اثر گیج پارچه حلقوی پودی بر سیگنال تنفسی لباس هوشمند

چکیده

در پروسه تولید منسوجات هوشمند همواره نوع سنسور، نحوه قرارگیری سنسور، مکانیزم ارتباطی بین سنسورها و لباس و سیستم پردازش گر مورد بررسی و بحث بوده است. اما آنچه کمتر به آن پرداخته شده است ارتباط بین سیگنال خروجی و نوع پارچه بکاربرده شده است.
در این تحقیق سه نوع پارچه حلقوی پودی که از جهت گیج با همدیگر متفاوت هستند برای بررسی انتخاب شده اند، پس از تهیه لباس مناسب و جایگذاری و نصب سنسور مربوطه در داخل آن، تست های مربوطه بر روی سیگنال خروجی انجام شده است.
نتایج نشانگر آنست که سیگنال بدست آمده در شرایط یکسان از دامنه بالاتری در گیج های بالاتر برخوردار است. و آزمون فرض انجام شده نشانگر این نکته است.
 
فهرست

مقدمه                                        1
فصل اول
۱- منسوجات هوشمند و بررسی تحقیقات انجام شده                3
۱-۱- منسوجات هوشمند و علائم حیاتی بدن انسان                4
۱-۱-۱- معرفی منسوجات هوشمند                        4
۱-۱-۱-۱- منسوجات قابل پوشش (منــــــسوجات هوشمند قابل پوشش)        5
۱-۱-۱-۲- منسوجات صنعتی غیر قابل پوشش (منسوجات هوشمند غیر قابل پوشش )۶
۱-۱-۲- علائم سلامتی بدن                            6
۱-۱-۲-۱- ضربان قلب در واحد زمان                        6
۱-۱-۲-۲- تعداد تنفس در واحد زمان                        6
۱-۱-۲-۳- دمای بدن در زمانهای مختلف                        6
۱-۲- معرفی انواع سنسورها                            7
۱-۲-۱-سنسورهای بر پایه الکترواکتیو پلیمر                    12
۱-۲-۱-۱-  سنسورهای پیزورزیستیو که پایه پلیمر های فعال دارند            12
۱-۲-۱-۲-  سنسورهای پیزو الکتریک که پایه پلیمر های فعال دارند         12
۱-۲-۱-۳-  سنسورهای بیو مدیکال                        13
۱-۲-۲- فعال کننده ها                                14
۱-۲-۳- سنسورهای بر مبنای اجزای الکترونیکی                    15
۱-۲-۴- منابع جریان                                15
۱ -۲-۴-۱-سل های الکتروشیمیایی                        19
۱-۲-۴-۲-پیزو الکتریک های مولد                        19
۱-۲-۴-۳- الاستومرهای دی الکتریک                        20
۱-۲-۴-۴- مولد های جنبشی                            20
۱-۲-۴-۵- مولد های ترموالکتریک                        21
۱-۲-۴-۶- مولد های پیروالکترولیک                        21
۱-۲-۴-۷- مولد های فتوالکتریک                            21
۱-۲-۴-۸- سوپر خازنها                                22
۱-۲-۵- مواد سیمی الکتریکی                            22
۱-۳- طراحی بافت برای منسوج هوشمند قابل پوشش                26
۱-۳-۱- متغیرهای طراحی                            27
۱-۳-۲- متغیرهای ارزشی                            28
۱-۳-۳- متغیرهای اجرایی                            28
۱-۴- دستاوردها در منسوجات هوشمند                        30
۱-۴-۱-  خلاصه ای از جدیدترین دستاوردها در منسوجات هوشمند            30
فصل دوم
طراحی و ساخت منسوج هوشمند قابل پوشش
۲-۱- مقدمه                                     37
۲-۲- ساخت منســـــــــوج هوشمند                        40
 2-2-1- طراحی و ساخت لباس                            40
۲-۳- اندازه¬گیری کرنش                                41
۲-۴- سنسور استرین¬گیج                                41
۲-۴-۱- جنس استرین¬گیجها                            42
۲-۴-۲- مقاومت الکتریکی استرین¬گیجها                        44
۲-۴-۳- مشخصات استرین¬گیج  (پیزورزیستیو) استفاده شده            45
۲-۴-۴- نصب سنسور                                45
۲-۵- اندازه¬گیری تغییرات جزئی مقاومت                        46
۲-۵-۱- پل وتسون                                46
۲-۵-۲- متعادل¬کردن مدار                            47
۲-۶- فیلترها                                    48
۲-۷- تقویت کننده                                48
۲-۷-۱- مفهوم تقویت و تقویت کننده در الکترونیک                48
۲-۷-۱-۱- چگونگی تقویت در ترانزیستور                        49
۲-۷-۱-۲ پارامترهای تقویت کننده                        50
۲-۷-۲- تقویت کننده های عملیاتی                        51
۲-۷-۳- گین یا بهره                                52
۲-۷-۴- تقویت کننده¬های ابزاری                            54
۲-۸- مبدل آنالوگ به دیجیتال                            57
۲-۸-۱- ویژگیهای مبدلهای A/D.                         61
۲-۸-۱-۱- نوع خروجی                                61   
۲-۸-۱-۲- قابلیت تفکیک                            61
۲-۸-۱-۳- دقت                                    61
۲-۸-۱-۴- زمان تبدیل                                 62
۲-۹- کالیبراسیون سیستم تشخیص تنفس                     63
فصل سوم
۳- نرم¬افزار مورد استفاده جهت پردازش داده های تنفسی                64   
۳-۱- مقدمه                                    65
۳-۲- پورت سریال                                65
۳-۳- دیتاگیری و نمایش سیگنال در حوزه زمان                    65
۳-۳-۱- سرعت دیتاگیری                             65
۳-۳-۲- تعداد دیتاها در سیکل                             66
۳-۴- مراحل اجرای برنامه                            66
۳-۵- فلوچارت                                    67
۳-۶- توابع                                     67
۳-۶-۱- پنجره کاربر نرم¬افزار                             68   
۳-۶-۲- توابع کلاس view                            68   
۳-۶-۳- تابع file creation                            69
۳-۶-۴- تابع timer                                69
۳-۶-۵- تابع  start stop                                69
فصل چهارم
۴- آزمایشات                                    71
۴-۱- مقدمه                                    72
۴-۲- بدست آوردن سیگنال تنفس                         72
۴-۳- آزمایشات                                    72
فصل پنجم
۵- بحث و نتیجه¬گیری                                75
۵-۱- بحث و نتیجه¬گیری                             76
۵-۱-۱- تاثیر گیج بر دامنه سیگنال                        77
۵-۱-۲- تاثیر گیج بر پیک منحنی                        78
۵-۱-۳- ارتباط گیج و جنس سنسور                        78
۵-۲-تحلیل نتایج                                 78
۵-۳-نتیجه گیری کلی                                80
۵-۴- پیشنهاد برای تحقیقات بعدی                        80
۶- ضمایم                                    82
۶-۱- برنامه نوشته شده به زبان ویژوال C                      82
۶-۲- داده های مربوط به سیگنال های گرفته شده از سه نوع پارچه            85
۷- منابع و مراجع                                121

 
مقدمه

انسان از ابتدای خلقت تا کنون، تنوع پوشش خود را از برگ درخت تا منسوجات هوشمند امروزی، اختیار نموده است. در گذر زمان با فهم و کشف تکنولوژی های جدید و نیز شناسایی مواد خام موجود در طبیعت، توانسته است تا با بکار گیری دانش و امکانات موجود همواره رفاه بیشتر خود را فراهم سازد شاید روزگاری بافت منسوجی از جنس پنبه که بسیار لطیف باشد و بتواند به عنوان پوشش برای ادمی بکار رود، چندان قابل تصور نمی نمود و شاید افکار زمانهای قدیم برگ درختان را به عنوان پوشش خود به طور دائم متصور می شدند، یا شاید اگر ایده تولید و دست یابی به منسوج جدید، نیز به ذهن می رسید، باز این سئوال  که حال چگونه میتوان برای مصرف کنندگان بسیار زیاد روی کره زمین این محصول را تولید کرد، تعللی در اوج گرفتن ایده های جدید ایجاد می نمود.
بشر در طول زمانهای گذشته همواره با اعجاز تجربه، بر ناباوری خود بر مسائل فایق آمده و همچنان در رشته های مختلف علمی و در سطوح مختلف، انقلابهای علمی ، دست باور را بر سبد دانشهای تحقق نیافته زده است. در حوزه نساجی دیری نگذشته است که الیاف نوری، الیاف میکرو، الیاف نانو ، …و به تازگی منسوجات هوشمند، حوزه های جدید کاری را برای محققین باز نموده¬اند. بدیهی است اگرچه در بررسی هر کدام از این تکنولوژیها و کسب محصولات ناشی از هر کدام، همواره سئوالاتی چون آیا میتوان تعداد کثیر مصرف کنندگان را با این مصنوع جدید تامین نمود؟(همانگونه که انسانهای اولیه نیز به سختی می توانستند متصور شوند که روزی با احداث کارخانجات بافندگی بسیار زیاد، آدمیان را بتوان از پوشش برگ رهایی بخشید).
پس از اختراع  ماشین بافندگی ژاکارد، ذخیره کردن داده ها و مکانیزه شدن آن پذیرفته شد و امروزه پس از گذشت ۲۰۰ سال، ارتباط بین نساجی و کامپیوتر، ملموس شده است، و تولید منسوجاتی که قابلیت درک حرکات بدن و یا قابلیت گزارش دهی داشته باشند، در این راستا  مظهر مشارکت این دو صنعت می¬باشند.
به منظور آگاه نمودن مردم از وضعیت سلامتی شخصی-شان، پشتیبانی و اطلاع رسانی و سپس پیشرفتهای تکنولوژیکی باید در این راستا به¬کار برده شود، برای این منظور باید براحتی بتوان وسایل واسطه ای بین انسان و این ابزار را به¬کار گرفت. با به¬کار گرفتن پارچه های چند منظوره،(که بطور متداول به الکتروتکستایل ها یا منسوجات هوشمند معروف هستند)،  کسب یک زندگی سالم، ایمن، و راحت تر میسر می¬گردد. لذا چنانچه هوشمندی منسوجات، با ویژگی پوشانندگی آن ترکیب شود، می¬تواند یک محصول سودمند را تولید نماید.
به¬طور خاص ، لباس هایی با قابلیت کشش و جمع شدگی، امکان پیگیری حرکات را دارند. حس کننده ها  و فعال کننده ها  که در نساجی استفاده می شود، ممکن است به واسطه جریان برق کنترل شوند.
این ابزار تحت نظر داشتن بیمار در منزل از راه دور و یا کنترل فضانوردان، افراد کهنسال، و ارتباط کنترلی از طریق تلفن را به ما می¬دهد. تکستایل های الکترونیکی می¬تواند مسیرهای جدیدی از بیومانیتورینگ ، توانبخشی و …. را برای ما باز نماید.

 منابع و مراجع

۱.    Thomas Martin, M. J., Josh Edmison, Ravi Shenoy (2003). “Towards a design framework for wearable electronic textiles.” Proceedings of the Seventh IEEE International Symposium on Wearable Computers (ISWC’03) (Bradley Dept. of Electrical and Computer Engineering ; Virginia Tech).
۲.    Federico Carpi, D. D. R. (2002). “Electroactive Polymer-Based Devices for e-Textiles in Biomedicine.”
۳.    Electroactive Polymer-Based Devices for e-Textiles in Biomedicine Federico Carpi and Danilo De Rossi
۴.    Jet Propulsion Lab.. [Online]. Available: http://ndeaa.jpl.nasa.gov/nasande/ lommas/eap/EAP-material-n-products.htm
۵.    Diana Marculescu, R. M., Nicholas H. Zamora, phillip stanley-marbell, pradeep k. khosla,  sungmee park, sundaresan jayaraman,stefan jung christl lauterbach, werner weber ,tünde kirstein, didier cottetjanusz grzyb, gerhard tröster;mark jones, tom martin, zahi nakad (2003). “electronic textiles: a Platform for Pervasive Computing.” IEEE.
۶.    C. Winterhalter   et al., ” in Proc. IntSyst. for e-Health: Toward Revolution of Citizens’ Health,Life Style Management?, ucca, Italy, , pp. . (2003). “Development of electronic textiles for U.S. military protective clothing systems.”. Workshop New GenerationWearable
۷.    B. Dalton, S. C., E. Muñoz, J. M. Razal, V. H. Ebron, J. P. Ferraris,J. N. Coleman, B. G. Kim,R. H. Baughman (2003). “Super-tough carbon-nanotube fibers.”  423: 703.
۸.    Diana Marculescu, , Radu Marculescu, Nicholas H. Zamora, phillip stanley-marbell, pradeep k. khosla,  sungmee park, sundaresan jayaraman,stefan jung christl lauterbach, werner weber ,tünde kirstein, didier cottetjanusz grzyb, gerhard tröster;mark jones, tom martin, zahi nakad; electronic textiles: a Platform for Pervasive Computing; IEEE, 2003
۹.    F.T. Peirce,  Geometrical Principles Applicable to the Design of Functional Fabrics, Textile Research Journal 1947; 17; 123,
۱۰.    P. Grossman, “The LifeShirt: A multi-function ambulatory system that monitors health, disease, and medical intervention in the real world,”in Proc. Int. Workshop New Generation Wearable Syst. for e-HealthToward Revolution of Citizens’ Health, Life Style Management?, Lucca, Italy, 2003, pp. 73–80.
۱۱.    F. H. Wilhelm, W. T. Roth, and M. A. Sackner. The LifeShirt: An Advanced system for ambulatory measurement of respiratory and cardiac function. [Online]. Available: http://www.vivometrics.com/site/res_whitepapers.html
۱۲.    J.-L. Weber, D. Blanc, A. Dittmar, B. Comet, C. Corroy, N. Noury, R.Baghai, S. Vayasse, and A. Blinowska, “Telemonitoring of vital parameters with newly designed biomedical clothing VTAM,” in Proc. Int.Workshop New Generation Wearable Syst. for e-Health: Toward Revolution of Citizens’ Health, Life Style Management?, Lucca, Italy, 2003,pp. 169–174.
۱۳.    VTAM Project.[Online].Available: http://www.medes.fr/VTAMN.html
۱۴.    S. Park and S. Jayaraman, “Enhancing the quality of life through wear- able technology,” IEEE Trans. Eng. Med. Biol., vol. 22, no. 3, pp. 41–48,Mar. 2003.
۱۵.    M. de Araújo, R. Fangueiro and H. Hong, modelling and simulation of the mechanical behaviour of weft-knitted fabrics for technical applications, University of Minho, Guimarães, Portugal
۱۶.    Smartex S.r.l.. [Online]. Available: http://www.smartex.it
۱۷.    Y. Bar-Cohen, Ed., Electroactive Polymer (EAP) Actuators as Artificial Muscles. Reality, Potential, and Challenges. Washington, DC: SPIE,p. 2001.
۱۸.    S. Tadokoro, T. Takamori, and J. Oguro, “Modeling IPMC for design of actuation mechanisms,” in Polymer Sensors and Actuators, Y. Osada and D. De Rossi, Eds. Berlin, Germany: Springer, 2000.
۱۹.    سهرابیان، بهروز، “آموزش دیجیتال به زبان ساده”، انتشارات جهاد دانشگاهی، تهران، ۱۳۸۲
۲۰.    خرازی زاده، سعید، “اصول الکترونیک”، مجتمع فنی تهران، پاییز ۱۳۷۹.
۲۱.    ناظر، سروش، “الکترونیک از قطعات تا سیستم”، کانون گسترش علوم الکترونیک، انتشارات نوید، شیراز، زمستان ۱۳۷۳.
۲۲.    رضایی، امیر حسین و محمد رضا ذهابی، “اندازه گیری الکترونیکی”، مرکز نشر دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ۱۳۷۵.
۲۳.    فلیپس، چارلز و جان پار، “سیگنالها – سیستمها – تبدیلها”، انتشارات دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ۱۳۷۸.
۲۴.     هاپتمن، پیتر، “اصول و کاربرد سنسورها”، انتشارات آشینا، تبریز، ۱۳۷۸.
۲۵.     دادگر، مهران و محمدی حسین، “طراحی و ساخت میکروپروسسور جهت اندازه¬گیری تنشن تک نخ”، پروژه کارشناسی دانشکده نساجی، دانشگاه یزد، بهمن۱۳۷۹.
۲۶.     رضازاده، “بهینه سازی میکروپروسسسور اندازه گیری تنشن تک نخ و دسته نخ”، پروژه کارشناسی ارشد، دانشگاه یزد، آبان ۱۳۸۵
۲۷.    سید عباس میرجلیلی ، ” حلقوی پودی – جزوه درسی مقطع ارشد”، دانشگاه یزد، آبان ۱۳۸۵