Development of textile capacitive sensor

Abstract

(English) Nowadays, the textile clothing industry is searching for new ways to add value to their products. Developments in textile sensors start to demonstrate their usability and possibilities when they are integrated on fabrics. The Internet of Things context pushes the companies to find new ways to obtain information from our surroundings to be able to actively react, in real-time, to the situation we are living in. For many years, the integration of sensors in textile has been regarded as inconvenient. The users do not feel comfortable to use it since the textile properties are modified. In recent years, advancement in technology and integration of conductive materials into textile materials have provided that the researchers new opportunities to integrate sensors on fabrics. Conductive yarns produced following the textile processes results in a family of yarns which are soft, flexible and conductive. The conductive material is unnoticeable by sight which is very important for the final user feeling. These conductive yarns are being used to develop conductive fabrics or patterns that do not give the feeling of being a sensor or electrically conductive. The sensors play an important role to make our daily life more comfortable and easy. But due to their certain features, conventional sensors may not be a good fit for the applications in some fields. Textile sensors rise as a new alternative tool to address the shortcomings of the conventional sensors. Textile capacitive sensors could provide a new tool to introduce sensors in fields where it could not be done previously. The advantages of the textile capacitive sensors are flexibility, long area coverage and proximity to the measured stimulus. The thesis is focused on the textile capacitive sensor development. The conductive materials, the effect of the materials on the sensor behaviour and the textile integration methods are covered over the course of the thesis. The textile capacitive sensor is based on the permittivity change detection, which could be either the substrate permittivity or the surroundings environment. Textile capacitive sensors are relevant because their flexibility is suitable for many daily tasks monitoring, some of them related to patients or dependent people. The results obtained in this thesis extend the state of the art for the textile capacitive sensors. The produced textile sensors and applications developed support the viability of the suggested technology.

(Español) En la actualidad, la industria de la moda está buscando nuevas formas de añadir valor a sus productos. El desarrollo en los ensores textiles integrados en los tejidos, empieza a demostrar su utilidad y posibilidades. El contexto actual de Internet de las cosas (IoT), está provocando que las compañías busquen nuevas formas de obtener información de nuestro alrededor, para así, poder reaccionar activamente, en tiempo real, a las situaciones que estamos viviendo. Durante años, la integración de sensores textiles ha sido rechazada, sobre todo por los posibles usuarios. Estos no se sentían cómodos usando tejidos con sensores integrados, debido a la modificación que estos provocaban en las propiedades de los mismos. En los últimos años, los avances en los procesos tecnológicos y la integración de materiales conductores en los material es textiles han provisto a los investigadores de nuevas oportunidades para poder integrar sensores en los tejidos. Los hilos conductores producidos mediante técnicas textiles resultan ser unos hilos suaves, flexibles y conductores. El material conductor pasa a ser indetectable visualmente, lo cual es muy importante para las sensaciones del usuario final. Estos hilos conductores son usados para desarrollar tejidos o patrones conductores que no dan la sensación de ser sensores o conductores de la electricidad. Los sensores juegan un papel muy importante a la hora de hacer nuestra vida diaria más fácil y cómoda. Pero, debido a una serie de características, los sensores convencionales no pueden ser usados en ciertas aplicaciones. Los sensores textiles aparecen como alternativa viable para responder a desventajas que pueden tener los sensores convencionales a la hora de ser integrados. Los sensores textiles pueden llegar a ser una opción para introducir sensores en nuevas aplicaciones, antes inexploradas. Las ventajas que aportan los sensores textiles son su flexibilidad, cobertura de un área amplia y la proximidad al estímulo medido. La tesis se centra en el desarrollo de sensores textiles. Los materiales conductores, el efecto de los materiales en el comportamiento del sensor y los procesos de integración serán estudiados durante esta tesis. El sensor textil capacitivo se basa en la variación de la permitividad, la cual puede ser provocada por un cambio en dicha propiedad en el tejido o en las cercanías del sensor. El sensor textil capacitivo, gracias a su flexibilidad, podría llegar a ser relevante en aplicaciones de monitoreo diario, algunas de ellas relacionadas con personas dependientes o pacientes en hospitales. Los resultados obtenidos a lo largo de esta tesis extienden el estado del arte de los sensores textiles capacitivos. Los sensores textiles producidos y las aplicaciones desarrolladas respaldan la viabilidad de la tecnología presentada.