[发明专利]具有无线信号传输功能的弯曲应变传感织物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有无线信号传输功能的弯曲应变传感织物的制备方法，属于功能纺织品以及智能纺织品技术领域。

背景技术

伴随着科技的迅速发展，纺织品的功能已经不仅仅局限于美观与保暖，在保持其原有特征的前提下，智能纺织品已经成为其发展的一个趋势，在近几年的研究中，智能纺织品已经在电子电工、体育运动、数字化多媒体娱乐、生物医疗和军事国防中得到了广泛的应用。将纺织品与通信设备的结合更是具有一定的研究意义。可穿戴天线作为一种智能纺织品，将微带天线与柔性可变形的纺织品相结合，其兼顾了纺织品和微带天线的优点，不仅具备了纺织品柔软、舒适、吸湿、透气等服用性能，还具备了微带天线剖面高度低，尺寸小，重量轻，结构紧凑，与载体共形性好，可隐蔽集成到织物等一系列优良特性，使得天线在完成信息传输的同时能够更好的与人体各部分贴合。

目前国内外对于可穿戴天线的研究，主要是将天线与柔性纺织材料通过缝合、粘合等方式层合而成，这种天线一般具有较小的体积和低剖面，而且更容易和人体保持共形，多附着在衣服上使用。一般的纺织天线结构多是用于信号传输，并没有用于织物传感领域。事实上，柔性的天线结构在变形过程中，其电磁学性能，如共振频率、驻波比等参数会发生变化。如果通过监测天线的电磁信号，可反推出织物天线所受到的变形情况。然而一般的层合的织物天线结构，在弯曲过程中结构不够稳定，容易造成层间变形，使纺织结构容易产生无规律的变形，从而无法通过监测天线性能的变化来感知天线弯曲变形。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何制备一种兼具无线信号传输功能和弯曲应变传感功能的弯曲应变传感织物。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种具有无线信号传输功能的弯曲应变传感织物的制备方法，其特征在于，该方法由以下3个步骤组成：

步骤1：选择一种弹性纱线，织造成织物，作为天线的介质基片，测试并计算其介电常数和介电损耗；

步骤2：根据天线所需的工作频率和所得到的介电常数、介电损耗，计算天线的辐射元的基本尺寸，选择一种导电纱线，与所述弹性纱线一起织造天线的辐射元、馈电线、介质基板以及接地板；

步骤3：通过垂直捆绑纱，将介质基片、辐射元、馈电线、介质基板以及接地板织造成为一个整体的、弯曲变形时频率变化明显且存在线性规律的织物天线结构；

其中，所述弹性纱线和弹性导电纱线的断裂伸长率均不低于20％。

优选地，所述步骤1中，弹性纱线的介电性能为：介电常数2-8，介电损耗角正切0.00001-0.01。

更优选地，所述步骤1中，弹性纱线为弹性氨纶、涤纶弹性纱线等高弹纤维，也可选用高性能纤维、普通的化学纤维等其它类型的纤维。

进一步地，所述弹性纱线密度为40-2000dtex。

优选地，所述步骤1中，织物为三维结构织物或弯曲应变状态下结构变化均匀的二维弹性结构织物。

更优选地，所述三维结构织物为三维正交织物、三维角联锁织物或三维间隔织物。

优选地，所述步骤2中，弹性导电纱线的电导率为10³-10⁸s/m。

更优选地，所述步骤2中，弹性导电纱线为金属线、碳纳米管纱线、石墨烯纤维、碳纤维或导电涂层纱线。

优选地，所述步骤3中，垂直捆绑纱为柱纱或间隔纱线。

更优选地，所述柱纱或间隔纱线为涤纶单丝、丙纶、锦纶或维纶单丝，可以通过调整柱纱的模量来调整织物的弯曲应变传感灵敏度。

优选地，所述织物天线结构基于微带天线结构、平面天线结构或曲面共形天线结构。

优选地，所述织物天线结构基于对称振子天线结构或相控阵天线结构。

优选地，所述织物天线结构为单辐射元天线结构或阵列天线结构。

优选地，当织物天线结构发生弯曲应变变形时，天线的工作频率发生变化；通过对天线信号的监测反推织物天线结构的弯曲应变变形情况，从而实现织物天线结构弯曲应变传感监测功能。

优选地，所述天线的工作频率可随织物天线结构长度方向的弯曲应变而变化，也可以随织物天线结构宽度方向的弯曲应变而变化。

优选地，所述天线的工作频率可选用L波段、S波段、C波段、X波段、Ku波段等，可按照实际需求的工作频率来设计织造天线的尺寸。