肢体运动测试在康复医学、体育运动等领域有着重要的应用。目前,临床上用来测试肢体运动的装置基本上都是以加速计、柔性电测角计、摄像机组成的运动捕捉系统。虽然这样的系统能够准确测量人体的动作,但它的便携性和隐蔽性差,不方便使用。同时,这些组件为刚性或无弹性材料,如被固定在服装上会影响人们穿着的舒适性。鉴于这些问题,可穿戴的肢体运动测试系统受到广泛关注,特别是以柔性导电织物为传感元件的应变传感器系统。目前,由于针织物大变形的特性,织物应变传感器所用的织物结构大部分都是针织物。然而,由于针织物的易卷边性以及易脱散性,会使得针织结构的织物传感器在使用过程中的信号稳定性相对较差。而机织结构比针织结构稳定,以致它们传输信号更加稳定。本文为了兼顾良好的变形和信号的准确性,以弹力机织物——棉氨平纹机织物作为基质材料,以吡咯单体作为原材料,通过原位聚合法制备了聚吡咯导电机织物,研究其电阻性能、机电性能、电阻抗性能,以及该织物应用于上肢运动状态监测的实测性能,并论证了这类导电机织物的电阻变化机理。具体来说,研究了以下内容:(1)采用原位化学聚合工艺制备聚吡咯导电机织物,并表征其电阻特性及电阻稳定性。结果证实,聚吡咯导电织物的电阻在大气环境中随暴露时间增加而增加,但聚吡咯与织物具有很好的附着强度,耐洗涤性能好。将聚吡咯导电织物置于大气环境中,33天内每隔48小时对电阻进行测试,测试结果表明,33天后织物的电阻增加了40%左右。参考gb/t3921-2008《纺织品色牢度耐皂洗色牢度》和gb/t12490-2014《纺织品色牢度试验耐家庭和商业洗涤色牢度》两个标准设计了聚吡咯导电织物电阻耐洗性测试方案。测试结果表明,聚吡咯与织物具有很好的附着强度,经过4h洗涤后没有发现聚吡咯明显脱落。但是洗涤过程中溶剂与聚吡咯发生脱掺杂反应,使得织物在洗涤之后电阻增加。(2)针对应变敏感材料的基本属性,对聚吡咯导电机织物在单轴拉伸下的机电性能及电阻抗性能进行测试及表征。结果表明,电阻随织物在一定范围的拉伸应变呈反比例变化,且拉伸应变速度增加将引起应变敏感性降低及滞后性误差增加,没有明显的感抗效应,动态响应重复性好。采用织物反复拉伸仪对聚吡咯导电机织物在1mm/s的速度下进行反复拉伸,安捷伦39470数据采集卡连续采集织物的电阻。通过测试发现,聚吡咯导电机织物(无论长丝织物还是短纤纱织物)的电阻在拉伸过程中减小,而在回复过程中增大。改变拉伸仪的拉伸速度,测试不同拉伸速度下的机电性质。测试结果表明:聚吡咯导电机织物在10%应变率、拉伸速度为1mm/s的条件下应变敏感性达到3.711,拉伸过程中的重复性误差为8.7%,滞后性误差为9.5%,线性相关系数达到0.9741。并且,随着拉伸速度的增加,应变敏感性降低,拉伸过程中的重复性误差降低,滞后性误差增加,线性相关系数无明显变化。采用电化学工作站对聚吡咯导电机织在单轴拉伸下的阻抗特性进行测试,其在整个拉伸回复过程中呈现纯电阻的性质,几乎不受扫描频率以及机械拉伸频率的影响,保证了信号的准确性。(3)针对化学聚合聚吡咯导电机织物的拉伸、弯曲变形模式,采用组装法逐步论证了聚吡咯导电机织物的电阻变化机理。结果表明聚吡咯导电机织物的电阻主要源自经、纬纱线的接触电阻。为了得到聚吡咯导电机织物电阻的拉伸变化机理,对影响聚吡咯导电机织物电阻拉伸变化的三种可能因素,即纱线电阻、经/纬纱线交织的接触电阻和相邻平行排列纱线之间的接触,设计实验逐一论证分析,结果表明以上三种因素都会影响导电织物的电阻变化,但经/纬纱交织的接触电阻主导聚吡咯导电机织物电阻的拉伸变化。(4)探究聚吡咯导电机织物作为传感元件监测上肢运动状态的可行性及测试方法。结果显示聚吡咯导电机织物可作为核心传感元件监测上肢功能运动状态,测试时采用缝制方式装配导电织物。以聚吡咯导电机织物作为核心传感元件,无线蓝牙数据采集卡作为数据采集系统设计了一个上肢运动测试传感系统,对上肢的准静态以及动态运动进行了测试,并验证不同装配方式对监测结果的影响。测试结果表明,该测试方法能够很好的反映手臂的弯曲角度,手臂弯曲角度与电阻变化几乎成线性变化,其中r2=0.95,且能够很好地反映上肢的动态运动,如上肢的运动趋势、运动频率,包括弯曲运动以及旋转运动。重复性验证表明,导电织物与服装缝合集成的过程中会影响测试的可重复性,在同一缝合方式下,不同时间对上肢运动的测试结果几乎没有变化,但是随着缝合次数的增加会使得敏感性降低。综上所述,本文研究证明,聚吡咯弹力导电机织物作为应变传感器测试人体功能运动是可行的。但是,化学聚合聚吡咯导电织物存在电学性能的环境不稳定性、电阻变化滞后性等问题,在后期的研究中需要进一步探索其变化规律,以便获得准确的传感器激励响应转换函数。