随着科学技术的发展,服装趋于智能化和多功能化,将可穿戴应变传感器与服装结合起来可以充分的利用导电材料的导电性能以及纺织品的质轻、柔性和舒适性等特点,这给我们的生活带来很多便利。比如将这些智能监护服装应用到医疗领域,用于监测人体生命体征参数,尤其是当空巢老人摔倒后或生命体征参数发生异常后,可以通过监护服将报警信号传送给监护终端,以便及时发现并展开救护;若将监护服应用于体育、竞技等领域,可用于监测运动员的肢体动作和姿势,有助于对运动员技能进行标准的培训和竞技领域中对动作规范程度的监督,从而减少或避免裁判失误等不公事件的发生。由于应变传感器的感应机理是织物变形导致其电阻相应的发生变化,国内外许多学者已对应变传感器的电-力学性能做出了研究。但这些研究主要围绕了在未拉伸状态下以及单向拉伸测试中应变传感器的电阻变化与传感器力学性能之间的关系。由于服装在实际穿着过程中所受的力多为平面中的两向或多向的拉伸力或剪切力以及三维方向上的弯曲或拉伸力的影响,因此有必要先从平面的双向拉伸角度分析应变传感器的电-力学性能变化,并分析其在测量肢体动作时的灵敏性和稳定性等感应性能。本文的研究目的是采用纬编针织技术将镀银尼龙导电纱线织成柔性针织物传感器,分析此类传感器在双向拉伸下的电-力学性能并建立相应的理论模型,最后将其应用到监护服中实现对肢体动作的识别与监测。之后制备具有不同金属纤维混纺比的棉纤维/不锈钢纤维混纺纱线,并分析其作为应变传感器的电阻与应变关系,并将其织成针织物分析此类应变传感器在拉伸过程中的电学性能变化。本论文的主要工作可以分为以下几个部分。(1)建立了在双向拉伸下针织物拉伸力与应变之间非线性关系的理论模型,从宏观的角度分析了针织应变传感器在双轴向拉伸下的电阻变化与其力学性能之间的关系,并分别建立了基于应变和双向拉伸力的等效电阻理论方程,较高的拟合相关系数说明了理论结果与实验结果之间具有很好的一致性。建立了接触电阻与接触力的理论计算式,证实了在镀银纱线编织而成的针织物中,相互串套线圈之间的接触电阻对织物的等效电阻影响不大。在双向拉伸下的针织线圈结构模型中,实验结果表明了在sbe-x拉伸下,线圈中的纱线由圈柱向圈弧转移,而在sbe-y拉伸下,线圈中的纱线由圈弧向圈柱转移,从而确保两种拉伸条件下织物产生形变。建立了关于纱段长度电阻的针织物等效电阻网络模型,实验结果表明,应变传感器在双向拉伸条件下的理论电阻变化与实验结果之间具有很好的一致性。在进一步的验证实验中,在最大应变为40%拉伸条件下传感器的理论等效电阻与实验结果仍然一致,且吻合性较好。(2)分析了基于镀银纱线的针织物应变传感器在不同拉伸条件下的电阻变化情况。当最大拉伸应变不同时,在sbe-x拉伸下传感器试样的最大电阻值之间的比例与最大应变量之间的比例近似为线性关系,电阻拉伸与回复曲线之间的滞后环较小;而在sbe-y拉伸下电阻拉伸与回复曲线之间的滞后环较明显。在不同拉伸速度对传感器电-力学性能影响的实验中,随着拉伸速度的增加,拉伸试样至最大应变所需的拉力略微增加,电阻增加趋势减缓;在较小拉伸速度下,电阻拉伸与回复之间的滞后较明显。当试样在最大应变处的停顿时间t1越大,试样可回复的缓弹性形变越多,电阻下降程度越大,且在sbe-y中,试样电阻下降的比例较其在sbe-x中下降的程度较大。在试样回复至最小应变处时,随着停顿时间t2的增加,试样中残留的缓弹性变形逐渐减小,导电线圈之间接触愈加紧密,导致电阻继续减小。在不同拉伸角度的实验中,随着角度的增加,即拉伸方向越接近试样的横列方向,试样的电阻变化趋势越明显,但其滞后性愈加明显。(3)分析了针织物结构及参数对其相应电阻感应性能的影响。当导电线圈和绝缘线圈之间以不同方式排列时,传感器具有不同的电阻变化范围以及电阻重复性。不同织物密度的传感器在两种双向拉伸条件下均具有较好的电阻回复性。此外,随着导电线圈纵行个数的增加,传感器的电阻变化呈现增长趋势,而随着导电线圈横列数的增加,传感器的电阻的增长趋势减弱。织物密度和导电区尺寸对传感器在两种拉伸下的电阻回复性影响较小。(4)设计了基于镀银导电纱线的智能t恤和智能护膝,分别用于监测位于肘部关节、前后身肩部、腹部呼吸以及膝部关节处的传感器在不同姿势下的电阻变化情况。实验结果表明,在测量肘部关节的弯曲与回复动作过程中,肘部传感器的电阻可以很好的响应动作的变化,且电阻值的稳定性好、滞后性小;前身后身的肩部传感器由于传感器的位置特殊和胳膊动作姿势有限,其电阻变化与角度变化之间存在一定的差别;在测量腹部呼吸动作中,腹部呼吸应变传感器的电阻变化反应了被测试者逐渐入眠的过程。在测量膝部关节动作测试中,分析了智能护膝的电阻对交替踏步和下蹲动作姿势的响应情况,结果表明,此护膝具有灵敏度高和稳定性好的感应性能。(5)最后制备了棉纤维/不锈钢纤维混纺纱线,这些纱线内部纤维均匀混合。建立了等效线密度理论公式,用于设定混纺纱线的捻度,实验证明,此理论可以得到一系列具有相似捻回角的混纺纱线,且捻回角不受纤维混纺比的影响。还针对不同测试长度下所有混纺比例纱线的电导率进行了测量,并分析了分别基于不锈钢纤维重量混纺比和体积混纺比混纺纱线的导电渗流阈值,即临界重量混纺比和临界体积混纺比,并得出导电渗流阈值以及临界指数与测试长度之间有很重要的关系。此外,作为应变传感器的混纺纱线,其电阻在拉伸状态下由下降趋势转为上升趋势;混纺纱线之间的接触电阻随着接触力的增加出现骤降到缓降的趋势变化。基于混纺纱线的针织应变传感器在纵行方向拉伸条件下,电阻变化为下降趋势,且灵敏度较基于镀银导电纱线的针织传感器明显提高。本研究首次系统并全面地分析了针织物应变传感器在双向拉伸条件下电-力学性能的变化,建立了宏观等效电阻模型以及基于纱段长度电阻的针织物等效电阻模型;通过改变拉伸条件以及针织物的结构及参数,分析针织应变传感器相应的电阻变化规律;研制了智能T恤和护膝,用于测量人体肢体的动作变化;制备了不同混纺比的棉纤维/不锈钢纤维混纺纱,分析了其应变传感性能,以及其针织应变传感器在拉伸过程中的电阻变化。此研究为针织应变传感器的电-力学性能分析提供了理论依据,为智能服装的推广提供了设计方案,且为新型应变传感器的研发指明了方向。