[发明专利]一种柔性织物传感器

说明书

本发明提供一种柔性织物传感器，第一导电层，包括若干沿第一方向排列的第一电极；第二导电层，包括若干沿第二方向排列的第二电极，第一方向和第二方向垂直；压阻敏感层，为位于第一导电层和第二导电层之间的中间层；其中，压阻敏感层通过采用压敏纱线与第一抗蠕变性纤维混合纺织形成。对压阻敏感层进行优化，采用压敏纱线和抗蠕变性纤维混合纺织形成，纺织方式采用平纹纺织方式，当外力加压到被检测点的时候，由于抗蠕变性纤维的蠕变特性非常小，起到受力梁支撑的作用，压阻敏感层输出的形变蠕变大大减小。

技术领域

本发明涉及柔性传感器技术领域，尤其涉及一种柔性织物传感器。

背景技术

现有技术中的柔性织物传感器采用上中下三层结构形式，见图1纺织物型传感器结构，分别为：1'-第一导电层(顶层)，4'-敏感材料层(中层)，2'-第二导电层(底层)组成，形成的3'-经纬交叉敏感点，即等效电阻。

通常情况电极采用一个比较大的面积的导电材料，通常是一个圆形，或者是一个方形的面型电极。

电阻式织物传感器测量压力变化的机理

对于电阻式传感纺织品而言，当施加外力时，纱线内部电阻改变或纱线间接触电阻改变，均可引起测量电阻变化。接触电阻是指两个物理接触的导电体之间的电阻。根据Holm理论，对于两个接触体，接触电阻可表示为公式1。

式中：R_k表示两个接触物体的接触电阻；ρ和H分别表示物体的电阻率和硬度(假设两个物体的材料相同)；n表示接触区域中的接触点的数量(在宏观尺度中，接触表面实际上由许多单独的接触点组成)；F表示施加的接触力；ε表示常量参数。

接触电阻与接触力F和接触数n呈反比。随着接触数n和接触力F的增加，接触电阻将相应地减小。

接触电阻是纺织应变传感器的关键机制，因此，如何通过纺织材料和结构来构造接触点是纺织传感器设计的关键。导电纺织品接触电阻的变化可在纤维、纱线及织物层面发生。

在纤维尺度上，导电纤维表面可由物理或化学处理，如等离子体和液氮处理，得到随机或规则分布的裂缝，在纤维延伸和恢复周期中通过打开和关闭裂缝构建接触点的变化，从而改变纤维电阻。此外，也可通过化学方法将导电粒子附着在纤维表面或将导电粒子加入纤维内部成为纤维复合物，在纤维拉伸恢复过程中，导电粒子之间的接触变化同样引起测量电阻的变化。接触点数量和纤维应变之间的关系将决定传感器的灵敏度，而该应变传感器的可重复性将由纤维的恢复能力决定。

在纱线尺度上，除了纤维上的接触电阻，还有纤维之间的接触电阻。当纱线被拉伸时，纱线内部的纤维产生横向压力，接触电阻将根据接触力的增加而减小，同时，纤维之间的间隙减小，纤维与纤维接触的数量也将增加，这两个因素同时降低了纱线的总电阻。

在织物尺度上，除了纤维上的接触电阻和纱线中纤维与纤维之间的接触电阻外，还存在纱线与纱线的接触。在织物结构中，接触的纱线、纤维的实际数量将随着压力的增加或织物的延伸而增加，因为更多的纤维将转移到直接接触界面，从而降低纱线接触的总电阻。不同的织物结构将产生不同分布的纱线接触，并且可相应地构造不同的电路网络，该电路网络可以影响织物传感器的特性。

测试方案：用万用表接触电极21和22测量电阻大小，2cm²采用500g砝码进行加压实验，500g砝码加压，对应电阻1.2kΩ，在同样温度湿度条件下经过24小时测量，电阻变为0.6kΩ。测量结果出现误差非常大。

问题产生机理：

原因是电阻式压力传感器蠕变非常大，不做处理无法达到测量精度要去。