Textile Sensoren

• mittels Einsatz leitfähiger Garne

  
  

  Aufgaben der leitfähigen Garne:

• Datenleitung, Stromversorgung

  Nutzung der elektrischen Eigenschaften der leitfähigen Garne, um Sensoreffekte zu erreichen

• weiterer Schritt ist Verbindung der leitfähigen Garne mit miniaturisierter Elektronik (z.B. Bauelemente, Sensoren, Akku, ...)

Vorteile:

• flächige und punktuelle Detektion möglich

• flexibel, drapierbar und luftdurchlässig

• kundenspezifische Anpassung möglich

Nachteile:

• Schnittstelle zwischen Textil und Elektronik möglich

• Kontaktierung oftmals unzureichend gelöst

• Feuchtigkeit, Temperatur

• Biosignale (EKG, EEG und Atmung)

• Druckverteilung und Druck

• Dehnung

• Bewegung

• Abstand

• durch den Einfluss von Feuchtigkeit und/ oder öligen Medien ändert sich der Widerstandswert des leitfähigen Garnes

• groß- oder kleinflächig herstellbar (z.B. als Gewebe), indem leitfähiges Garn (unisoliert) in die Fläche eingearbeitet wird

  
  

  Anwendungen:

• Öl-Leckage

• Überwachung von Patienten (Inkontinenz, Schwitzen)

• Monitoring nässender Wunden über Integration in Verbänden

• Kondenswasser-Erkennung in Fahrzeugen und Maschinen

• die Temperatur wird als Funktion der Widerstandsänderung des Sensorgarnes bestimmt (linear)

• punktuelle oder großflächige Temperaturüberwachung ist möglich

  Anwendungen:

• Temperaturüberwachung (nicht höher als die Dauergebrauchstemperatur des Textils)

• Temperaturregelungen

• Messung von Biosignalen (zb.: Atmung, EKG, EEG)

• Hautkontakt: textile Elektrodenflächen nehmen Biosignale auf und geben sie an die Auswerteelektronik weiter (Voraussetzung: Hautwiderstand nicht zu hoch – feuchte Haut nötig)

• weitere Möglichkeit: Bioimpedanzmessung (ohne Hautkontakt), um Körpergesundheit (z.B. Fett- oder Flüssigkeitsgehalt, Atemfrequenz) zu überwachen

• gemessen wird der Widerstand in biologischem Gewebe mit Hilfe von sich zeitlich ändernden Magnetfeldern

• diese entstehen, wenn im Körper leitende Fluide bei Atemtätigkeit (Luft, schlecht leitend) oder Herzaktion (Blut, gut leitend) verschoben werden (es ändert sich die Widerstandsverteilung im Thorax, und es kommt zur Verschiebung des Gesamtwiderstandes)

Grundprinzip Bioimpedanzmessung:

• mittels Wechselstrom in Höhe von 0,8 mA wird bei einer Frequenz von 50 kHz der Widerstand (Impedanz, Z) des Körpers gemessen

• zwei äußere Elektroden bauen ein elektromagnetisches Feld im Körper auf

• zwei innere Elektroden messen Spannung und die Phasenverschiebung (Vierleitermessung)

• die Positionierung der Elektroden an dieser „inneren Messstrecke“ ist für eine gültige und wiederholbare BIA-Messung genau zu beachten.

• kann kapazitiv oder resistiv umgesetzt werden

• die Druckdetektion kann groß- und kleinflächig erfolgen

  
  

• kapazitiv:

  die Änderung des Abstands zwischen zwei Platten (textilen Flächen) wird genutzt (z.B. Elastomer als Dielektrikum, Plattenabstand ändert sich bei Druck)

• resistiv:

  die Änderung des Flächenwiderstands ist ein Maß für den Druck

• Belegungserkennung (z. B. Sitzplatzfindung)

• Textile Schaltelemente

• Bestimmung der Gewichtsverteilung z.B. zur Sitzkomfortsteigerung

• Anti-Dekubitus-Matratzen

• Körperhaltungsanalysen

• Differenzierung von Personen nach Gewichtsklassen

• drucksensitive Schuheinlagen

• drucksensitive Handschuhe z.B. für REHA-Anwendungen

• Grundprinzip beruht auf der Änderung des Widerstandes eines Drahtes/ leitfähigen Garnes bei Zugbelastung

entweder:

• sensorisches Garn ist im einfachsten Fall als elastischer Zwirn konstruiert

• weitere Möglichkeit ist Nutzung von leitfähigem Silikon

  
  

  Vorteile Silikon:

  • hohe Wärme- und Kältestabilität

  • chemische inert und UV-beständig

  • sensorische Garne sind textil verarbeitbar (z.B. durch Weben, Stricken, Nähen, Sticken

• leitfähige Silikone können auch für Druckmessung und Biosensorik genutzt werden

• Messung des Brustumfangs zur Bestimmung der Atemfrequenz und des Atemvolumens

• Durchbiegen von Trägerelementen

• Verformung von Objekten, z.B. dreidimensionale, kontinuierliche Erfassung der Druckverteilung am gesamten Fuß mittels einer Messsocke (siehe Bild), Nutzung für:

  • Ganganalyse (drahtlose Datenerfassung)

  • Langzeitdiagnose beim diabetischen Fußsyndrom

  • Schuhanpassung bei orthopädischen Erkrankungen

• Druckmessmatten für Sitzdruckverteilung

• Haltungs-, Gang-, Bewegungsmonitoring

• Streckung-Stauchung-Torsion

• Nutzung kapazitiver textiler Sensoren, um Bewegungen (z.B. Gesten) zu detektieren

• durch die Art und Dichte der Anordnung der Sensoren und die entsprechende Auswertung kann eine Bewegungsrichtung und auch die Nähe des Objekts erfasst werden

• Belegungserkennung

• Single Pad-Lösung als textiler Schalter

• Erkennung von Bewegungsmustern

• Gestensteuerung

• Slide-Sensing

• Intelligentes Energiemanagement für Heizelemente

• Sicherheits-/Schutzabschaltungen

• bei Annäherung eines Objektes wird die Kapazität in einem Schwingkreis geändert

• bei Nichtleitern beruht die Kapazitätsänderung auf einer Änderung der wirksamen Permittivität im Bereich der Elektroden; der erreichbare Schaltabstand ist gering (je nach Größe des Sensors bis ca. 40 mm)

• berührungslose Schaltelemente

• Abstandsbestimmung

• Sicherheitssysteme