Los investigadores diseñan un sensor tejido capacitivo completamente de tela

En un artículo publicado recientemente en la revista Tecnologías de materiales avanzadosEn este artículo, los investigadores prepararon un sensor capacitivo de textil completo para demostrar la viabilidad de los sensores de interferencia incrustados en los tejidos. El sensor se probó nuevamente en busca de humedad.

estancia: Sensor tejido capacitivo completo. Haber de imagen: Jesús Sanz/Shutterstock.com

antecedentes

Los investigadores trabajan con frecuencia para reemplazar los componentes electrónicos tradicionales con dispositivos electrónicos portátiles y textiles inteligentes. Los sensores textiles integrados tienen beneficios tales como la capacidad de detectar estimulación física o química sin cambiar significativamente la estructura del tejido, la capacidad de escanear áreas más largas en comparación con los sensores convencionales a un costo menor y requisitos más bajos para los componentes electrónicos.

Se cree que es más barato producir telas tejidas a gran escala que bordar. Además, la tecnología tejida puede dar como resultado sensores textiles integrados que no se pueden tocar. La incorporación del sensor de textura funciona mejor cuando se realiza con tecnología de textura, que también conserva las propiedades de textura del sustrato.

Sobre el estudio

En este estudio, el equipo utilizó una estructura anidada como base para su sensor tejido propuesto. Se utilizó una máquina de tejer Dornier LWV8/J para tejer el sensor. Los hilos de la urdimbre se enrutaron hacia arriba o hacia abajo utilizando el sistema Jacquard de acuerdo con la posición necesaria del tejido para crear la estructura final del tejido.

Se usaron dos hebras conductoras diferentes para tejer el sensor. Se usaron filamentos conductores Shieldex para reemplazar 12 filamentos de urdimbre separados durante el proceso de fabricación del sensor. Los sensores de trama Shieldex y Bekaert están clasificados como USTS, mientras que los sensores de trama y urdimbre Bekaert están clasificados como UBTB.

El equipo examinó la función del sensor de tela tejida diseñada como sensor de presencia y las propiedades de humedad relativa relativa. Para caracterizar la humedad, el sensor se colocó dentro de una cámara climática para estudiar cómo responde a un rango de humedad relativa entre 30% y 90% manteniendo una temperatura constante de 20 °C. Se colocó encima de una silla para probar la función del sensor como sensor de presencia. Los datos de amplitud se recuperaron de una persona de 70 kg sentada en una silla.

notas

De acuerdo con las respuestas de capacitancia del sensor frente a la humedad de UBTB y USTS, las capacitancias de los dos sensores aumentaron con el aumento de la humedad relativa. En cuanto a la humedad relativa, los hilos Bakartt tienen buena estabilidad.

En cuanto al valor medio, la USTS presentó la mayor dispersión, variando del 75% al ​​85%, con valores de desviación estándar que oscilaron entre el 4,3% y el 5,5%. Sin embargo, los números de desviación estándar para UBTB fueron más consistentes. No hubo muchas diferencias según lo informado en los valores de USTS. Mientras tanto, el rango de valores de USTS fue más amplio debido a la conductividad de la plata. Además, USTS tuvo una desviación estándar más alta que UBTB.

En promedio, el bordado tuvo una desviación estándar de 2,1 %, mientras que la desviación estándar promedio de los sensores tejidos fue de 1,34 %. Así, se determinó que este método crea sensores con menor dispersión y mayor reproducibilidad. Entre el bordado y el tejido, el equipo también notó diferencias en la sensibilidad. Para sensores tejidos, la sensibilidad aumentó en 0.0168 Registrarse(C) (R)^-1.

Después de que el individuo se sentó en el sensor, el USTS respondió aumentando considerablemente la amplitud, que permaneció en un nivel más alto hasta que el sujeto se despertó. Además, el sensor mostró un modesto aumento en la condición de vacío después de que alguien se mudara a casa y se levantara. Cuando se detectó una presencia, el sensor UBTB respondió bien. Después de eso, los resultados del sensor aumentaron entre un 120 y un 170 %.

Cuando se colocó un objeto pesado, como una bolsa de la compra, sobre el sensor, la capacitancia permaneció constante en el rango del 15 % al 20 % para todas las diversas situaciones de carga. Esto indica que el tejido del quiste, que tiene una permitividad variable, fue la causa de la diferencia del sensor. Así se demostró la capacidad del sensor para distinguir entre una persona y una bolsa. Cuando el espacio estaba ocupado, ambos sensores estaban presentes y mostraban un aumento en la capacitancia. El estado de ocupación individual se distinguía fácilmente de la ocupación del objeto y el estado de vacío.

Conclusiones

En resumen, los investigadores demostraron un sensor tejido y demostraron su eficacia para medir la humedad relativa y detectar la presencia de personas u objetos. Al compararlos con la técnica de bordado, los valores capacitivos mostraron una dependencia lineal con una desviación estándar menor que aumentó inmediatamente con la humedad.

El beneficio de la detección de presencia quedó demostrado por los resultados de las pruebas, que proporcionaron valores claros para las condiciones de vacío y ocupado y deberían permitir aplicaciones sencillas. Según los autores, el sensor de condensación de tela podría usarse en más aplicaciones en las que la sensación táctil u otras características eran previamente un elemento disuasorio.

fuente

Martínez-Estrada, M., Ventura, H., Gil, I., Fernández-García, R., A Full Textile Capacitive Woven Sensor, caso. mater Tecnología 2022, 2200284, DOI: https://doi.org/10.1002/admt.202200284

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