一种纬编针织物应变传感器及其编织方法与流程

本发明涉及一种纬编针织物应变传感器，尤其涉及一种用于测量拉伸和弯曲应变的纬编针织物应变传感器及其编织方法。

背景技术：

纬编针织物具有良好的延伸性和弹性，采用导电纱线编织的纬编针织结构传感器在受到拉伸时其等效电阻发生变化，使其成为电阻式应变传感器，导电纱线和弹性纱线的结合使传感器体现优异的重现性能。

纬编针织结构传感器可直接编织或通过其他方式集成在其他载体(例如：服装、手套、袜子、护腕等)上，形成可穿戴应变传感器。不同可穿戴方式使其可用来监测人体的生理信号和运动状况，例如：呼吸、心跳、关节活动度等。

现有技术中，中国专利号201220565490.6公开了一种用于脉搏信号监测的针织柔性传感器，包括感应区域和连接区域，由锦纶镀银导电纱的面纱线圈和锦纶氨纶包芯纱的地纱线圈构成。上述针织柔性传感器的不足之处在于：(1)连接区域的线圈只有一根纱线，密度较稀松；(2)感应区域的线圈分布为矩形，传感器的灵敏系数较小，而且导电纱线要从传感器的左右两端引出；(3)由于是平针结构，传感器的上下边缘线圈横列容易脱散和卷边。以上不足使该传感器的应用受到了限制。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的纬编针织物应变传感器及其编织方法，使其更具有产业上的利用价值。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种纬编针织物应变传感器及其编织方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种纬编针织物应变传感器，包括感应区域和连接区域，所述感应区域由面纱为导电纱线和地纱为弹性纱线的平针添纱线圈组成，所述连接区域位于感应区域的两侧，所述连接区域由面纱为纱线和地纱为弹性纱线的平针添纱线圈组成，还包括锁边区域，所述锁边区域位于各自对应连接区域的外侧，所述锁边区域由面纱为纱线和地纱为弹性纱线的平针添纱线圈组成，其中，面纱显露在感应区域、连接区域和锁边区域的正面，地纱显露在感应区域、连接区域和锁边区域的反面，所述感应区域内的导电纱线呈折弯结构。

进一步地，所述的纬编针织物应变传感器，其中，在感应区域内的所述导电纱线设有导电引线。

再进一步地所述的纬编针织物应变传感器，其中，所述导电纱线为镀银锦纶丝，电导率为0.52Ω/mm。

更进一步地所述的纬编针织物应变传感器，其中，所述弹性纱线为锦纶/氨纶包覆纱；纱线为锦纶丝或涤纶丝。

再更进一步地，所述的纬编针织物应变传感器，其中，所述锁边区域为双层折边结构。

一种适用于纬编针织物应变传感器的编织方法，包括以下步骤：

步骤1：采用单面圆形的纬编机编织感应区域；

步骤2：依据步骤1将感应区域编织呈折弯的结构；

步骤3：采用单面圆形的纬编机编织连接区域；

步骤4：将连接区域与折弯结构的感应区域编织呈一体；

步骤5：采用单面圆形的纬编机编织锁边区域；

步骤6：锁边区域依次按照持圈、主体部段和锁边三阶段进行编织；

步骤7：将锁边区域与感应区域和连接区域编织呈一体，且锁边区域在连接区域的外侧。

进一步地，所述的适用于纬编针织物应变传感器的编织方法，其中，所述纬编机由下针筒结构、上针盘机构和成圈机构构成，所述下针筒机构位于成圈机构的侧边，且与成圈机构相配合，所述上针盘机构位于成圈机构的上端，与下针筒机构呈直角布置，且上针盘机构和下针筒机构之间设有间隙并相互配合；

所述下针筒机构由下针筒、织针和选针片构成，所述织针和选针片沿下针筒的周边设置，所述织针设置在选针片的上方，且织针和选针片分别受织针三角和选针三角可分别做上下运动布置；所述上针盘机构由上针盘和持圈片构成，所述持圈片设置在上针盘的上方，且持圈片受持圈片三角做水平进出运动；所述成圈机构由第一选针区、第二选针区和成圈区构成，三者依序布置，且第一选针区和第二选针区均与成圈区配合；所述第一选针区内设有第一选针器、第一选针三角、第一压针三角和第一导纱器，所述第一选针三角与第一压针三角下上间隔且相对应设置，所述第一选针器在第一选针三角和第一压针三角的之间移动，且与第一导纱器相配合；所述第二选针区内设有第二选针器、第二选针三角、第二压针三角和第二导纱器，所述第二选针三角与第二压针三角下上间隔且相对应设置，所述第二选针器在第二选针三角和第二压针三角的之间移动，且与第二导纱器相配合；所述成圈区由退圈三角、成圈三角和第三导纱器构成，所述退圈三角位于成圈三角的前端，且第三导纱器通过退圈三角、成圈三角分别与第一选针区、第二选针区相配合。

进一步地，所述的适用于纬编针织物应变传感器的编织方法，其中，所述步骤2中呈折弯的感应区域编织，织针在第一选针区被选中，钩取第一导纱器的导电纱线；在第二选针区未被选中，不钩取第二导纱器的纱线；随后织针在成圈区钩取第三导纱器的弹性纱线，导电纱线与弹性纱线一起形成添纱线圈，导电纱线的线圈处于织物正面，弹性纱线的线圈处于织物反面。

进一步地，所述的适用于纬编针织物应变传感器的编织方法，，其中，所述步骤3中连接区域编织，织针在第一选针区未被选中，不钩取第一导纱器的导电纱线；在第二选针区被选中，钩取第二导纱器的纱线；随后织针在成圈区钩取第三导纱器的弹性纱线，普通纱线与弹性纱线一起形成添纱线圈，纱线的线圈处于织物正面，弹性纱线的线圈处于织物反面。

进一步地，所述的适用于纬编针织物应变传感器的编织方法，其中，所述步骤6中，所述持圈阶段的编织，织针钩取纱线和弹性纱线编织多个平针添纱线圈横列，接着持圈片径向外移伸入两根针的空档中钩取纱线和弹性纱线，然后持圈片径向退回握持住这些线圈；主体部段阶段的编织，织针钩取纱线和弹性纱线编织若干个平针添纱线圈横列形成一定长度的主体部段；锁边阶段持的编织，圈片径向外移将持圈片上的线圈转移至织针的针钩内。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

1、本发明的所有区域都是由两根纱线的平针添纱线圈组成，结构整体均匀，密度一致，延伸性与弹性回复性良好。

2、在高度与宽度以及织物密度相同的条件下，从输入端到输出端，折弯结构的感应区域比矩形感应区域具有较多的导电线圈纵行数；因此在同样的横向拉伸应变条件下，转折形感应区域的等效电阻变化率要大于矩形感应区域，即传感器具有较高的灵敏系数。

3、折弯结构的感应区域输入端和输出端的导电纱线从同一个方向引出，节省空间，便于外部引线的排布。

4、该纬编针织物应变传感器的上下边缘均为双层平针添纱织物折边结构，避免了单层平针添纱织物上下边缘线圈横列的脱散和卷边。此外，该传感器可在改进的单面圆形纬编机编织，具有上机可编织性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明纬编针织物应变传感器的正面线圈结构示意图；

图2是本发明纬编针织物应变传感器未经处理的反面线圈结构示意图；

图3是本发明纬编针织物应变传感器经过处理的反面线圈结构示意图；

图4是本发明单面圆形纬编机的结构示意图；

图5a是本发明锁边区域的持圈阶段编织原理图；

图5b是本发明锁边区域的主体部段阶编织原理图；

图5c是本发明锁边区域的锁边阶段编织原理图；

图6是本发明所述的感应区域与连接区域的编织原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，一种纬编针织物应变传感器，包括感应区域1和连接区域2，所述感应区域1由面纱为导电纱线和地纱为弹性纱线的平针添纱线圈组成，所述连接区域2位于感应区域1的两侧，所述连接区域2由面纱为纱线和地纱为弹性纱线的平针添纱线圈组成，还包括锁边区域3，所述锁边区域3位于各自对应连接区域2的外侧，所述锁边区域3由面纱为纱线和地纱为弹性纱线的平针添纱线圈组成，其中，面纱显露在感应区域1、连接区域2和锁边区域3的正面，地纱显露在感应区域1、连接区域2和锁边区域3的反面，所述感应区域1内的导电纱线呈折弯结构。本发明的折弯结构的感应区域比矩形感应区域具有较多的导电线圈纵行数；因此在同样的横向拉伸应变条件下，折弯结构的感应区域的等效电阻变化率要大于矩形感应区域，即传感器具有较高的灵敏系数。

本发明中在感应区域1内的所述导电纱线设有导电引线4，可从同一个方向引出，节省空间，便于外部引线的排布。

本发明中所述导电纱线为镀银锦纶丝，电导率为0.52Ω/mm，所述弹性纱线为锦纶/氨纶包覆纱；纱线为锦纶丝或涤纶丝。

本发明中所述锁边区域3为双层折边结构，通过将锁边区域3设成双层折边结构能防止脱散和卷边。

如图2所示，在感应区域1和连接区域2，除了平针添纱反面线圈(弹性纱线与导电纱线，弹性纱线与纱线)外，还有导电纱线浮线5和纱线浮线6，即在导电纱线的线圈与纱线的线圈互补的横列上，由于选针编织的缘故，该针织物下机后在导电纱线正面线圈的反面是纱线的浮线，而在纱线正面线圈的反面是导电纱线的浮线。在锁边区域3，全部是由纱线和弹性纱线的平针添纱正面线圈组成，与图1中的锁边区域相似，显示了该锁边区域的双层折边结构。

如图3所示，在剪去不需要的导电纱线的浮线和纱线的浮线并保留导电引线4引出端后，形成了最终的纬编针织物应变传感器，其结构与图1相同。只不过图1表示的是传感器的正面，而图3显示了传感器的反面。

一种适用于纬编针织物应变传感器的编织方法，包括以下步骤：

步骤1：采用单面圆形的纬编机编织感应区域；

步骤2：依据步骤1将感应区域编织呈折弯的结构；

步骤3：采用单面圆形的纬编机编织连接区域；

步骤4：将连接区域与折弯结构的感应区域编织呈一体；

步骤5：采用单面圆形的纬编机编织锁边区域；

步骤6：锁边区域依次按照持圈、主体部段和锁边三阶段进行编织；

步骤7：将锁边区域与感应区域和连接区域编织呈一体，且锁边区域在连接区域的外侧。

如图4、图6所示，所述纬编机由下针筒结构、上针盘机构和成圈机构构成，所述下针筒机构位于成圈机构的侧边，且与成圈机构相配合，所述上针盘机构位于成圈机构的上端，与下针筒机构呈直角布置，且上针盘机构和下针筒机构之间设有间隙并相互配合，通过下针筒结构、上针盘机构和成圈机构能将感应区域1、连接区域2和锁边区域3均编织成型，且方便快捷。

其中，本发明中所述下针筒机构由下针筒14、织针13和选针片11构成，所述织针13和选针片11沿下针筒14的周边设置，所述织针13设置在选针片11的上方，且织针13和选针片11分别受织针三角12和选针三角10可分别做上下运动布置；所述上针盘机构由上针盘7和持圈片8构成，所述持圈片8设置在上针盘7的上方，且持圈片8受持圈片三角9做水平进出运动；所述成圈机构由第一选针区C、第二选针区D和成圈区E构成，三者依序布置，且第一选针区C和第二选针区D均与成圈区E配合；所述第一选针区C内设有第一选针器18、第一选针三角19、第一压针三角22和第一导纱器28，所述第一选针三角19与第一压针三角22下上间隔且相对应设置，所述第一选针器18在第一选针三角19和第一压针三角22的之间移动，且与第一导纱器28相配合；所述第二选针区D内设有第二选针器20、第二选针三角21、第二压针三角23和第二导纱器30，所述第二选针三角21与第二压针三角23下上间隔且相对应设置，所述第二选针器20在第二选针三角21和第二压针三角23的之间移动，且与第二导纱器30相配合；所述成圈区E由退圈三角24、成圈三角25和第三导纱器31构成，所述退圈三角24位于成圈三角25的前端，且第三导纱器31通过退圈三角24、成圈三角25分别与第一选针区C、第二选针区D相配合。

本发明中编织锁边区域3的锁边部段分为三个阶段(实际编织采用两根纱线为添纱结构，一根纱线，另一根弹性纱线，图5a、图5b、图5c为了简化只画出了一根纱线)。

第一阶段为持圈阶段，如图5a所示，织针13在起口并编织了几个线圈横列15后，持圈片8先向外运动挂住线圈的沉降弧16，接着向内运动握持住线圈后保持不动。

第二阶段为主体部段阶段的编织，如图5b所示，在持圈片8握持线圈的情况下，织针13连续编织单层织物17。

第三阶段为锁边阶段，如图5c所示，当单层织物编织到一定长度后，持圈片8将线圈转移到织针13的针钩内，将所织的单层织物长度对折形成双层结构。

如图6所示，编织感应区域和连接区域，其中，选针片11和织针13先后经过第一选针区C、第二选针区D、成圈区E。编织感应区域时，当选针片11被第一选针器18选中后沿着第一选针三角19上升，推动织针13上升到集圈(退圈不足)高度，接着受第一压针三角22的作用下降钩取第一导纱器28的导电纱线并下降到不脱圈高度；随后选针片11未被第二选针器20选中，织针13不上升即不钩取第二导纱器30的纱线；随着织针13运动到退圈三角24，织针13上升正常退圈，接着受成圈三角25的作用下降钩取第三导纱器31的弹性纱线，导电纱线与弹性纱线一起弯纱成圈形成添纱结构的感应区域。

当选针片11未被第一选针器18选中而被第二选针器20选中，其沿着第二选针三角21上升，推动织针13上升到集圈(退圈不足)高度，接着受第二压针三角23的作用下降钩取第二导纱器30纱线并下降到不脱圈高度；随着织针13运动到退圈三角24，织针13上升正常退圈，接着受成圈三角25的作用下降钩取第三导纱器31的弹性纱线，纱线与弹性纱线一起弯纱成圈形成添纱结构的连接区域。

在图6中，在成圈三角25的下方设置有护针三角26，而第一导纱器28上设置有感应区域的运动轨迹27，和第二导纱器30上设置有连接区域的运动轨迹29，便于跟清楚知道该感应区域和连接区域的工作。

本发明至少具有以下优点：

1、本发明的所有区域都是由两根纱线的平针添纱线圈组成，结构整体均匀，密度一致，延伸性与弹性回复性良好。

2、在高度与宽度以及织物密度相同的条件下，从输入端到输出端，折弯结构的感应区域比矩形感应区域具有较多的导电线圈纵行数；因此在同样的横向拉伸应变条件下，转折形感应区域的等效电阻变化率要大于矩形感应区域，即传感器具有较高的灵敏系数。

3、折弯结构的感应区域输入端和输出端的导电纱线从同一个方向引出，节省空间，便于外部引线的排布。

4、该纬编针织物应变传感器的上下边缘均为双层平针添纱织物折边结构，避免了单层平针添纱织物上下边缘线圈横列的脱散和卷边。此外，该传感器可在改进的单面圆形纬编机编织，具有上机可编织性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。