炭黑硅橡胶复合材料.doc

炭黑/硅橡胶复合材料的实际应用 摘要：文章利用炭黑/硅橡胶材料的拉阻特性，制作一种可以整合到织物中的柔性传感器，实时显示织物形变。材料的电阻与形变具有良好的线性，通过分压电路结合VB程序达到实时显示织物形变的效果。 关键词： 炭黑 硅橡胶 拉阻特性 柔性传感器 形变 0 前言 现代社会的发展推动了信息化时代的到来，信息技术在当今社会显得尤为重要。其最为关键的技术就是信息的获取和信息的处理技术。信息获取的主要途径就是各种各样的传感器。传感器能够将各种信息的感知、采集、转换、传输和数据处理等多种功能集于一身，是现代化测量和自动控制的主要元件。当今社会，如果没有种类众多而又性能可靠的传感器，那么信息的精准获取将无从谈起。根据我国的有关国家标准，传感器定义为：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用的输出信号的器件和装置[1]。通常传感器内都有敏感元件和转换元件，有时也是二者合一的。在这里，敏感元件指的是传感器中能够直接感受被测对象的非电量信息的部分，其核心为敏感材料；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受到的非电量信息转化为电信号或其它非电信号的部分。在很多情况下，并不是所有的传感器都能明显分清敏感元件和转换元件两个部分，两者常常是合二为一的。 炭黑/硅橡胶压敏导电复合材料作为一种柔韧且对拉力敏感材料，其在智能纺织品上的应用受到极大的关注。本，提出一种基于导电硅橡胶的一种变形感应服装，它利用炭黑/硅橡胶复合材料优良的弹性和拉阻特性，实现了对服装变形信号的采集和测量。制成的智能服装传感器具有灵敏度高、柔韧性好等特点。 课题背景 现代科技经常应用的远程操作、多媒体等需要那些可以整合到纺织产品中的智能材料。这些材料需要一些电子元件和可以将应变、压力等物理现象转换成电信号的传感器。新一代的智能传感器已经意识到这一点，设计成为可以适合柔性材料，因为传统的传感器不适合纺织材料的机械性能。纺织材料的柔韧性和可变形性要求传感材料可以同时满足这些特点，而且不损伤纺织品的性能，如柔软感、手感等。[2]。PVDF传感器可以很好的感受压力，但是材料不能承受大幅度的弯折，且不能用于静态测量。 本课题制作一种可以织物形变的传感器，可以用在运动服装、安全气囊、安全带、汽车座椅等其他织物结构中，来它们的形变，尤其是状态下的形变。 研究内容 本如下： ①总结各种智能服装传感器的性能特点，阐述选用炭黑/硅橡胶压敏导电复合材料的优点及以压阻（拉阻）特性作为传感原理的优势； ②针对本章中所要达到的传感系统的性能要求，根据炭黑/硅橡胶压敏复合材料的阻特性原理，设计了传感器的硬件系统及电路； ③基于VB程序开发工具设计了数据采集、处理和显示程序等； ④通过搭建实验平台，完成了对施加在传感器上的压力信号的数据采集、处理和显示。 ⑤对下一步工作进行了分析展望 Howard.Nicholls对智能服装传感器的功能进行了说明，列举了一系列设计规范[3]。该文对智能服装传感器的设计具有一定的指导意义。①传感器有很好的顺应性，并且耐磨； ②传感器的稳定性好，重复性好，无迟滞； ③单值响应最好线性，而且传感器响应必须是单调的； ④传感器时间分辨率至少为100Hz。 传感器是一种将某一物理量按一定的规律转换成另外一种物理量的器件。一般说来，传感器是由敏感元件、转换元件和其他辅助元件组成。如下图所示： 图1 传感器的组成 信号的调理及测量电路是指的能够将转换元件输出的电信号转换为易于显示、记录和处理的电信号的电路。由于传感器输出的信号一般都很微弱，同时还夹杂或多或少的干扰信号，因此需要信号调理电路对其进行放大、滤波、调制等处理；测量电路的类型主要依据传感器的种类和传感原理选择，如电桥电路、差动放大电路等。需要注意的是，在本中，我们设计的电路采用分压电路，信号明显，外界干扰。所以，本中暂时没有考虑信号调理电路。不同类型的传感器都会有自己的特点。因此，我们在传感器时，要知道所选定的传感器的传感原理和所应用的敏感材料。现在在智能服装中应用的传感器主要有以下几类[4]：敏感材料是构成传感器的基础，是决定传感原理的重要元件，直接决定了传感器的大部分指标。因此，敏感材料对传感器来说就尤为重要。为了满足后续的传感要求，我们就要选择合适的敏感材料。敏感材料的主要功能是将被测信号转化为可以测量的电信号。一般的敏感材料具有压电、压阻、光电等特性。就材料的构成来说，一般可分为金属材料、无机材料和有机材料三大类。金属材料中包括单质金属和合金。无机材料绝大部分是指陶瓷材料，例如压电陶瓷。在以上谈到的各种传感器敏感材料的主要应用有以下几个方面[4]： ①金属传感材料 金属材料具有良好的导电特性、电