[发明专利]具有无线信号传输功能的压缩传感织物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有无线信号传输功能的压缩传感织物的制备方法，属于功能纺织品以及智能纺织品技术领域。

背景技术

传感器(英文名称：transducer/sensor)是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

随着社会的进步和科学技术的发展，作为与人类密切相关的纺织品已不仅仅只具有御寒、保暖和视觉美观的功能，人们对纺织品的功能性、智能性有了更高的要求。电子智能纺织品作为智能纺织品的一种，是电子技术与现代纺织技术融合的新型智能纺织品。

电子智能纺织品是传感、通讯、人工智能等高科技手段应用于纺织品技术上而开发出的新型纺织品。目前为止，对纺织结构的传感器已经有了大量的研究。第一阶段是将传统的面料和一些普通的电子元件，如传感器、电阻、二极管、芯片等通过对面料和服装结构的设计把电子元件附加在纺织品或服装上。该种传感器不能折叠，不能清洗，且无法大规模生产。第二阶段电子智能纺织品发展到把传感器、处理器、存储器等电子元件微化，将其与纤维结合，制作成特种纤维，如导电纤维等，再用这些特种纤维编织成面料，制作成服装。这种传感器克服了早期传感器不能折叠、不能清洗的缺点，但是这种结构仍是将单一功能的传感元件，收发信号元件嵌入到纺织品中。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何制备一种兼具无线信号传输功能和压缩传感功能的压缩传感织物。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种具有无线信号传输功能的压缩传感织物的制备方法，其特征在于，该方法由以下3个步骤组成：

步骤1：选择一种弹性纱线，织造成三维中空间隔织物，作为天线的介质基片，测试并计算其介电常数和介电损耗；

步骤2：根据天线所需的工作频率和所得到的介电常数、介电损耗，计算天线的辐射元的基本尺寸，选择一种导电纱线，与所述弹性纱线一起织造天线的辐射元、馈电线、介质基板以及接地板；

步骤3：通过垂直捆绑纱，将介质基片、辐射元、馈电线、介质基板以及接地板依次织造成为一个整体的、压缩变形时频率变化明显且存在线性规律的三维间隔织物天线结构；

所述三维间隔织物天线结构的厚度为1mm-2cm。

优选地，所述步骤1中，弹性纱线的介电性能为：介电常数2-8，介电损耗角正切0.00001-0.01。

更优选地，所述步骤1中，弹性纱线为弹性氨纶、涤纶弹性纱线或弹性橡胶纱线等高弹纤维，也可选用高性能纤维、普通的化学纤维等其它类型的纤维。

进一步地，所述弹性纱线密度为40-2000dtex。

优选地，所述步骤1中，三维间隔织物天线结构为三维正交织物、三维角联锁织物或三维间隔织物。

优选地，所述步骤2中，导电纱线的电导率为10³-10⁸s/m。

更优选地，所述步骤2中，导电纱线为金属线、碳纳米管纱线、石墨烯纤维、碳纤维或导电涂层纱线。

优选地，所述步骤3中，垂直捆绑纱为间隔纱线。

更优选地，所述柱纱或间隔纱线为涤纶单丝、丙纶、锦纶或维纶单丝，可以通过调整柱纱的模量来调整织物的压缩传感灵敏度。

优选地，所述三维间隔织物天线结构基于微带天线结构、对称振子天线结构或相控阵天线结构。

优选地，所述三维间隔织物天线结构为单辐射元天线结构或阵列天线结构。

优选地，当三维间隔织物天线结构发生压缩变形时，天线的工作频率发生变化；通过对天线信号的监测反推三维间隔织物天线结构的压缩变形情况，从而实现三维间隔织物天线结构压缩传感监测功能。

优选地，所述天线的工作频率可选用L波段、S波段、C波段、X波段、Ku波段等，可按照实际需求的工作频率来设计织造天线的尺寸。

优选地，所述压缩变形包括三维间隔织物天线结构整体压缩变形实现传感功能，以及三维间隔织物天线结构各部分局部压缩变形实现传感功能。

本发明采用三维织物制造技术，将导电纱线与弹性纱线织造成为三维间隔织物天线结构，其辐射元、接地板以及馈电线由导电纱线构成，介质基片由介电性能优良的弹性纱线构成，各个部件通过三维织造工艺织造成为一个整体。当织物发生压缩变形时，天线的工作频率发生变化。通过对天线信号的监测可反推织物的压缩变形情况，从而实现织物压缩传感监测功能。为功能纺织品以及智能纺织品提供了一种新的设计思路。