织物传感阵列制备与压力分布检测系统设计

为解决独居老人摔倒检测的问题,设计出一种低成本的织物压力传感阵列及压力分布检测系统。通过将一组若干镀银导电纱线沿基底织物经向间隔地排列在基底织物的正面,另一组若干镀银导电纱线沿基底织物纬向间隔地排列在经向镀银导电纱线的上方,在两组镀银导电纱线的交会处设有压力传感单元。针对传感单元进行电力学试验测试,并基于Arduino单片机和多路复用器设计传感阵列的压力分布检测系统,通过检测阵列中所有传感单元受压下的电阻值获得压力分布结果。结果表明:传感单元的电阻随压力的增加而呈指数下降,表现出显著的压阻效应,最大检测压强为25 kPa,并具有可靠的电力学稳定性;传感阵列的压力分布检测可获得作用在传感阵列上的压力分布情况,可为后续检测老年人跌倒情况奠定基础。

基于U-Net卷积神经网络的织物压力传感阵列串扰解决方法

为解决压阻式柔性压力传感阵列中存在的异常传感单元与串扰现象导致采集到的压力数据不准确的问题,构建了具有32×32个传感单元的压阻式柔性织物压力传感阵列系统,对传感单元检测值出现异常的原因进行了分析,采用中值滤波算法对系统获取的压力分布云图中的异常值进行处理;针对串扰现象,构建了U-Net卷积神经网络模型,采用机器学习方法对织物压力传感阵列系统生成的压力云图进行修正,设计了模型输入、输出数据集的采集方法。结果表明,经中值滤波算法处理后的压力云图的峰值信噪比处于30~40 dB之间,反映出中值滤波算法对异常值处理的效果较为理想;U-Net卷积神经网络模型训练过程中的均方根误差最终达到7.1,表明模型获得了较好的训练效果,通过与无串扰效应的柔性压力传感阵列采集的压力云图进行对比,表明U-Net模型能够有效消除串扰现象对织物压力传感阵列压力云图显示结果的影响。

层叠式织物压力分布传感系统的构建及测试

为实现对人体或物体的压力分布特征的监测,构建了一种层叠式织物压力分布传感系统。该系统由织物压力传感阵列、封装织物层以及数据采集模块组成,织物压力传感阵列由两层基底织物对向叠放构成,其中沿上层基底织物底面纬向和下层基底织物顶面经向分别等间隔缝纫有镀银导电纱线并印刷压敏材料,在经向和纬向导电纱线的交会处形成传感单元。对织物压力分布传感系统的传感单元的电力学性能进行了实验研究,并对构建的织物压力分布传感系统进行了测试。结果表明:传感单元电阻值的倒数与压强近似呈线性关系,展现出良好的压阻响应特性;经过500次循环压力测试,传感单元可对外界信号作出稳定的响应;采用双层叠合结构的压力传感阵列使织物压力分布传感系统中各传感单元初始状态一致性较好,并有效减轻了传感单元之间因串并联通路而引入的噪声干扰,因此可较好地呈现被测物体所施加压力的分布特征。