Metrological characterization of a textile strain gauge

Textile sensors exhibit an electrical resistance which varies in presence of strain. Although there were different researches and experiment around these sensors and their behavior, the characterization was often limited to the identification of the sensors’ sensitivity, without precise studies on the effect of disturbances. The aim of this thesis is to characterize a novel textile sensor built with woven silver fibers upon varying the environmental conditions. After designing the experimental setup suitable for static and dynamic tests, preliminary experiments were performed to identify the contact resistance. Experiments were then performed to identify the sensor sensitivity versus the displacement, the temperature and the humidity. The effect of temperature was evaluated in a climate chamber, but results were mostly affected by the relative humidity, not controlled in our experimental setup. The effect of humidity was confirmed in qualitative tests, performed by spraying the sensor with constant length and temperature. The creep tests (20 and 72 hours) outlined that the measurement drift is not negligible. A first order compensation model was proposed. Dynamic tests performed on the shaker showed that the sensitivity decreases when the frequency increases. The implication of the experimental results for different applications (breathing monitoring, daily activity monitoring and biomechanical analyses) are discussed.

Gli estensimetri tessili hanno una resistenza elettrica che varia in presenza di deformazioni. Sebbene esistano in letteratura diversi studi sulla caratterizzazione di alcuni tipi di sensore, questi sono spesso focalizzati all’identificazione della sensibilità dell’estensimetro in condizioni vicine a quelle d’uso. Lo scopo di questa tesi è la caratterizzazione di una fibra tessile che contiene fibre in argento intrecciato in presenza di disturbi. Dopo una fase iniziale di progettazione del setup di misura, sono stati eseguiti test per identificare la sensibilità dell’estensimetro al variare della deformazione (ingresso voluto), della temperatura e dell’umidità (disturbi). Sono stati eseguiti test in frequenza e di creep. Modelli di compensazione sono stati proposti e validati. Le implicazioni del particolare comportamento metrologico nelle condizioni di utilizzo sono state discusse. I risultati mostrano come le fibre siano adatte per applicazioni quali il monitoraggio delle attività di persone anziane o l’identificazione della frequenza di respirazione.