集成柔性针织传感器的智能监测无缝内衣研发

摘要

传统的用来监测呼吸和心跳设备具有体积庞大、操作麻烦、使用地点有局限性、没有及时性等缺点，所以有很多的智能监测服装应运而生，不过大多都是相对独立的服装与独立传感器的组合，为了更加方便人们随时随地监测人体的呼吸和心跳，本课题旨在研制一套集成柔性针织传感器的智能无缝内衣，能够做到服装与传感器的合二为一。
　　课题中柔性针织传感器采用镀银锦纶导电纱线以提花添纱技术编织而成，属于电阻式的传感器，即将心跳和呼吸转化成导电纱线线圈电阻的变化。为了满足电阻式传感器对于服装与传感器贴合性的要求，本课题选择了针织无缝成形技术制作智能监测服装。本文主要开展了如下研究工作：
　　(1)首先对柔性针织传感器传感性能的可行性进行了研究，通过定伸长拉伸试验模拟穿着过程中的心跳和呼吸作用，得到柔性传感器电阻与伸长变形的关系，分析得出其线性度、灵敏度和重复性都满足了作为传感器的要求。
　　(2)智能监测无缝内衣的款式设计在满足功能性要求的基础上力求简单，选择了无缝背心。柔性传感器根据其监测呼吸和心跳生理参数的不同选择了不同的编织位置和编织面积（即横列数和纵行数）。对于数据的线输出，做了服装化处理。
　　(3)实际穿着过程中，柔性传感器的密度、面积和位置是影响传感性能的三个重要因素，所以本课题针对这三个因素展开了一系列对比试验，以优化和完善服装的监测性能。通过测试四种不同密度下柔性传感器监测心跳的功能，分析得出密度为 N30时，监测心跳功能较好，但此时数据未能反映出心跳频率。在织物密度为N30的基础上，对传感器的横列数做了一些改变，通过测试四种不同横列数的柔性传感器的心跳监测功能，对比得出横列数为10的传感器更适合用来监测心跳。在织物密度为N30，横列数为10的基础上，对传感器的纵行数做了一定改变，通过测试三种不同纵行数的传感器的心跳监测功能，发现纵行数的变化并没有给数据带来显著的变化。之后对数据进行了滤波处理，发现织物密度为N30、横列数为10、纵行数为60的柔性传感器的监测性能最佳，基本可用来表征心跳频率。在胸部和腹部分别编织了同样大小的传感器，对比四种不同密度下传感器电阻和时间的变化曲线，试验结果表明密度对于呼吸信号监测几乎没有影响，且传感器置于腹部比胸部具有较高的灵敏度。

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第一章 绪论

1.1 导电纤维的发展

1.2 导电纤维的应用

1.3 智能柔性针织传感器的研究进展

1.4 无缝内衣织物组织的编织工艺

1.5 智能服装的研究动向

1.6 本课题的研究意义和内容

第二章 无缝内衣的编织工艺

2.1 无缝内衣

2.2 SM8 TOP2 MP无缝内衣针织圆机

2.3 无缝针织产品的设计与编织

2.4 本章小节

第三章 针织物传感器的传感性能探讨

3.1 导电针织物的电阻变化机理

3.2 试样制备

3.3 针织物柔性传感器性能测试

3.4 结果与分析

3.5 本章小节

第四章 集成柔性针织传感器智能无缝内衣的设计和编织

4.1 智能无缝内衣的设计

4.2 智能无缝针织内衣的编织

4.3 智能无缝针织内衣的服装化处理

4.4 本章小节

第五章 集成柔性针织传感器智能无缝背心功能测试

5.1 集成柔性针织传感器的无缝背心的监测功能测试

5.2 测试结果与分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 主要研究结论

6.2 不足与展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢