Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

Znaleziono wyników: 1

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Wyszukiwano:
w słowach kluczowych: tekstylne linie systemowe

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

Modelowanie tekstylnych linii sygnałowych do zastosowań w tekstronice

Leśnikowski J.

Zeszyty Naukowe. Rozprawy Naukowe / Politechnika Łódzka

2013

Z. 467

1--197

Zwiększające się zainteresowanie inteligentnymi tekstyliami, a w szczególności odzieżą inteligentną, spowodowało podjęcie licznych prac badawczych w tym kierunku. Nową dyscypliną zajmującą się powyższymi zagadnieniami jest tekstronika będąca połączeniem włókiennictwa, elektroniki i informatyki. Jednym z ważnych elementów systemów tekstronicznych, np. odzieży inteligentnej, są tekstylne linie sygnałowe. Służą one do przesyłania informacji między układami elektronicznymi zaimplementowanymi w takiej odzieży. Linie te powinny posiadać zdolność do transmisji sygnałów elektrycznych o szerokim widmie częstotliwościowym tak, aby mogły np. przesyłać sygnały cyfrowe o dużej szybkości transmisji. Umożliwi to rozwój m.in. tekstylnych komputerów noszonych, czy nowoczesnych systemów tekstronicznych służących do monitoringu parametrów fizjologicznych człowieka. W celu zapewnienia prawidłowej współpracy tekstylnej linii sygnałowej z elektronicznymi układami transmisyjnymi jej impedancja charakterystyczna powinna wynosić 50 Ω. Tekstylne linie sygnałowe zbudowane w wyniku dotychczasowych prac, charakteryzują się impedancją znacznie przewyższającą tę wartość, będącą wartością standardową m.in. w konwencjonalnych układach transmisji danych. Opisane w monografii prace badawcze miały na celu pozytywne zweryfikowanie tezy o możliwości wykonania tekstylnej linii sygnałowej o impedancji charakterystycznej równej 50 Ω. Jednocześnie, przeprowadzone badania miały na celu określenie, które z parametrów charakteryzujących właściwości struktury podłoża linii mają istotny wpływ na jej właściwości transmisyjne. Wiedza ta jest niezbędna do świadomego wyboru płaskiego wyrobu włókienniczego na podłoże tekstylnej linii sygnałowej podczas etapu jej tworzenia. Prace ograniczono do tekstylnych linii sygnałowych wykonanych metodą naszywania elektroprzewodzących płaskich wyrobów włókienniczych na nieprzewodzący prądu płaski wyrób włókienniczy. Wykonane modelowanie działania tekstylnych linii sygnałowych wsparte analizą działania konwencjonalnych linii sygnałowych doprowadziły do opracowania tekstylnej linii sygnałowej o nowym układzie ścieżek elektroprzewodzących, umożliwiającej uzyskanie wartości impedancji charakterystycznej równej 50 Ω i mniejszej. Dla proponowanej linii opracowano model w postaci sieci neuronowej umożliwiającej wyznaczenie wartości impedancji charakterystycznej linii w zależności od grubości tekstylnego podłoża linii, odstępu między ścieżkami masy, stałej dielektrycznej nitek podłoża linii oraz tangensa kąta strat podłoża linii. Predykcja wartości impedancji charakterystycznej linii, za pomocą stworzonego modelu, umożliwia wyznaczenie odstępu między ścieżkami masy w zależności od grubości i przenikalności elektrycznej tkaniny stanowiącej jej podłoże, co ułatwia i przyśpiesza wykonanie linii. W ramach dalej przeprowadzonych prac, z pomocą powyższego modelu, wykonano szereg modeli fizycznych linii. Opracowano i wykonano również zaciski pomiarowe umożliwiające podłączenie tekstylnych linii sygnałowych do aparatury pomiarowej oraz zestawiono stanowisko pomiarowe do wykonania badań wykonanych linii. Wykonane badania miały na celu sprawdzenie poprawności działania zbudowanych linii w przypadku praktycznego ich zastosowania np. w odzieży tekstronicznej. Przeprowadzone badania obejmowały: • badania wpływu temperatury i wilgotności na przyjęte wskaźniki określające właściwości transmisyjne linii, • badania wpływu kontaktu innych materiałów włókienniczych i ciała ludzkiego z tekstylną linią transmisyjną na jej właściwości transmisyjne, • badania jakości cyfrowego sygnału transmitowanego przez wykonane modele linii. W wyniku przeprowadzonych badań pozytywnie zweryfikowano tezę o możliwości wykonania, z płaskich wyrobów włókienniczych, linii sygnałowej o impedancji charakterystycznej 50 Ω, zdolnej do przenoszenia sygnałów elektrycznych o szerokim widmie częstotliwościowym, np. sygnałów cyfrowych. Jednocześnie stwierdzono, że splot i grubość tkaniny, będącej podłożem badanej linii, mają istotny wpływ na jej właściwości transmisyjne. Zweryfikowano w ten sposób pozytywnie drugą cześć tezy pracy.

The researches previously conducted in the world had not led to the textile signal line, of which the characteristic impedance value would equal 50 Q. and could be varied over a wide range by varying the geometric dimensions of the line. Therefore, the studies were undertaken to develop such a line. Those studies, preceded by a multiple sources analysis of the conventional signal lines operation, the measurements of the electrical properties of selected fabrics and simulation studies have led to the development of a new type of the textile signal line. The construction of the line allows to obtain the characteristic impedance of 50 Q and lower, which in the existing prototypes described in the literature was impossible to obtain. Therefore, this work was crowned with the success, positively verifying the first part of the approved work thesis. The adopted technology of the line construction in the form of electro-conductive paths made of flat fabrics sewn on the textile substrate in the form of conventional fabrics (named as PWW/PWW line) provide the possibility of making a line on the basis of standard machinery and human resources of the average sewing workshop. At the same time, simulation studies were performed in order to determine which of the parameters characterizing the structure of the substrate of the textile signal line (type PWW/PWW) affects its transmission properties. This knowledge is essential for an aware choice of flat textile for substrate to create this type of line. In the conducted simulation studies the substrate of the line was modeled with a much greater accuracy than in other simulation studies of the textile signal lines, described in the literature. Authors of those studies assumed that the substrate of the line is a cuboid with a uniform structure and properties. In the simulation studies described in the monograph, with an accuracy unprecedented in the literature, the simulated substrate of the line was shown. The thickness and weave of the threads, the pitch of the warp and the weft of the fabric and other parameters of the substrate of the line, were reflected in such a way that the model was created in the most faithful way to suit the parameters of the actual fabric. Similarly, the fabric forming electro-conductive paths of the signal line has been modeled. At the same time, the measurements of dielectric permittivity of fabrics available on the market were conducted, so that the simulated models have electrical parameters corresponding to the real fabrics. For this purpose, an original method for determination of the complex permittivity of yarns making a fabric, based on the measured dielectric constant of the fabric, was developed. It should be emphasized that this method can be applied not only in the textile simulation studies of signal lines, but also can be useful wherever knowledge of permittivity of flat textile yarns is indispensable in the ongoing researches. As another result of the modeling it was found, that obtain characteristic impedance equal to 50 Q in TLS with conventional geometry of electro-conductive paths, for each fabric substrate of the line, is practically impossible. Therefore a new kind of textile transmission line was developed. For the proposed textile signal line the model of a neural network was developed. The model allows determination of the characteristic impedance of the line, depending on the thickness of the textile substrate of the line h, the distance between the electro-conductive paths gad, the dielectric permittivity sr and loss tangent tgi/of the substrate threads. The prediction of the characteristic impedance value of the line, using the created model, allows to determine the distance between ground paths depending on the thickness and the permittivity of the substrate fabric. This model facilitates and speeds up the production of the line. As part of the carried out work, with the help of this model, a series of models of physical lines were made. The measurement terminals for connecting textile signal lines to the measuring apparatus were developed and made. Based on the constructed lines, a series of tests to verify their operation in practical applications such as smart garment were carried out. When using such garments, the textile signal lines used may be exposed to the variable climatic conditions. Therefore, the studies of the effects of temperature and humidity on accepted indicators, which define the transmission characteristics of the line, were conducted. It also examined the impact of selected structural parameters of the substrate of the line, positively verifying the second part of the work thesis. Because the textile signal line placed in smart garments is generally located close to other textile materials and the human body, the impact of those factors on the transmission properties of the line was studied. The measurements of quality of digital signal transmitted by the textile lines were also performed. Those measurements included an eye diagram test, noise measurement and fast-changing signal fluctuations i.e. jitter measurements and analysis. As a result of the research the following conclusions were formulated: 1. the thickness of the coplanar line substrate does not significantly affect the properties of the transmission line, 2. the increase of the humidity of the air surrounding the line causes the increase of signal attenuation passing through the textile signal line, 3. the increase of the humidity of the air surrounding the line, at the constant temperature, causes decrease of characteristic impedance of the line 4. the decrease of the temperature of the air surrounding the line causes the increase of signal attenuation passing through the textile signal line (for the assumed variability of temperature and humidity, the impact of the temperature is smaller than the impact caused by changes in humidity of the ambient air), 5. the weave and thickness of the fabric has significant effect on the transmission properties of the line, 6. an additional layer made of flat textile products in the form of cloth, placed at the top or the bottom line, does not significantly affect the transmission properties, 7. the contact between a human body and electro-conductive paths, in particular between the upper signal path, has a significant effect on the transmission properties of the line, 8. the impact of a human body contact can be reduced by using additional layers made from flat textile at the top and at the bottom of the line, 9. the proposed textile signal line must be installed in such a way that the side of the ground paths is directed towards the user's body of textronic clothing. 10. the quality of signal transmission in the tested textile signal lines is satisfactory (for BER = 10~12 eye is still open), 11. the transmission quality deteriorates with the increase of the transmission speed and the line length, and it depends on the humidity and air temperature surrounding the line, 12. the degree of eye opening for BER = 10-12 in the tested textile signal lines allows to accept the argument concerning the correct reading of data transmitted through the line 13. in the case of lines with the length of 50 centimeters, the proposed textile signal line is capable of accurate transmission of digital signals at speeds up to 1 Gb/s, 14. in the case of signal transmission over short distances (up to 25 cm), the developed line is able to transmit a digital signal correctly at rates up to 2.5 Gb/s in the temperature range from 5°C to +20°C and a relative air humidity of 26, 8% to 90%. 15. the substrate fabric of the line should be sufficiently rigid to provide a constant mutual position of electro-conductive paths of the line, irrespective of the mechanical stresses which may occur during operation of the line, 16. transmission properties of the line depend on the degree of the adhesion between electro-conductive paths and substrate of the line, 17. the presence of air gaps between the electro-conductive paths and the substrate results in a significant increase in the characteristic impedance of the line, 18. the type of stitch lines for fixing electro-conductive paths has a big influence on the characteristic impedance of the line, 19. the stitches fixing electro-conductive paths to the substrate should be routed to avoid a situation where the needle of the sewing machine simultaneously pierces the top signal path and the bottom ground path. This is to avoid possible short circuits between paths caused by electro-conductive fibers torn from the path of the line by the needle, 20. the elaboration during the sewing process should be strictly controlled to ensure good adhesion between electro-conductive paths and the substrate, 21. the realization of textile signal lines which have better transmission properties than the lines presented in the monograph requires a sewing machine equipped with the specially designed conveyor that ensures high accuracy of positioning of electro-conductive paths during sewing.