Czujniki tekstylne: Technologia czujników i struktury antenowe na podłożach tekstylnych dla przemysłu i producentów OEM

Czujniki tekstylne składają się z materiałów przewodzących (nici, drutów, pasm), które są zintegrowane z materiałem nośnym za pomocą haftu technicznego lub innych procesów tekstylnych. W zależności od rodzaju czujnika, wykrywają one wielkości fizyczne, takie jak ciśnienie, temperatura, wilgotność lub naprężenie, mierząc zmiany rezystancji elektrycznej, pojemności lub indukcyjności struktury przewodzącej po nałożeniu mierzonej wartości. W przeciwieństwie do czujników foliowych lub płytek drukowanych, materiał nośny materiału tekstylnego pozostaje elastyczny, rozciągliwy, a w wielu przypadkach zmywalny.

W zastosowaniach tekstylnych szczególnie przydatne są rezystancyjne i pojemnościowe czujniki ciśnienia, których struktura pomiarowa jest wyhaftowana bezpośrednio na tkaninie nośnej. Czujniki te wykrywają rozkład ciśnienia na całej powierzchni czujnika, a nie tylko w poszczególnych punktach pomiarowych, i dostosowują się do powierzchni zakrzywionych lub odkształcalnych. Typowe zastosowania obejmują optymalizację ergonomii w systemach siedzeń i leżanek, matach bezpieczeństwa oraz zastosowania medyczne, takie jak zapobieganie odleżynom.

Odporność na pranie zależy od połączenia materiału przewodzącego i tkaniny nośnej. Haftowane struktury czujników stanowią mechanicznie integralną część tkaniny, a zatem są znacznie bardziej wytrzymałe niż drukowane lub klejone ścieżki przewodzące, które mogą się rozwarstwiać podczas gięcia lub prania. Embro projektuje kombinację materiałów dla każdego projektu i weryfikuje odporność na pranie w procesie testowania, wspólnie z klientem.

Konwencjonalne czujniki montuje się na sztywnych lub półsztywnych podłożach (płytki drukowane, folie poliimidowe). Czujniki tekstylne są integrowane bezpośrednio z elastycznym materiałem nośnym, co umożliwia ich zginanie, rozciąganie i wszywanie lub laminowanie w istniejące produkty tekstylne. Jest to korzystne wszędzie tam, gdzie wymagana jest elastyczność kształtu, niska waga, komfort w kontakcie ze skórą lub możliwość prania. W przypadku zastosowań czysto laboratoryjnych, bez naprężeń mechanicznych, czujniki konwencjonalne pozostają bardziej precyzyjnym wyborem.

Wybór materiału zależy od wymagań danego zastosowania. Poliester jest odpowiednim, ekonomicznym materiałem standardowym do wielu zastosowań przemysłowych. Tkaniny aramidowe są stosowane w zastosowaniach wymagających wysokich temperatur. Włókniny medyczne zapewniają biozgodność i kompatybilność ze skórą w produktach terapeutycznych i diagnostycznych. Embro przetwarza materiały przewodzące, w tym druty ze stali nierdzewnej, nici powlekane srebrem, włókna węglowe i powlekane pasma miedziane o ultracienkich średnicach.

Typowy projekt rozpoczyna się od wspólnej analizy wymagań: parametrów pomiarowych, geometrii, materiału podłoża, warunków środowiskowych i planowanej ilości. Następnie następuje projektowanie rozmieszczenia czujników w oparciu o CAD, a następnie produkcja wstępnych prototypów funkcjonalnych do walidacji w produkcie klienta. Po fazie optymalizacji (materiał, rozmieszczenie, technologia połączeń) rozpoczyna się produkcja seryjna. Cały proces odbywa się w Falkenstein/Vogtland.

Tekstylne anteny NFC na podłożach odpornych na wysoką temperaturę działają w zakresie temperatur od 150 do 250°C. Konwencjonalne etykiety foliowe zawodzą w tym zakresie z powodu odkształcenia podłoża lub uszkodzenia warstwy klejącej. Haftowane struktury anten na tkaninach aramidowych lub z włókna szklanego zachowują swój kształt i funkcjonalność nawet przy ciągłym narażeniu na działanie ciepła. Anteny UHF RFID na podłożach tekstylnych są również odporne na pranie i nadają się do zastosowań w pralniach przemysłowych.

Firma Embro nie produkuje samodzielnych czujników temperatury do tekstyliów jako osobnego produktu. W dziedzinie pomiaru temperatury Embro oferuje integrację haftowanych termistorów PTC z tekstylnymi elementami grzejnymi. Działają one jako zabezpieczenie przed przegrzaniem, zapobiegając przekroczeniu określonej temperatury maksymalnej. Dodatkowo, zakupione czujniki temperatury można zintegrować z produktami tekstylnymi, jeśli wymagany jest pomiar temperatury w produkcie. W przypadku projektów, w których podstawową funkcją jest wyłącznie pomiar temperatury tekstyliów, zalecamy konsultację w celu wyjaśnienia wykonalności technicznej i wyboru najodpowiedniejszego podejścia.