Textilní senzory: Technologie senzorů a anténní struktury na textilních substrátech pro průmysl a výrobce originálního vybavení (OEM)

Textilní senzory se skládají z vodivých materiálů (nití, drátů, pramenů), které jsou integrovány do nosné textilie pomocí technického vyšívání nebo jiných textilních procesů. V závislosti na typu senzoru detekují fyzikální veličiny, jako je tlak, teplota, vlhkost nebo napětí, měřením změn elektrického odporu, kapacity nebo indukčnosti vodivé struktury při aplikaci měřené veličiny. Na rozdíl od fóliových senzorů nebo senzorů na desce plošných spojů zůstává textilní nosný materiál pružný, roztažitelný a v mnoha případech pratelný.

Pro textilní aplikace jsou obzvláště vhodné rezistivní a kapacitní tlakové senzory, jejichž měřicí struktura je vyšita přímo na nosnou textilii. Tyto senzory detekují rozložení tlaku po celém povrchu senzoru, nikoli pouze v jednotlivých měřicích bodech, a přizpůsobují se zakřiveným nebo deformovatelným povrchům. Mezi typické aplikace patří ergonomická optimalizace v sedacích a lehacích systémech, bezpečnostních podložkách a lékařské aplikace, jako je prevence dekubitů.

Odolnost proti praní závisí na kombinaci vodivého materiálu a nosné textilie. Vyšívané senzorové struktury jsou mechanicky nedílnou součástí textilie, a proto jsou výrazně robustnější než potištěné nebo lepené vodivé dráhy, které se mohou při ohýbání nebo praní delaminovat. Společnost Embro navrhuje kombinaci materiálů pro každý projekt a ověřuje odolnost proti praní ve vzorkovacím procesu společně se zákazníkem.

Konvenční senzory se montují na pevné nebo polotuhé substráty (desky plošných spojů, polyimidové fólie). Textilní senzory jsou integrovány přímo do flexibilní nosné textilie, což umožňuje jejich ohýbání, natahování a šití nebo laminování do stávajících textilních výrobků. To je výhodné všude tam, kde je vyžadována tvarová flexibilita, nízká hmotnost, pohodlí při kontaktu s pokožkou nebo omyvatelnost. Pro čistě laboratorní měřicí aplikace bez mechanického namáhání zůstávají konvenční senzory přesnější volbou.

Výběr materiálu závisí na požadavcích aplikace. Polyester je vhodný jako cenově dostupný standardní materiál pro mnoho průmyslových aplikací. Aramidové tkaniny se používají v aplikacích s vysokým teplotním zatížením. Lékařské netkané textilie nabízejí biokompatibilitu a kompatibilitu s pokožkou pro terapeutické a diagnostické produkty. Embro zpracovává vodivé materiály včetně drátů z nerezové oceli, postříbřených nití, uhlíkových vláken a potažených měděných pramenů v ultratenkých průměrech.

Typický projekt začíná analýzou společných požadavků: parametr měření, geometrie, materiál substrátu, podmínky prostředí a plánované množství. Následuje návrh rozvržení senzorů založený na CAD a následná výroba prvních funkčních prototypů pro ověření v produktu zákazníka. Po fázi optimalizace (materiál, rozvržení, technologie připojení) začíná sériová výroba. Celý proces probíhá ve Falkensteinu/Vogtlandu.

Textilní NFC antény na tepelně odolných substrátech fungují v teplotním rozsahu 150 až 250 °C. Konvenční fóliové štítky v tomto rozsahu selhávají, protože se substrát deformuje nebo selže lepicí vrstva. Vyšívané anténní struktury na aramidových nebo sklolaminátových tkaninách si zachovávají svůj tvar a funkci i při trvalém vystavení teplu. UHF RFID antény na textilních substrátech jsou také odolné vůči praní a vhodné pro průmyslové prádelenské aplikace.

Společnost Embro nevyrábí samostatné textilní teplotní senzory jako samostatný produkt. V oblasti měření teploty nabízí Embro integraci šitých PTC termistorů do textilních topných prvků. Ty fungují jako ochrana proti přehřátí a zabraňují překročení definované maximální teploty. Zakoupené teplotní senzory lze navíc integrovat do textilních výrobků, pokud požadujete měření teploty v rámci vašeho výrobku. U projektů, které vyžadují jako základní funkci pouze měření teploty textilií, doporučujeme konzultaci k objasnění technické proveditelnosti a nejvhodnějšího přístupu.