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    柔性布基傳感器現狀和發展淺析

    2020-10-30 10:47 傳感器專家網

    導讀:壓力薄膜傳感器技術已經相當成熟,在工業、以及消費領域均已獲得廣泛應用。本文重點研討的是柔性布基傳感器。

    傳感器市場上常見的柔性傳感器有以下兩個品類。一種是以聚酯薄膜為基底的壓力薄膜傳感器,采用PVDF膜或RFP膜作為敏感材料。另一種是以布料為基底的柔性壓力傳感器和柔性拉力傳感器,以應變纖維作為敏感材料。

    1 現狀

    傳感器市場上常見的柔性傳感器有以下兩個品類。一種是以聚酯薄膜為基底的壓力薄膜傳感器,采用PVDF膜或RFP膜作為敏感材料。另一種是以布料為基底的柔性壓力傳感器和柔性拉力傳感器,以應變纖維作為敏感材料。

    壓力薄膜傳感器技術已經相當成熟,在工業、以及消費領域均已獲得廣泛應用。本文重點研討的是柔性布基傳感器。

    1.1 布基壓力傳感器、拉力傳感器已商用

    由于布基傳感器基本保留了布料先天的優點,如柔軟親膚、貼合曲面等,因此布基傳感器尤為適用人體相關數據的測量。

    加拿大XSENSOR公司的壓力感應技術處于世界前沿,其布基陣列式壓力傳感器廣泛應用于工業設計、健康醫療等不同行業。如下圖為支持臥具R&D的人體壓力分析系統。

    圖源XSENSOR網站

    國內的布基壓力傳感器近年來亦有所發展。比如,堯樂公司已經開發出大面積的布基壓力傳感器,主要服務于床墊、枕頭產品的門店體驗服務,通過后臺的智能算法,為顧客量身選擇臥具。

    圖源堯樂公眾號

    珠海安潤普科技研發有布基的拉力傳感器,并且基于此開發了呼吸帶產品。

    圖源安潤普網站

    1.2 其他類型傳感器尚待進化

    除了上述呼吸帶、壓力傳感器采用的應變型纖維,科學家亦在嘗試研發其他類型的智能纖維,從而獲得更多類型的布基傳感器。比如,通過智能纖維分析汗液的成分,從而診斷人體健康狀況。

    除開人體相關數據測量,智能纖維亦能測量其他參量。如紹興纖藍公司研發出一種可感知臟污程度的變色纖維,隨著臟污程度的加深纖維的顏色從藍色漸變至紅色。多個家紡品牌已采用該種智能纖維推出智能家紡產品。

    水星家紡推出的智能毛巾

    總體來說,當前可產品化的智能纖維種類非常少。雖然在實驗室中已經有多種類型的智能纖維面世,但距離產業化仍有較長的路程。

    1.3 智能服裝和智能配飾是前景

    布基傳感器的天然特性,誘使人們遐想其在體域網的廣闊前景。今年的Sensor Expo展會上,中科傳感技術(青島)研究院展出一款可測量心率的智能T恤。長條狀超敏感震動傳感器位于衣服左肩,通過感知頸動脈的搏動估計心率。數據通過柔軟的導線傳輸至左腰處的處理器和連接器。

    設想運動員在訓練和比賽時身著此款智能T恤,后臺即可實時接收到各個運動員的心率。配合AI算法,分析運動員的身體數據變化、總結訓練規律,反向指導訓練計劃的制定。相比手環、呼吸帶等產品,智能服裝完全擺脫了佩戴的束縛感,帶給穿著者更舒適的體驗。

    圖由作者攝于Sensor Expo 2020

    2發展方向

    2.1 加速研發柔性配件

    XSENSOR公司和堯樂公司的布基壓力傳感器的測量部分為布料成分,而其信號匯聚后傳導的信號線仍為傳統的金屬包膠導線。在床墊、枕頭等測量場合無傷大雅,但若要發展成為體域網應用產品,傳統的金屬導線存在僵硬、無彈性、異物感強烈等缺點。

    寧波韌和科技已經開發出長度可垃伸8倍的彈性導線,有望成為由布基傳感器開發智能服飾的助攻。

    圖源韌和科技網站

    2.2 積極拓展應用領域

    除了天然的與人體相關的測量應用,國內布基傳感器廠家應積極拓展其他領域的應用。比如,國內某公司早先嘗試在航天飛機的電池上布設布基傳感器,以監測電池鼓包現象。也有其他公司嘗試在汽車智能內飾領域應用布基傳感器。

    2.3 緊隨相關技術領域的先進技術

    柔性布基傳感器是一項綜合性的技術,涉及到生物化學、材料、紡織、電子等多個領域的技術分支。如可檢測汗液的智能纖維是生物化學領域取得進步后的產物。

    近年來,國內一些高校和研究所在特種纖維制備上取得了不少進步,東華大學、武漢紡織大學、香港理工大學、寧波材料研究所等。他們或在研究領域取得了顯著的成果,或正在進一步嘗試產業化智能纖維和柔性傳感技術的科研成果。

    3 結語

    誰也不能否認物聯網的壯闊未來,而布基傳感器作為物聯網的前端觸角,憑借其特殊的優勢定能在體域網、曲面測量等場合發揮巨大作用。當前,布基傳感器仍然是傳感器大家族中的稚子。但假以時日,布基傳感器必茁壯成長,獨擋一面。