авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Разработка технологии изготовления трикотажных изделий для биомониторинга

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Романова Анна Владимировна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРИКОТАЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ БИОМОНИТОРИНГА

Специальность

05.19.02 – Технология и первичная обработка текстильных

материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург-2010

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Баранов Андрей Юрьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент Примаченко Борис Макарович
кандидат технических наук Кис Надежда Михайловна

Ведущая организация ООО «Андовер», г. Санкт-Петербург

Защита состоится 27 декабря 2010 г. В 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.236.01 при Санкт-Петербургском государственном университете технологии и дизайна по адресу: 191186, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д.18, ауд. 241.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна по адресу: 191186, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д.18. Автореферат размещен на сайте http://www.sutd.ru

Автореферат разослан «26» ноября 2010г.

Ученый секретарь

диссертационного совета А.Е.Рудин

Общая характеристика работы

Актуальность темы.

Одним из инновационных направлений в трикотажном производстве является создание одежды для биомониторинга. Использование текстиля в новом качестве, в сочетании с различными другими материалами, дает возможность получения новой продукции. Внедренные в одежду различными способами электроды и чувствительные элементы позволяют проводить наблюдение наиболее важных параметров физиологического состояния человека на протяжении длительного времени. Дети, люди пожилого возраста, а также лица, чья профессиональная деятельность связана с экстремальными физическими и психологическими нагрузками (военные, сотрудники МЧС, спортсмены и др.) являются потенциальными потребителями таких изделий.

Создание «биометрической» одежды для непрерывного персонального наблюдения основных жизненных функций человека связано с решением широкого круга технических задач. К таким задачам относятся выбор сырья для датчиков, которое может перерабатываться на текстильном оборудовании и обладать необходимыми физико-техническими характеристиками, технология изготовления, конструкция изделий. Одежда для биомониторинга должна содержать в своей конструкции электроды, первичные датчики и чувствительные элементы для регистрации основных физиологических параметров.

Цель и задачи исследований.

Целью работы является разработка трикотажных электродов и чувствительных элементов для динамического наблюдения параметров физиологического состояния человека, а также способов их внедрения в трикотажное изделие.

Сформулированная цель достигнута решением следующих задач:

- изучить опыт изготовления и применения изделий для биомониторинга;

- разработать метод биомониторинга с использованием интегрированных текстильных трикотажных электродов и чувствительных элементов в конструкцию нательных бельевых изделий.

- сформулировать физико-технические требования, предъявляемые к трикотажным изделиям для биомониторинга;

- исследовать возможность использования трикотажа из металлосодержащей пряжи в качестве электродов и чувствительных элементов;

- исследовать влияние петельной структуры на электропроводящие свойства

- определить влияние технологических параметров на электропроводящие свойства

- выбрать оптимальную петельную структуру для выработки трикотажных электродов ЭКГ;

- разработать трикотажный чувствительный элемент для датчика дыхательных усилий;

- сформулировать требования к петельной структуре изделия с улучшенными эксплуатационными свойствами;

- разработать петельную структуру с улучшенными эксплуатационными свойствами для изделий, применяемых в биомониторинге;

- провести сравнительный анализ динамики влагопоглощения трикотажных полотен;

- разработать способ интегрирования электропроводящих сенсоров в трикотажное изделие;

- разработать способ крепления контактов к электродам;

- спроектировать и выработать изделия для крепления внешних датчиков, изделия с интегрированными датчиками для регистрации сердечного ритма, изделия с интегрированными электродами ЭКГ

- провести натурные испытания;

Методы и средства исследований.

Разработка физико-технических требований к трикотажным электродам и чувствительным элементам основывалась на анализе научных и патентных источников в соответствующей области, а также экспериментальных исследованиях, проведенных совместно со специалистами Санкт-Петербургского Государственного Электротехнического Университета.

В исследованиях свойств текстильных электродов и чувствительных элементов, разработке структур переплетений и технологии производства изделий для биомониторинга применялись как теоретические, так и экспериментальные методы с использованием основ технологии трикотажного производства, текстильного материаловедения.

Постановка и проведение экспериментов осуществлялась с помощью математических методов планирования, современных электронно-измерительных приборов. Обработка экспериментальных данных производилась с использованием современных компьютерных программ.

Научная новизна. В процессе выполнения диссертационной работы были получены следующие новые научные результаты:

  1. Разработана концепция длительного динамического биомониторинга с использованием бельевых изделий с интегрированными трикотажными электродами и чувствительными элементами.
  2. Научно обоснована возможность применения трикотажа из металлосодержащей пряжи в качестве электродов и чувствительных элементов в изделиях для биомониторинга.
  3. Выявлено влияние петельной структуры и технологических показателей трикотажа из металлосодержащей пряжи на его электрофизические характеристики.
  4. Определена анизотропия электропроводности трикотажа из металлосодержащей пряжи.
  5. Выявлено влияние влагосодержания трикотажа на его электрофизические характеристики.

Практическая ценность работы.

Предложены структуры и технологические параметры трикотажных электродов ЭКГ и чувствительных элементов датчиков дыхательных усилий из металлосодержащей пряжи.

Разработаны изделия для внешнего крепления различных устройств мониторинга, предназначенные для специальных условий эксплуатации.

Разработаны изделия с ввязанными трикотажными электродами и чувствительными элементами адаптированные к использованию со стандартными регистрирующими устройствами спортивного и медицинского назначения.

Выработанная опытная партия изделий использовалась ОКР: «Разработка и изготовление комплекта аппаратуры биологического мониторинга человека».

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

- Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности» (Дни науки), Санкт-Петербург, 2008.

- Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промышленности (ПОИСК – 2009), Иваново, 2009г.

Работа была отобрана по программе Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере «УМНИК-2009» - «Участник молодежного научно-инновационного конкурса».

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 4 глав с выводами, общих выводов по работе, списка литературы и приложений. Работа изложена на 138 страницах, имеет 60 рисунков, 24 таблицы, список литературы включает 53 наименования, 2 приложения представлены на 12 страницах.

Содержание работы

Во введении дана краткая характеристика темы, обоснована ее актуальность, сформулированы цели и задачи исследований.

В первой главе рассмотрены современные системы длительного динамического мониторинга физиологического состояния человека, произведен анализ ассортимента применяемых текстильных изделий для биомониторинга медицинского, спортивного и специального назначения, изучен опыт мировых исследовательских проектов, направленных на разработку «умного текстиля».

На основании анализа научной и патентной литературы можно сделать вывод, что совмещение систем контроля физиологических параметров с одеждой является наиболее удобным решением проблемы биомониторинга. При этом необходима максимальная интеграция электродов и чувствительных элементов в структуру изделий. Известно применение нескольких способов интеграции:

- прикрепление электродов и чувствительных элементов с применением швейных операций и приклеивания;

- получение сенсорного материала путем нанесения на готовое трикотажное изделие электропроводящих нанопокрытий;

- нанесение пленки из электродного полимера с применением технологии трафаретной печати;

- ввязывание трикотажных электродов и чувствительных элементов.

Применение трикотажных электродов и чувствительных элементов открывает новые возможности в изготовлении комфортных биометрических изделий. Однако, в настоящее время они не получили широкого распространения, так как сложная петельная структура накладывает ряд особенностей на их свойства, которые пока мало изучены.

Наиболее важными параметрами, отражающими физиологическое состояние человека, является характеристики сердечно-сосудистой деятельности и дыхания. На основании анализа медицинских систем мониторинга выявлены физико-технические требования к электродам ЭКГ и чувствительному элементу датчика дыхательных усилий.

Физико-технические требования к трикотажным электродам ЭКГ:

- полное электрическое сопротивление электрода R 1100 кОм;

- время готовности не более 15 мин;

- время непрерывного контактирования не менее 24 ч.

Физико-технические требования к чувствительному элементу датчика дыхательных усилий:

- полное электрическое сопротивление элемента R 100 кОм;

- чувствительность S 0,2 Ом/см.

Во второй главе приведены исследования электрофизических и эксплуатационных свойств электропроводящего трикотажа, используемого в качестве электродов и чувствительных элементов.

В главе определены электрофизические характеристики металлосодержащей пряжи. Исследование механических свойств пряжи, таких как жесткость и прочность, показали, что выбранная пряжа может успешно перерабатываться на трикотажном оборудовании.

Процесс прохождения электрического сигнала через структуру трикотажа относительно нестабилен и трудно прогнозируем, поэтому важным вопросом является выбор структуры трикотажа и технологических параметров для вязания электропроводящих элементов. Для оценки электропроводящих свойств трикотажа были выбраны главные переплетения: кулирная гладь, ластик 1+1, ластик 2+2, а так же комбинированные переплетения: «репс», «валик», сочетающие в своей структуре элементы кулирной глади и ластика.

Исследовалось полное электрическое сопротивление образцов, выработанных выбранными переплетениями с тремя уровнями плотностей. Уровни плотности варьировались заданием разной глубины кулирования, исходя из технологических возможностей выбранного оборудования (плосковязальный автомат СMS-320.6, Stoll). Выявлено, что выбор переплетения и технологических параметров влияет на значение полного электрического сопротивления, причем с увеличением плотности значение сопротивления уменьшается (рисунок 1).

Рисунок 1- сравнительная диаграмма полного электрического сопротивления электропроводящего трикотажа.

Полученные значение электрического сопротивления позволяют предположить, что структурные ячейки кулирной глади и ластика в структуре по-разному влияют на электропроводящие свойства. Предложено два критерия, позволяющих оценивать и сравнивать разные переплетения с точки зрения элементов структуры и плотности:

Х1 = nк /(nк+nл), где nк – количество структурных ячеек кулирной глади в переплетении, nл – количество структурных ячеек ластика в переплетении.

Х2 = S/(nк+nл), где S – площадь замеряемого образца.

Получена аналитическая модель, характеризующая влияние критериев Х1 и Х2 на электрическое сопротивление (Y) (рисунок 2):

Y(Х1,Х2)= - 4,81Х1 – 0,66Х2 + 9,06Х12 + 0,41Х22 + 0,46Х1Х2 - 3,73

Рисунок 2 – визуализация аналитической модели.

Трикотажный чувствительный элемент для датчика дыхательных усилий должен работать по принципу датчика деформации, поэтому наиболее важным параметром для него является чувствительность, равная изменению электрического сопротивления при растяжении на единицу длины. Получена величина чувствительности при 10% удлинении (рисунок 3).

Рисунок 3 – сравнительная диаграмма чувствительности электропроводящего трикотажа.

Все исследуемые образцы электропроводящего трикотажа удовлетворяют заданным физико-техническим требованиям, но кроме чувствительности используемая для чувствительного элемента трикотажная структура должна иметь минимальную остаточную деформацию при многоцикловых нагрузках.

Испытания, проводимые на разрывной машине Zwick 1455 при нагрузке 250сН, показали, что наименьшим накоплением компоненты остаточной деформации обладают образцы, выработанные переплетением Ластик 2+2.

Для оценки зависимости электропроводящих свойств от геометрических характеристик трикотажной структуры был проведен эксперимент, в котором определялось полное электрическое сопротивление вдоль и поперек образцов, выполненных переплетениями: кулирная гладь, комбинированное переплетение «репс», комбинированное переплетение «валик». Из результатов, представленных в таблице 1 видно, что кулирные трикотажные переплетения имеют ярко выраженную анизотропию электропроводящих свойств.

Таблица 1 – Исследование зависимости электропроводящих свойств трикотажа от геометрических характеристик структуры.

Переплетение R, кОм Вдоль петельных рядов R, кОм Вдоль петельных столбиков
кулирная гладь 0,68 630,00
«репс» 1,74 287,00
«валик» 0,94 209,00


Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.