實(shí)驗(yàn)名稱:觸覺(jué)控制式電致發(fā)光紗線及其壓力響應(yīng)性能研究
研究方向:本實(shí)驗(yàn)聚焦壓敏型電致發(fā)光紗線的視覺(jué)交互應(yīng)用,采用加捻工藝制備柔性電致發(fā)光紗線,結(jié)合基于壓阻效應(yīng)的壓敏織物,構(gòu)筑觸控電致發(fā)光紗線。其中,壓敏織物作為壓力傳感端,具有高靈敏度(在低壓力范圍內(nèi)約為0.4095kPa-1)、快響應(yīng)性(響應(yīng)時(shí)間<50ms)及優(yōu)異的循環(huán)耐久性(>8000次),可充分感知、記錄、分辨人體動(dòng)作壓力,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及觸控功能;柔性電致發(fā)光紗線作為發(fā)光響應(yīng)端,亮度可達(dá)80.93±4.00cd/m2,能滿足夜間閱讀的照明需求。觸控柔性電致發(fā)光紗線的構(gòu)筑可以實(shí)現(xiàn)壓力刺激下的即時(shí)發(fā)光響應(yīng),為智能穿戴、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、醫(yī)療保健等領(lǐng)域的高效視覺(jué)交互提供了一種實(shí)用方案。
實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>實(shí)驗(yàn)采用加捻工藝制備柔性電致發(fā)光紗線,并結(jié)合壓敏織物,實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力刺激的發(fā)光響應(yīng)。
測(cè)試設(shè)備:ATA-7025高壓放大器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、成像亮度計(jì)、光譜亮度計(jì)、電子顯微鏡、紅外熱像儀等。
圖1:觸控電致發(fā)光紗線示意圖及實(shí)物
實(shí)驗(yàn)過(guò)程:
制備觸控式電致發(fā)光紗線,針對(duì)壓敏織物的傳感性能測(cè)試,然后采用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器(輸出頻率:10~10000Hz,輸出電壓:2V)和高壓放大器(放大倍數(shù):0~1000)對(duì)柔性電致發(fā)光紗線進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。采用成像亮度計(jì)(積分模式:固定模式,固定時(shí)間:10ms)對(duì)不同電場(chǎng)條件下的柔性電致發(fā)光紗線的亮度進(jìn)行測(cè)試表征,然后進(jìn)行其他測(cè)試表征。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果:
圖2:壓敏織物的傳感性能(a)靈敏度,(b)響應(yīng)時(shí)間,(c)在不同壓力下的電阻變化,(d)應(yīng)力-應(yīng)變曲線,(e)循環(huán)耐久性能
對(duì)壓敏織物單個(gè)監(jiān)測(cè)單元的靈敏度進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果如圖2所示。可知,壓敏織物在不同的壓力范圍內(nèi)顯示出不同的靈敏特性。在低壓力范圍(0~3kPa)內(nèi),壓敏織物靈敏度為0.4095kPa-1,線性度較好。隨著壓力的增大,線性度惡化。當(dāng)壓力處于較大范圍(>70kPa)時(shí),靈敏度降低至0.0107kPa-1。這是由壓阻式柔性傳感器的工作機(jī)制導(dǎo)致的。
圖2c示出壓敏織物在不同壓力下的電阻變化。可知,對(duì)壓敏織物施加一定壓力使其具有穩(wěn)定的初始電阻后,施加2g砝碼,壓敏織物監(jiān)測(cè)單元電阻由22280Ω降至21478Ω,電阻變化率超3%。之后依次放置10、20、50、100、200g砝碼時(shí),電阻變化率依次為32%、41%、65%、70%、76%,穩(wěn)定壓力監(jiān)測(cè)范圍約為0.544kPa~54.444kPa。這主要得益于1+1羅紋導(dǎo)電織物優(yōu)異的力學(xué)性能,在較小的外力作用下可實(shí)現(xiàn)較大的形變,電阻值迅速變化實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的響應(yīng)性。
高壓放大器推薦:ATA-7025
圖:ATA-7025高壓放大器指標(biāo)參數(shù)
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