منبع مقاله با موضوع منسوج، تشخیص، تولید، میزان

ش های جهت ساخت منسوجاتی که بتواند موقعیت شخص داخل ساختمان را نشان دهد، و یا نشان دهد که شخص چه کاری را انجام میدهد، یا در اطراف شخص چه چیزهایی وجود دارد، انجام شده است.
عمده تحقیقات در این زمینه، بر روی نوع سنسور بکار برده شده متمرکز شده است، برای مثال استفاده از نور، شتاب، میدان مغناطیسی، درجه حرارت، برای نمایش موقعیت کاربر در داخل یک ساختمان بکار برده شده اند. نکته مهم دیگر چگونگی جاسازی سنسور در بدن شخص میباشد، تا ضمن بدست آمدن بهترین نتیجه، کیفیت لباس مطلوب و قابل پوشش باشد. سیستمهایی که با استفاده از سنسورهای جداگانه کار میکنند، نیاز به ایجاد راحتی و کیفیت دارند.
بعلاوه ، تعداد حالتهایی که برای قرارگیری سنسور،نوع سنسور، موقعیت قرار گیری در بدن و الگوریتم پردازش وجود دارد، مورد بررسی قرار می گیرد.
به منظور سبک کردن این مشکل، داده های حرکات بدن آنالیز میشود، و بطور همزمان این پارامترها در شبیه سازی بررسی میشود. به علاوه، قابلیت کنترل حرکات ورودی برای ارزیابی نوع سنسور مورد استفاده، با توجه به قد، وزن، سن، جنسیت، عمومی سازی، یک صفت ذاتی است که در این فاز به آن توجه میشود. مطلب عمده برای طراحی منسوجات قابل پوشش، اینست که مراحل مختلف طراحی شامل:
* محیط فیزیکی
* رفتار سنسور
* حرکات بدن انسان
* افتایش لباس
* قابلیت تولید
* شبکه ای بودن
* مصرف برق
* اجرای نرم افزار

باید مد نظر قرار گیرد، که این مراحل در سه گروه زیر قرار میگیرند:

1-3-1- متغیرهای طراحی(design variable)
1-3-1-1- (نوع/تعداد/موقعیت) سنسورها
1-3-1-2- (نوع/تعداد/موقعیت) پردازشگرها
1-3-1-3- توپولوژی80 شبکه ارتباطی
1-3-1-4- سیستم و نرم افزار مورد استفاده
1-3-1-5-)نوع/تعداد( الیاف (حساس) و موقعیت الیاف در پارچه
1-3-1-6- شکل و موقعیت قطعه پارچه در منسوج

1-3-2- متغیرهای ارزشی81
1-3-2-1- (افتایش/جابجایی) پارجه روی بدن
1-3-2-2- فیزیک حرکات بدن
1-3-2-3- تولید لباس از قطعه های پارچه
1-3-2-4- فیزیک محیط بررسی شده
1-3-2-5- رفتار سنسور
1-3-2-6- سیستم ارتباطی و محاسباتی

1-3-3- متغیرهای اجرایی82
1-3-3-1- هزینه مواد خام
1-3-3-2- هزینه های تولید
1-3-3-3- میزان راحتی کاربرد83
1-3-3-4- میزان مصرف برق
1-3-3-5- تلورانس طراحی و خطاهای تولید
1-3-3-6- دقت تشخیص در زمینه کاربردی
متغیّرهای طراحی، شامل آنهایی که در زمان بافت بوجو د می آیند، مثل نوع و شیوه قرار گیری الیاف در بافت، الیافی که میتوانند به عنوان سنسور عمل نمایند، باتریها، و سیم ها می باشد.
برای مثال شبیه سازی پخش صدا از یک منبع به یک میکروفون مثالی از “فیزیک و رفتار سنسور” است. برای مناسب بودن این شبیه سازی، باید به دقت اختلاف زمان را که هر میکروفون دریافت مینماید، مدل نموده، و برای مدل کردن محیط، رفتار سنسور ها باید مدل شود. در مدل نمودن سنسورها، باید به تبدیل داده ها از آنالوگ به دیجیتال، با نرخ نمونه برداری خاص توجه نمود.
برای مدل ها باید قابلیت تحت پوشش قرار گرفتن، موقعیت، سرعت و شتاب عکس العمل آنها در زمان تحریک تحت بررسی قرار گیرند.
در مقوله منسوجات قابل پوشش، باید به دو نکته توجه نمود:
* اندازه بدن
* حرکات بدن
اندازه بدن یک فاکتور استاتیک است، (در زمان طراحی لباس باید به آن توجه شود)، اما حرکت بدن یک حرکت دینامیک (غیر ارادی) است. در صورتیکه پوشاک چسبان به بدن باشد، شکل سنسور و نقطه بکار گیری آن در قدرت تشخیص بسیار مهم است، و در صورتیکه پوشاک چسبان به بدن نباشد، معمولا موقعیت سنسورها نشاندهنده حرکت بدن خواهد بود.
شبیه همه سیستم های کامپیوتری ، منسوجات هوشمند هم به معماری شبیه آنها نیاز دارد. لذا شبکه و نحوه اتصال اجزا، برق مصرفی، نرم افزار اجرایی، اتصال بین پارامتر تشخیص داده شده و اجزای دخیل در پردازش در لباس را بر عهده دارند.
بافت از درهم رفتن تار و پود، حاصل میشود. این امر خود توپولوژی شبکه را تا حدی (از جهات خاص) محدود می نماید. جزء دیگر باتری بکاررفته در منسوجات هوشمند است، که باید ابعاد کوچک و قابل جاسازی داشته و مصرف آن بهینه و کم باشد، و در انتها همه این داده ها باید توسط یک نرم افزار پردازش گردد.

1-4- دستاوردها در منسوجات هوشمند

1-4-1- خلاصه ای از جدیدترین دستاوردها در منسوجات هوشمند
با توجه به اینکه اغلب منسوجات هوشمند، از اضافه کردن ابزارهای الکتریکی و الکترونیکی در دسترس، و ترکیب آنها با لباس، از قبیل میکروکنترلرها84، ال ای دی ها85، الیاف نوری86، پیزوالکتریک ها87، و غیره بهره گرفته اند، لذا این رویکرد، به وسیله خوب و ساده بکار گرفتن وسایل الکترونیکی متداول موجود روی البسه نساجی رونق گرفته است. بعلاوه بکار گیری تکنیک های نساجی برای اتصال و بافتن نخهای متالیک در لباسها، به بکارگیری وسایل الکترونیکی به عنوان وسایل مفید و برقرار کننده ارتباط روی منسوجات کمک نموده است.
اکنون سیستم هایی که توسط چندین گروه محقق انجام شده را ارائه نموده وتا حدی میزان کیفی آن، نتیجه قابلیت پوشش آن، و نحوه اجرای آن شرح داده خواهد شد.
1-4-1-1- در ژاپن اقای Elek Sen صفحه کلید پارچه ای را تولید نموده است. تستهای بررسی مقاومت پارچه (در برابر کار کردن) نشان داده که منسوجات هوشمند88 میتواند بالغ بر میلیونها بار تحت حرکات تکراری دوام داشته باشد.
1-4-1-2- Infineon توانسته است یک منسوج هوشمند برای پخش کننده موزیک تولید نماید
.
1-4-1-3- کمپانی اینتل در ابتدا، هنگامی که سری جدید کامپیوترهای اینتل پنتیوم خود را به بازار ارائه نمود[7]، یکی از تبلیغاتش یک “چیپ پارچه ای”89 داشت، که توسط ماشین بافندگی تولید شده بود. این امر به وضوح تلفیق نساجی و الکترونیک را نشان میدهد. این تولید، بیشتر شبیه یک منسوج نساجی بود.
1-4-1-4- در اواخر 1990، Georgia Institute of Technology پیشنهادی مبنی بر آنچه که نامش را مادربورد قابل پوشش نامیده بودند، داشت.
این منسوج شامل یک پارچه قابل پوشش، که الیاف فلزی در آن جاسازی شده بودند و به عنوان عامل انتقال دهنده دادهها ایفای نقش می نمود، و الیاف نوری نیز در آن بافته شده بود. سیستم با اضافه کردن سایر ملحقات آماده کار بود. اجازه تولید تجاری این سیستم به شرکت Sensatex (برای نمایش علائم حیاتی سلامتی انسان ، از قبیل ضربان قلب، میزان تنفس،الکتروکاردیوگرامelectrocardio-gram، میزان مصرف اکسی‍ژن، درجه حرارت پوست داده شده است.(به این شرکت پروانه داده شده است.)( شکل1-12) [4و7و8]

مطلب مشابه :  منابع مقاله با موضوعباتری، BaSO4، باریم، افزایش

شکل1-12-Smart Shirt (منسوج تهیه شده توسط شرکت SensaTex)

شکل1-13-Smart Shirt (منسوج تهیه شده توسط شرکت SensaTex)
1-4-1-5- استفاده از الیاف نوری در پارچه ها، به عنوان سنسور استرس استرین توسط Drexel University (Philadelphia, PA) پیشنهاد شده است.
این تکنولوژی از الیاف نوری خاص(با قابلیت انتقال داده از راه دورتر) ، که در لایه زیرین یک منسوج بی بافت گنجانده شده است، استفاده نموده است. تغییراتی که در الیاف بواسطه استرس های مکانیکی ایجاد میشود، موجب ساطع شدن سیگنالهای نوری میگردد.

شکل1-14-آستین مجهز به سنسور (UTEC .co)
1-4-1-6- Vivometrics Inc.یک زیر پوش، که نام آنراLifeShirt گذاشته است، از الیاف لایکرا (که امکان چسبیدن کامل را به بدن دارد) تولید نموده است، که قابلیت اندازه گیری و یا گزارشِ تنفس، حالت بدن، و جابجایی دارد [9و10].

شکل1-15-Life Shirt منسوج تهییه شده توسط Vivometrics
نمایش فعالیت تنفسی و تغییرات کیفی آن بواسطه شکل سینوسی سیم های الکتریکی که در داخل لباس دوخته شده اند، امکان پذیر است.عبور یک جریان فرکانس بالا از سیم ها، میدان مغناطیسی تولید میکند، که برای اندازه گیری میزان خودالقایی حلقه های سیمی بکار گرفته میشود، که تغییرات آن به میزان تغییرات ساختار اصلی (منظور تغیرات خمشی و.. لباسی است که این سیمها در آن بکار رفته است) وابسته است.
1-4-1-7- یک تیشرت با سنسورهایی با قابلیت تشخیص میزان تنفس ، تشخیص شک قلبی(حمله قلبی)، تشخیص حرارت، و الکترودهایی برایECG در یک پروژه فرانسوی که 90VTAM. نامیده شده است، بکاربرده شده است. [11و 12]

شکل1-16- تی شرت مجهز شده به سنسور، تهییه شده در پروژه VTAM

تشخیص نرخ تنفس، بوسیله رسانهای سینوسی که در یک باند نساجی به کار گرفته شده، انجام می شود، و در حقیقت تشخیص شوک از افزایش سرعت ضربان در سه نقطه بدن تشخیص داده میشود .[11]
1-4-1-8- یک لباس زیر بچگانه، که Mamagoose pajama نامیده شده است، توسط Verhaert تولید شده است. این لباس به عنوان محافظ کودک از مرگ ناگهانی بکار برده میشود. [15]

شکل1-17-Mamgoose pajama منسوج تهیه شده توسط Verhaert
به طور خاص این لباس ضربان قلب و تنفس کودک را چک میکند، این داده توسط یک پردازشگر الکترونیکی به همدیگر مرتبط شده و قادر به هشدار دادن در زمان تشخیص خطر میباشد .[15]
1-4-1-9- ETH of Zürich, Switzerland منسوج هوشمندی را پیشنهاد داده است که با بکار گیری الیافی که دارای روکش نقره هستند در لایه زیر منسوج، میتواند گرفتگی عضلانی را که ناشی از گرفتگی عصبی است، تشخیص دهد.[16]
1-4-1-10- 91UTEC یک نمونه منسوج هوشمند قابل پوشش را طراحی نموده است، این لباس نیز قابلیت گزارش حرکات فیزیکی بدن و نرخ تنفس ، ارائه الکترومیوگرام، را دارد. [17]

شکل1-18- منسوج مجهز به سنسور، تهیه شده توسط Smartex و گروه Wealthy

شکل1-19-منسوج مجهز به سنسور متعلق به گروه UTEC

1-4-1-11- منسوج دیگری که در آن میکروفونها با توجه به زاویه چرخش سر، نصب شده اند. در شکل زیر نشان داده شده است. دو میکروفون در روی شانه ها و یک میکروفون بر روی شکم نصب شده اند. برای مثال برای نرخ داده برداری 2048 تا 8192 داده در ثانیه نیاز است تا دقت لازم حاصل شود. و با توجه به اینکه فرکانس معمولی صحبت کردن 300 هرتز است، حال میتوان میزان ارتباط اندازه بدن (فاصله شانه ها) و سن و سال کسی که لباس را می پوشد و نیز موقعیت سنسور را دریافت.

مطلب مشابه :  شبکه های بیزی، بیزین دینامیک، دانش اولیه

شکل1-20- ساختار منسوج هوشمند قابل پوشش، مجهز به سنسورهای حساس به صدا

فصل دوم

طراحی و ساخت منسوج هوشمند قابل پوشش

2-1- مقدمه
همانطورکه در فصل قبل اشاره شد برای اندازهگیری و تحلیل سیگنال خروجی، سه نوع لباس با گیجهای مختلف ساخته شده است. لازم است مفهوم حلقه،ردیف در اینچ (گیج)، رج در اینچ و تراکم حلقه در بافت حلقوی پودی، و نحوه محاسبه آنها، نیز بیان گردد.
حلقه اساس ساختاری پارچه حلقوی است، که پارچه از درهم رفتن آن تشکیل میشود. هر حلقه دارای قسمتهای سر حلقه92 و پای حلقه93 میباشد، که در شکل 2-1 یک حلقه نشان داده شده است.

در شکل 2-1 حلقه و اجزای آن
“گیج94 عبارتست از تعداد ردیف ها در یک اینچ از بافت پارچه حلقوی پودی.”
در شکل 2-2 مفهوم گیج نشان داده شده است.

شکل 2-2 معرفی گیج در پارچه های حلقوی پودی
“رج در اینچ عبارتست از تعداد رج های بافت شده در یک اینچ”95
در شکل 2-3 مفهوم رج در اینچ و نحوه محاسبه آن نشان
داده شده است.

شکل2-3 نحوه محاسبه رج در اینچ
حاصلضرب رج در اینچ در ردیف در اینچ، تراکم حلقه در اینچ مربع را نتیجه خواهد داد. با آگاهی از نحوه محاسبه تعداد حلقه در ابعاد مختلف یک پارچه حلقوی پودی، لازم است تا دلیل استفاده از بافت حلقوی پودی برای این کاربرد نیز از لحاظ افتایش مد نظر قرار گیرد. در شکل 2-4 افتایش خوب پارچه های حلقوی پودی که به علت نوع ساختار پارچه های حلقوی در آن وجود دارد، نشان داده شده است.

شکل 2-4 افتایش پارچه های حلقوی پودی

در این تحقیق بررسی خمش پارچهای که بر تن پوشیده شده است، به واسطه اجزای الکترونیکی هدف بوده و در این راستا، برای سنجش میزان خمش و یا تغییر سطح پارچه که ناشی از تنفس شخص است، از سنسور مربوطه استفاده شده است. امروزه یکی از سادهترین و مؤثرترین روشها برای اندازهگیری تغیرات در خمش یک سطح، استفاده از استرینگیج (و یا هرگونه سنسورهای حساس به فشار و یا خمش ) بر روی یک صفحه منعطف میباشد.

2-2- ساخت منسوج هوشمند

2-2-1- طراحی و ساخت لباس
لباسهایی که برای اندازهگیری میزان تنفس طراحی شده از دو نخ پنبه/پلی استر، و لایکرا تهیه شده است. نوع بافت حلقوی پودی گردباف و دهنه بافت96 34 اینچ و گیجهای 24و 26 و 28 بوده است. نخ لایکرا کشسانی لازم را به پارچه میدهد، تا بتوان به حد مورد نیاز سنسور را از حرکات قفسه سینه و شکم مؤثر نمود. تصویر لباس در شکل (2-5) نشان داده شده است.

شکل (2-5)لباس تهیه شده

با توجه به تعریف ، (تعداد حلقه ها در یک اینچ) برای پارچه های مختلف جدول 2-1 نتیجه شده است:
جدول2-1- مشخصات تکنیکی نخ ها و پارچه ها
گیج
حلقه در عرض در سانت
حلقه در طول در سانت
حلقه در یک سانتی متر مربع
24
9.45
25
236.25
26
10.24
25
256
28
11.024
25
275.6
مشخصات نخ های استفاده شده

نمره
استجکام
ازدیاد طول
نخ پنبه / پلی استر
24 انگلیسی
مخلوط (65/35)
14سانتی نیوتن بر تکس
15 %
نخ لایکرا
لایکرا
40 انگلیسی
———–
110%
2-3- اندازهگیری کرنش
تنش عبارت است از نسبت نیرو به سطح و در شکل (ب 2-6)، تنش وارده برجسم برابراست با? = +F/A . علامت مثبت به علت تنش مثبت میباشد که به معنی افزایش مقدار طول است. در شکل (الف 2-6) تنش وارده F/A- ? = و علامت منفی نشانه تنش فشاری است که بیانگر کاهش طول جسم میباشد. تأثیر تنش وارده ایجاد کرنش در جسم میباشد که عبارت است نسبت تغییرات طول به طول اولیه قبل از تنش. در شکل (ب 2-6)کرنش از نوع کششی بوده و برابر با? = +?l/l میباشد و در شکل (الف 2-6) کرنش از نوع فشاری بوده و برابر با?l/l – ? = است. با مشاهده شکل (2-6) ملاحظه میگردد که افزایش طول جسم همراه با کاهش سطح مقطع جسم یعنی کم شدن پهنا و ضخامت میباشد. بنابراین در شکل (ب2-6) کرنش کششی ایجاد شده در جسم، همراه با ایجاد کرنش فشاری در جهات عمود بر نیرو میباشد. [18] به همین صورت در شکل (الف 2-6) کرنش فشاری باعث ایجاد یک کرنش کششی در جهات عمود بر نیرو گشته است. اگر کرنش ایجاد شده

Leave a Comment