，B层为低电导率纱线和不导电纱线间隔编制；B层的低电导率纱线部分的宽度等于或大于A层高电导率混纺纱线部分的宽度；将两块坯布X以B面贴在一起的方式重叠，并保证两块坯布夹角不为0，两块坯布高导电率纱线重叠部分即形成压阻传感器阵列。本发明只需两层织物即可实现压阻阵列传感阵列，更简单易用。

Description

一种织物型压阻传感器阵列及智能物
技术领域
本发明涉及传感器阵列领域，具体涉及一种织物型压阻传感器阵列及智能物。
背景技术
以织物形式构成的传感器具有柔软、舒适、贴身等特点，适合用在与人相关的测量中。压阻阵列型智能织物通过三层结构，即：由导电带和非导电带间隔组成的顶层和底层，以及电阻率随着压力变化的中间层组成，顶层与底层呈一定夹角(通常为90度)，交叉点构成压阻传感器阵列，可覆盖于物体或人体表面，用于获取详细的压力分布。
现有的压阻阵列常采用有机材料薄膜，柔性打印等方案，制作快捷，但无弹性、不透气，并不适合长期贴身使用。现有的织物型压阻传感器阵列采用梭织作为编织方案，如欧盟第七框架项目SimpleSkin的公开结果，其优势是结构稳定，但弹性弱，并不适合贴身使用，也不适合其它需要紧密贴合、或者织物需要随所覆盖物体改变形状和尺寸的场合。
发明内容
本发明提出的一种织物型压阻传感器阵列及智能物，可解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种织物型压阻传感器阵列，包括织物坯布；
以高导电率纱线、低导电率纱线、不导电纱线为原料，采用纬编方式实现织物坯布；
其中，高电导率纱线的导电率在0.1-1000欧姆/10厘米；低电导率纱线的导电率在102-1010欧姆/10厘米；不导电纱线的导电率低于低导电率纱线，高于106欧姆/10厘米；
所述织物坯布包括织物坯布X，所述织物坯布X为双层结构，A层和B层，其中A层由高电导率纱线和不导电纱线间隔编制，B层为低电导率纱线和不导电纱线间隔编制；
将两块织物坯布X以B面贴在一起的方式重叠，并保证两块坯布夹角不为0，两块织物坯布高导电率纱线重叠部分即形成压阻传感器阵列。
进一步的，高导电率纱线和低导电率纱线同时存在、低导电率纱线与不导电纱线同时存在的部分使用提花方式实现双面编织，仅存在不导电纱线的部分仅起通道间的隔绝作用，编织方式自由，为单面、四平、提花，及其合并挑孔、移针编织方式的复杂花样。
进一步的，所述织物坯布还包括坯布Y，其中坯布Y仅包含高导电和不导电纱线；
坯布Y采用单面编织或坯布Y采用一面为高导电纱线加不导电纱线，另一面为不导电纱线的编织方式叫作坯布Y’；
将坯布X和坯布Y或坯布Y’重叠，使坯布X的B面在中间，两块坯布夹角不为0，两块坯布高导电率纱线重叠部分即形成压阻传感器阵列。
进一步的，所述织物坯布还包括坯布Y和坯布Z；
其中坯布Y仅包含高导电和不导电纱线，坯布Z仅包含低导电和不导电纱线；
坯布Y和Z均可采用单面编织；或者坯布Y采用一面为高导电纱线加不导电纱线，另一面为不导电纱线的编织方式叫作坯布Y’,坯布Z采用提花、四平结构构成局部或全局双面，保证两面均有低导电纱线露出叫作坯布Z’；
依次将坯布Y或坯布Y’的有高导电率纱线一面朝内、坯布Z或坯布Z’、坯布Y或坯布Y’的有高导电率纱线一面朝内共三块坯布重叠，使两块坯布Y或坯布Y’的高导电纱线条夹角不为零，且两块坯布Y或坯布Y’的高导电率纱线重叠部分被坯布Z或坯布Z’的低导电率纱线部分隔开,即形成压阻传感器阵列。
进一步的，所述高电导率纱线通过混纺实现，包括不锈钢纤维与棉、化纤普通织物纤维混纺，或镀层实现，包括化纤表层镀银、镀铜或合金；
所述低电导率纱线由化纤掺杂导电颗粒制成原丝，再通过混纺、多股丝并线、多股纱并线，或多股丝纱并线方式获得强度满足要求的纱线；
所述普通纱线为常用纺织用纱线。
进一步的，采取移针方法在织物坯布上编织出通孔。
进一步的，所述织物坯布使用横机和圆机实现，圆机包括大圆机、小圆机、内衣机、袜机；
方形和筒形织物坯布直接由横机和圆机编织完成，其它形状使用横机编织成型或圆机坯布裁剪的方式获得；
或织物坯布采用经编方式实现。
进一步的，采用夹弹丝或在织造前对织物坯布采用包缠、包芯方式增加纱线弹性。
另一方面，本发明还公开一种织物压阻阵列型智能物，基于上述的织物型压阻传感器阵列，通过加装测量模块，覆盖在人体表面成为压阻阵列型智能衣，包括覆盖面积非全身，成为智能帽、智能脖套、智能围巾、智能袖套、智能抹胸、智能绑带、智能袜、智能鞋垫；
或覆盖在家具表面成为压阻阵列型智能家纺，包括智能桌布、智能椅套、智能床单、智能轮椅；
或覆盖在地面和墙面成为压阻阵列型智能地毯、智能墙布。
由上述技术方案可知，本发明描述的织物型压阻传感器阵列通过加工可广泛应用于衣物、家纺和地面。由于采用纬编作为织造方法，纱线成圈，天然含有弯曲富裕部分，可拉伸性、弹性、柔软程度相对于梭织方法更高，更适合贴身使用。使用导电纱线而非金属丝，坯布弯折后可自动恢复无折痕。使用提花方法实现双层织物，保证高导电条带与低导电条带位置相对固定，提高传感器稳定性。低导电层也采用导电条与非导电条间隔的模式，减小多通道之间的道间串扰。相对于两块高导电层加一块低导电层的传感阵列构成方式，本发明只需两层织物即可实现压阻阵列传感阵列，更简单易用。
附图说明
图1是本发明的织物坯布X的结构示意图；
图2是本发明的坯布变种基本结构示意图；
图3是本发明传感阵列构成方式示意图(以3*3阵列为例)。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本实施例所述的织物型压阻传感器阵列，包括织物坯布，首先介绍织物坯布的第一种规格，这里叫织物坯布X，如下：
坯布基本结构：以高导电率纱线(纱线1)、低导电率纱线(纱线2)、不导电纱线(纱线3)为原料、采用纬编方式实现织物坯布。
坯布为双层结构(如附图1)，其中A层由高电导率纱线(混纺或镀层)和不导电纱线间隔编制，B层为低电导率纱线(混纺、多股丝并线、多股纱并线，或多股丝纱并线)和不导电纱线间隔编制。
高导电率纱线和低导电率纱线同时存在、低导电率纱线与不导电纱线同时存在的部分使用提花方式实现双面编织(提花功能区)，仅存在纱线3的部分仅起通道间的隔绝作用，编织方式自由，可为单面、四平、提花，及其合并挑孔、移针等编织方式的复杂花样。如附图1所示。其中，其中坯布正面高电线率纱线编织部分宽度为d1，普通纱线编织部分宽度为d2；背面低电线率纱线编织部分宽度为d3，普通纱线编织部分宽度为d4；满足d1+d2＝d3+d4，构成最小循环。
坯布变种：如优先追求纺织效率，则可将坯布X拆分成2块，形成如图2的变种即坯布Y和坯布Z,其中坯布Y仅包含高导电和不导电纱线，坯布Z仅包含低导电和不导电纱线。坯布Y和坯布Z均可采用单面编织。坯布Y也可以采用一面为高导电纱线加不导电纱线，另一面为不导电纱线的编织方式(坯布Y’)。坯布Z也可以提花、四平等结构构成局部或全局双面，但必须保证两面均有低导电纱线露出(坯布Z’)。
传感器阵列基本结构：如附图3所示，将两块织物坯布X以B面贴在一起的方式重叠，并保证两块坯布夹角不为0，两块织物坯布高导电率纱线重叠部分即形成压阻传感器阵列，将高导电率纱线织成的高导电条在边缘处引出接测量模块。
传感器阵列变种：
变种1:将坯布X和坯布Y(或坯布Y’)重叠，保证坯布X的B面在中间，两块坯布夹角不为0，在顶视图中两块坯布高导电率纱线重叠部分即形成压阻传感器阵列。
变种2:将坯布Y(或坯布Y’，有高导电率纱线一面朝内)、坯布Z(或坯布Z’)、坯布Y(或坯布Y’，有高导电率纱线一面朝内)共3块坯布重叠，保证两块坯布Y(或坯布Y’)的高导电纱线条夹角不为零，且在顶视图中两块坯布Y(或坯布Y’)的高导电率纱线重叠部分被坯布Z(或坯布Z’)的低导电率纱线部分隔开。即形成压阻传感器阵列。
附加结构(可依据实际应用场景选用或不用)：
1.采取移针方法在面料上编织出通孔，便于后期的信号引出和坯布固定。
2.采用夹弹丝(如氨纶丝)或在织造前采用包缠、包芯等方式增加纱线弹性，获取更好的坯布弹性。
3.采用局部提花方式，控制高导电率和/或低导电率条带被引到或布坯布边缘。
基本实施例：该坯布结构可使用横机和圆机(含大圆机、小圆机、内衣机、袜机等)实现。方形和筒形坯布(如床单、桌布等应用)可直接由横机和圆机编织完成，其它形状可使用横机编织成型或圆机坯布裁剪的方式获得。在追求编织速度时，也可以采用经编方式实现。
高电导率纱线可由混纺实现，如不锈钢纤维与棉、化纤等普通织物纤维混纺；也可由镀层实现，如化纤表层镀银、镀铜或合金。导电率在0.1-1000欧姆/10厘米。
低电导率纱线可由化纤掺杂导电颗粒制成原丝，在通过混纺、多股丝并线、多股纱并线，或多股丝纱并线等方式获得强度足够的纱线，导电率需要低于高电导率纱线，在102-1010欧姆/10厘米。
不导电纱线为常用纺织用纱线，要求导电率低于低导电率纱线，高于106欧姆/10厘米。
坯布成型后按图2构成传感器阵列并加装测量模块，覆盖在人体表面即可成为压阻阵列型智能衣，如覆盖面积非全身，也可以成为智能帽、智能脖套、智能围巾、智能袖套、智能抹胸、智能绑带、智能袜、智能鞋垫等；覆盖在家具表面即可成为压阻阵列型智能家纺，如智能桌布、智能椅套、智能床单、智能轮椅等；覆盖在地面和墙面即可成为压阻阵列型智能地毯、智能墙布等。
本发明实施例还有些其他替代方案，比如：
坯布制造替代方案：坯布结构也可以通过
a)在弹性底布上用刺绣或缝纫方式实现，使用人字车方法走线以维持底布弹性；
b)直接使用弹性纱线(例如包芯纱)通过设计花样以梭织方式实现坯布X和坯布Y的导电条可以等间距(统一空间分辨率阵列)，也可以非等间距(非统一空间分辨率阵列)。
传感器阵列构造方案：可以使用两块坯布上的所有导电条，也可间隔使用(不使用的导电条悬空或拉到某固定电平)，或者将若干条导电条连到同一驱动信号上(驱动坯布)或同一端接电阻(读出坯布)。
本发明描述的织物型压阻传感器阵列传感器通过加工可广泛应用于衣物、家纺和地面。由于采用纬编作为织造方法，纱线成圈，天然含有弯曲富裕部分，可拉伸性、弹性、柔软程度相对于梭织方法更高，更适合贴身使用。使用导电纱线而非金属丝，坯布弯折后可自动恢复无折痕。使用提花方法实现双层织物，保证高导电条带与低导电条带位置相对固定，提高传感器稳定性。低导电层也采用导电条与非导电条间隔的模式，减小多通道之间的道间串扰。相对于两块高导电层加一块低导电层的传感阵列构成方式，本发明只需两层织物即可实现压阻阵列传感阵列，更简单易用。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种织物型压阻传感器阵列，其特征在于：包括织物坯布；
以高导电率纱线、低导电率纱线、不导电纱线为原料，采用纬编方式实现织物坯布；
其中，高电导率纱线的导电率在0.1-1000欧姆/10厘米；低电导率纱线的导电率在102-1010欧姆/10厘米；不导电纱线的导电率低于低导电率纱线，高于106欧姆/10厘米；
所述织物坯布包括织物坯布X，所述织物坯布X为双层结构，A层和B层，其中A层由高电导率纱线和不导电纱线间隔编制，B层为低电导率纱线和不导电纱线间隔编制；
将两块织物坯布X以B面贴在一起的方式重叠，并保证两块坯布夹角不为0，两块织物坯布高导电率纱线重叠部分即形成压阻传感器阵列。
2.根据权利要求1所述的织物型压阻传感器阵列，其特征在于：高导电率纱线和低导电率纱线同时存在、低导电率纱线与不导电纱线同时存在的部分使用提花方式实现双面编织，仅存在不导电纱线的部分仅起通道间的隔绝作用，编织方式自由，为单面、四平、提花，及其合并挑孔、移针编织方式的复杂花样。
3.根据权利要求1所述的织物型压阻传感器阵列，其特征在于：
所述织物坯布还包括坯布Y，其中坯布Y仅包含高导电和不导电纱线；
坯布Y采用单面编织或坯布Y采用一面为高导电纱线加不导电纱线，另一面为不导电纱线的编织方式叫作坯布Y’；
将坯布X和坯布Y或坯布Y’重叠，使坯布X的B面在中间，两块坯布夹角不为0，两块坯布高导电率纱线重叠部分即形成压阻传感器阵列。
4.根据权利要求1所述的织物型压阻传感器阵列，其特征在于：所述织物坯布还包括坯布Y和坯布Z；
其中坯布Y仅包含高导电和不导电纱线，坯布Z仅包含低导电和不导电纱线；
坯布Y和Z均可采用单面编织；或者坯布Y采用一面为高导电纱线加不导电纱线，另一面为不导电纱线的编织方式叫作坯布Y’,坯布Z采用提花、四平结构构成局部或全局双面，保证两面均有低导电纱线露出叫作坯布Z’；
依次将坯布Y或坯布Y’的有高导电率纱线一面朝内、坯布Z或坯布Z’、坯布Y或坯布Y’的有高导电率纱线一面朝内共三块坯布重叠，使两块坯布Y或坯布Y’的高导电纱线条夹角不为零，且两块坯布Y或坯布Y’的高导电率纱线重叠部分被坯布Z或坯布Z’的低导电率纱线部分隔开,即形成压阻传感器阵列。
5.根据权利要求1所述的织物型压阻传感器阵列，其特征在于：
所述高电导率纱线通过混纺实现，包括不锈钢纤维与棉、化纤普通织物纤维混纺，或镀层实现，包括化纤表层镀银、镀铜或合金；
所述低电导率纱线由化纤掺杂导电颗粒制成原丝，再通过混纺、多股丝并线、多股纱并线，或多股丝纱并线方式获得强度满足要求的纱线；
所述普通纱线为常用纺织用纱线。
6.根据权利要求1所述的织物型压阻传感器阵列，其特征在于：采取移针方法在织物坯布上编织出通孔。
7.根据权利要求1所述的织物型压阻传感器阵列，其特征在于：所述织物坯布使用横机和圆机实现，圆机包括大圆机、小圆机、内衣机、袜机；
方形和筒形织物坯布直接由横机和圆机编织完成，其它形状使用横机编织成型或圆机坯布裁剪的方式获得；
或织物坯布采用经编方式实现。
8.根据权利要求1所述的织物型压阻传感器阵列，其特征在于：
采用夹弹丝或在织造前对织物坯布采用包缠、包芯方式增加纱线弹性。
9.一种织物压阻阵列型智能物，基于权利要求1-8任意一项所述的织物型压阻传感器阵列，其特征在于：加装测量模块，覆盖在人体表面成为压阻阵列型智能衣，包括覆盖面积非全身，成为智能帽、智能脖套、智能围巾、智能袖套、智能抹胸、智能绑带、智能袜、智能鞋垫；
或覆盖在家具表面成为压阻阵列型智能家纺，包括智能桌布、智能椅套、智能床单、智能轮椅；
或覆盖在地面和墙面成为压阻阵列型智能地毯、智能墙布。
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