一种毛囊仿生织物传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种毛囊仿生织物传感器，其特征在于：包括由毛圈组织及地组织构成的毛巾织物结构，毛圈组织采用导电纱一编织而成，地组织则包括导电纱二经纬交织后形成的x轴方向混纺纱组及y轴方向混纺纱组，导电纱一及导电纱二的结构相同包括位于中心的导电纤维及包裹在导电纤维外的弹力丝，由胶布将x轴方向混纺纱组及y轴方向混纺纱组的导电纤维与导电纱一分别聚合后各自连接一路电流测量电路。本实用新型的优点在于弥补现有传感器在微滑行为上难以检测的不足，及此传感器与纺织结合，可用于衣物的检测和传感、机器人仿生皮毛制造。
【专利说明】一种毛囊仿生织物传感器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种可穿戴纺织结构传感器。
【背景技术】
[0002]鉴于当今可穿戴触觉传感器受到前所未有的关注，如这类传感器赋予机器人和人工假肢类似人的感测能力。虽然伴随微电子技术的发展和各种有机材料的出现，已提出了多种多样的触觉传感器的研制方案，但目前大多处于实验室阶段，达到产业化的不多。而且，现有触觉传感器在柔韧性、稳健性、灵敏度等方面仍不能满足可穿戴应用要求，特别是不能检测接触过程中的微滑行为，导致难以洞察微小刺激。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种能够洞察微小刺激且适于量产的可穿戴传感器。
[0004]为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种毛囊仿生织物传感器，其特征在于:包括由毛圈组织及地组织构成的毛巾织物结构，毛圈组织采用导电纱一编织而成，地组织则包括导电纱二经纬交织后形成的X轴方向混纺纱组及I轴方向混纺纱组，导电纱一及导电纱二的结构相同包括位于中心的导电纤维及包裹在导电纤维外的弹力丝，由胶布将X轴方向混纺纱组及y轴方向混纺纱组的导电纤维与导电纱一分别聚合后各自连接一路电流测量电路。
[0005]优选地，所述毛巾织物结构位于底座织物上。
[0006]优选地，所述电流测量电路至少包括与所述X轴方向混纺纱组或所述I轴方向混纺纱组串接的电源及电流表。
[0007]人体能感触到拂过皮肤表面的微风或毛羽等刺激作用，这取决于位于皮肤表面体毛根部称作毛囊的触觉感受器。当外刺激作用于体毛表面时，体毛以皮肤表面为支点的弯曲撬动而激励根部的毛囊触觉感受体。这种刺激响应传感机理类似于“触觉接触凸透镜效应”。因杠杆原理放大了皮肤表面体毛的微小弯曲变形。这种机械杠杆结构把外部机械能转换为适合人类感知的动态范围。
[0008]本质上，体毛的弯曲变形可看作改变了毛囊传感结构的等效力阻。因此，这种等效力阻的变化可以任何阻抗的变化代替。鉴于此，无论在传感体系的结构，还是传感原理方面，都可基于纺织技术实现。在结构方面，基本形式时表面的毛羽，这可采用毛巾织物结构，毛经与纬纱交织构成毛圈组织仿生人体表面的毛发，地经与纬纱交织构成地组织，仿生人体的皮肤；在传感原理方面，阻抗的变化可以电阻的变化实现，即毛巾组织结构的起圈纱是导电纱，为了提高电阻变化敏感性，导电纱可用导电纤维与弹力丝的混纺包芯纱，通过起圈纱的摆动改变置于地组织下的电阻，从而影响到电流以检测微滑行为。这样，起圈结构的电阻变化反应了作用于表面的刺激强度。
[0009]与现有的气流传感器相比，如用于气流检测的PVDF超声传感器(专利号CN103575347A)，本实用新型的优点在于弥补上述传感器在微滑行为上难以检测的不足，及此传感器与纺织结合，可用于衣物的检测和传感、机器人仿生皮毛制造。此外，当前大部分此类传感器使用表面受压形变产生电信号的方式，此类传感器相当于皮肤的作用，而本实用新型可充当毛发的作用，测得微滑行为及气流改变，适用于更灵敏和可穿戴的需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型提供的结构示意图；
[0011]图2为导电纱示意图；
[0012]图3为本实用新型的应用示意图。
【具体实施方式】
[0013]为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0014]本实用新型的主体结构是毛巾组织结构，毛巾组织结构位于底座织物5上，毛巾组织结构与毛囊结构拥有极高的相似度，包括突起于表面的毛圈组织部分，将用于测量微滑行为等，还包括地组织部分，用于负责电路的连同。如图2所示的导电纤维3与弹力丝4的混纺包芯纱经纬交织,组成X轴方向的混纺纱组与I轴方向的混纺纱组,做为地组织。
[0015]在材料方面，毛圈组织将使用导电纱一 1，导电纱一 I采用导电纤维3与弹力丝4的混纺包芯纱，如图2所示，起到能够摆动感知变化的同时，使其摆动变化能够影响处于地组织的部分电阻的变化。在地组织部分，亦采用如图2所示的导电纱一 2，起到传输电信号的作用。
[0016]组装时，将导电纤维3与弹力丝4的混纺包芯纱织成毛巾组织，并且分别将X轴方向的混纺纱组及I轴方向的导电纤维3与导电纱一 I分别用胶布3聚合，并接入两个电流测量电路中，如图3所述，该电流测量电路的最简单结构包括串联的电源及电流表。
[0017]实用新型的感应过程及方法如下:
[0018]对于两个电路中的任一极，当电路接通后，若存在一个力或微滑行为刺激处于毛圈组织部分的导电纱一 I,导电纱一 I将发生相应的形变,其中处于导电纱一 I内部的导电纤维3将发生形变，其长度及横截面积将发生改变，即根据电阻公式可知，导电纤维3的电阻将发生改变。此时通过电路中的电流将相应的产生一个改变值，通过观察电流表的变化即可将力或微滑行为的感应到。对于力的大小或微滑行为的强度测量将通过本实用新型多次试验后，可得大小或强度关于电流变化值的对应关系，当实际应用时，可按照对应关系，由电流变化值测得大小或强度，更优地，可将电流表改良，将其电流值修改为相对应的大小或强度，便于直接读数。对于外刺激作用方向问题，本实用新型采用两个电路分别检测处于X轴、y轴方向的力或微滑行为，得知两个电流表的数值并且根据对应关系转换为力的大小即两个分力大小，根据力的分解，可求得合力的大小及方向。
【权利要求】
1.一种毛囊仿生织物传感器，其特征在于:包括由毛圈组织及地组织构成的毛巾织物结构，毛圈组织采用导电纱一(I)编织而成，地组织则包括导电纱二(2)经纬交织后形成的X轴方向混纺纱组及y轴方向混纺纱组，导电纱一(I)及导电纱二(2)的结构相同包括位于中心的导电纤维⑶及包裹在导电纤维⑶外的弹力丝(4)，由胶布(3)将X轴方向混纺纱组及y轴方向混纺纱组的导电纤维(3)与导电纱一(I)分别聚合后各自连接一路电流测量电路。
2.如权利要求1所述的一种毛囊仿生织物传感器，其特征在于:所述毛巾织物结构位于底座织物(5)上。
3.如权利要求1所述的一种毛囊仿生织物传感器，其特征在于:所述电流测量电路至少包括与所述X轴方向混纺纱组或所述y轴方向混纺纱组串接的电源及电流表。
【文档编号】G01L5/16GK204007970SQ201420320188
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】胡吉永, 张逸枫, 朱玉, 鲍可涵, 杨旭东 申请人:东华大学