[传感器在智能老年服装设计中的应用与研发构想]智能传感器的应用

　　1传感器在功能性服装研究中的应用 　　 　　传感器是将各种物理化学等非电信号按照一定的规律转化成为便于处理和输出的其它物理量信号(如电压或电阻信号)的器件或装置,它在功能性服装研究中起着重要作用。针对服装的特殊需求,采用相应的传感器对功能服装的各项指标进行测试,实现对着装人体内外环境的各种信号变化进行测试、采集和显示。功能性服装是指服装具有一定的功能性,如保健功能、美化人体功能、保护人体功能等,在满足其特有的功能外,更着重考虑人体着装舒适性。传感器在功能性服装中的应用主要体现在对服装舒适性指标的测定和信号的采集,为服装提供实时的测量、监控,实现对着装人体的动态测量与监护。传感器技术、电子技术和纺织技术的发展,以此三大技术的相汇融合,为打造高科技服装奠定了坚实的基础。
　　1.1传感器在研究舒适性功能服装中的应用
　　传感器在服装舒适性研究中的应用主要体现在对服装舒适性指标的测试上。服装舒适性是指在一定的环境下,人体着装后能够满足其生理和心理的需要,使人处于满意或愉快的状态,能够利于人体运动和日常生活工作的服装性能。它是物理、心理、生理等多种相互作用的综合结果。一般情况下,通过对服装压力、温湿度等指标的测量,可以评论服装选材、结构合理与否的人体舒适程度。但由于服装是穿着在人体上的,人体曲面的复杂性及人体运动时的生理、物理变化的复杂性,给其测量带来不同程度的困难。利用传感器建立服装舒适性指标测试系统,可以满足精确测量着装人体静止或运动时的服装压力、温湿度变化等各项设定的指标,较直观地实时在现决定服装舒适性的综合指标,从而对服装的舒适性做出评断。测试系统工作原理框图如图 1。
　　
　　工作原理为:利用传感器测量服装的压力、温度、湿度等各项舒适性指标,将测量出的物理信号转化成电信号,通过数据采集器,A/D转换放大后输入到计算机。由计算机对数据进行分析处理,计算、显示,通过图中路径 1(实线)输出打印分析结果,供设计人员改进调整服装设计与制作。通过传感器对各指标的测试一改传统对服装舒适性的主观评判,为舒适性功能化服装的舒适性指标测试提供了可靠的数据基础。
　　1.2传感器在研究智能化服装中的应用
　　所谓智能化服装就是将微电子技术融入服装,在服装中建立一套信号采集及控制的闭环系统,即利用传感器采集人体内外环境信号,经过信号处理,由计算机或控制器发出控制信号,从而完成一定作用的特殊装备,使服装具有根据人体生理、物理等需要而自动调节的功能。如图 1 路径 2(虚线)是智能化服装的工作原理。其中,传感器作为采集人体自身与外界环境信号的部件,成为智能化服装的核心。由于信号的种类繁多,要想最大程度地采集到多种信号,让微处理器做出综合判断,发出最合理的控制信号,往往需要多个多种传感器来对信号进行采集,形成多传感信号融合(Multisensor Information Fusion)这是近几年随着传感器技术的发展而发展的一门新技术。以不同的传感器来获得同一对象的不同测量目标数据,利用计算方法取得综合信息。在智能化服装中设置多种传感器来实现比人类有感官获得的视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等多种信息更灵敏的信号采集系统,将多信息融合,让预先设置的程序做出判断,得到最佳的综合结果,帮助人们做出判断。在织物中植入传感器芯片,则可以将织物变得“聪明”起来。用这种智能织物做成的服装,可以感知周围的环境变化,以调节自身适应环境。
　　例如,针对老年人的生理特性及心理特性设计的老年智能化内衣。老年智能内衣带有多个传感器以及信号发射装置,利用传感器来测定老年人的生理指标:体温、血压、心率等的变化,利用湿度传感器监测大小便失禁老人所用尿布内湿度变化,当湿度超标超出一定的范围时,会自动开启音响系统等。其原理见图 2。智能型老年服装在设计时,更多地考虑根据老人的心律等生理指标的变化,对老人的行为作出判断,特别是对于一些突发事件和行为:心肌梗塞、摔倒等的发生和预测,并做出相应的反映,从而能够将危险降到最低。
　　
　　1.3传感器在生态保健化功能服装中的应用
　　生态、保健化功能服装具有防护人体,不含有对人体内外产生危害的有毒物质。传感器在这类功能服装方面的应用主要体现在检测上。目前,国际纺织品贸易中,对服装的安全性、环保性更加注重,他们对此类生态保健化功能服装提出了严格的监控内容。但由于监控指标,如化学元素、重金属等物质在整个服装中的含量非常微小,从而给其监测评定带来困难。传统的检测方式程序极为复杂,以及测试误差的引入成为贸易中的障碍。利用专用传感器,可以实现统一标定、统一检测,测试误差小,且测试方便快捷。对一些指标的测试可提供可靠的数据基础,减少主观评断误差。如利用生物传感器,能对物体上的微量有毒物质、细菌等能迅速做出反应。将这种传感器应用于服装检测,便可迅速测出服装材料所含对人体有害的物质的含量,从而断定其是否超出环保要求或具有防菌等功能。这种测试方法同原有化学检测相比,具有高速高效、高精度的优点。
　　
　　2针对服装特性的传感器的研发
　　
　　服装是穿着在人体上的,因此安装在服装上的传感器应充分考虑服装穿着舒适性。在研发服装专用传感器时应具有以下特点。
　　(1)形状轻薄,体积小。这样的传感器安置在服装中不会破坏服装的结构,也不会因重量影响而降低服装舒 适性。
　　(2)传感器的精度可以针对服装所要具体检测的项目,可高可低,对一些检测项目避免精度低而测量不准确,同样也避免一些项目采用过高精度传感器而造成成本增高。
　　(3)传感器的温度性能要求可具体分为两部分,一是检测人体内部生理等信号的传感器。此类传感器往往安装在与人体贴身结合的内衣上。由于人体温度恒定,因此传感器的温度性能要求接近人体体温恒定即可;其次是用于检测着装人体外部环境的传感器。着装人体外部环境的温度变化范围广,因此,此类传感器的设计要根据外部环境的温度来确定其温度性能,要求严格。
　　(4)服装用传感器应具有一定的防静电、防电磁干扰的性能。由于人体与服装之间的摩擦会产生静电,抗静电有利于保证传感器的使用寿命以及测量精度。防静电也可以保证传感器测量信号的稳定、准确,确保测量信号不被其他信号干扰而引入测量误差。
　　
　　3结语
　　
　　将传感器技术与纺织技术、服装工艺技术、生物化学技术以及无线通讯技术相结合而联合开发的新型传感器,将成为服装专用传感器的主流,为新一代高科技数字化智能服装奠定基础。
　　
　　参考文献
　　[1] 张渭源,王传铭,等. 服装设计与工程[M]. 上海:东华大学出版社,2003.
　　[2] 刘晓刚,崔玉妹. 基础服装设计[M]. 上海:东华大学出版社,2003.