SUPERVISOR
Saeed Ajeli,Seyed-Abdolkarim Hoseini
سعید آجلی (استاد مشاور) سیدعبدالکریم حسینی (استاد راهنما)
STUDENT
MOHAMMAD MAHDI FAGHIHIMANI
محمدمهدی فقیه ایمانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
designing of flexible sensor based on the piezoelectric nano fiber pvdf to evaluate the effects of garment type on the body thermal comfort
Thermal comfort is an important and influential indicator of human quality of life and function. In general, thermal comfort index indicates the level of balance in the sympathetic nervous system. When the inlet and outlet heat levels are equal and there i s no need for the sympathetic nervous system intervention to adjust the temperature, the body feels thermally comfortable. Nowadays, neglecting this topic in designing and manufacturing high performance sport , military, firefighting clothing means ineffici ent product. Also, Attention to This Index Have Led t o A Fundamental Change in Modern a nd Intelligent Technologies Such a s Electronic Clothing With The Ability t o Manage Body Temperature a nd Humidity . The purpose of this study for first step is to identify thermal comfort and find a practical method for measuring it. In the second step, the construction of a thermal comfort index sensor and analyzing its results under real conditions. In this study, frequency analysis of heart rate variability (HRV) was used as one of the newest and most accurate methods of thermal comfort measurement. It measures the ratio of the function of the sympathetic nervous system (which regulates body temperature) to the function of the vagous nervous system. The meth od used to measure this index is to measure the low frequency power (0.04 - 0.15 Hz) to the high frequency power (0.15 - 0.4 Hz) and report it as an LF / HF index. After An exercise activity, the LF / HF index is influenced by the heart rate and also the heart rate is influenced b y the body temperature. Therefore the proper function of clothing in exchanging body heat with the environment , accelerates t he process of reaching the body balance. In this case, the feeling of comfort increases with decreasing activi ty duration of the sympathetic nervous system . Since the measurement of thermal comfort index over a long period of time while it is not intended to cause disturbance, in this study, contrary to the conventional methods of measuring heart rate, which is based on the cardiac activity recorder, a long - term wearable sensor based on piezoelectric effect was used to measure heart rate. I n the nuclear fabrication of this sensor, PVDF piezoelectric nanofibers were used. In order to fabricate the sensor with optimum sensitivity, single nozzle electro spinning with optimized parameters was used. Thus, by producing highly oriented nanofibers co ntaining the beta phase, the sensor has a minimum sensitivity of 5 N, which is appropriate for heart rate measurement. by connection of sensor core to the electronic circuit of signal conditioning and processing, final sensor built and used in field test s t o detect thermal comfort indices . 3 clothing s of different genders including: Co o lm a x, cotton and polyester used in field tests . The LF / HF index was measured for each. The amount of comfort obtained for polyester clothing was significantly lower than the comfort value obtained from C o olmax and cotton clothing. Also, the LF / HF index values were significantly correlated with participants' qualitative evaluation results.
راحتی حرارتی یک شاخص مهم و تاثیر گذار بر کیفیت زندگی و عملکرد انسان است. به طورکلی شاخص راحتی حرارتی بیانگر میزان تعادل در سیست م عصبی ناخودآگاه است. زمانی که مقدار حرارت ورودی و خروجی بدن برابر بوده و نیاز به مداخله ی دستگاه عصبی ناخو د آگاه جهت تنظیم دما نباشد، بدن از نظ ر حرارتی احساس راحتی می نماید. امروزه عدم توجه به این مبحث در طراحی و ساخت لباس های ورزشی، نظامی، آتش نشانی با کارایی بالا ، به معنی عدم کارایی محصول است. همچنین در فناوری های مدرن و هوشمند نظیر لباس های الکتر ونیک با قابلیت مدیریت دما و رطو بت بدن توجه به این شاخص موجب تحول بنیادی گردیده است. هدف از انجام این پژوهش در گام اول شناخت راحتی حرارتی و یافتن روشی کاربردی جهت اندازه گیری آن است. در گام دوم س اخت حسگر اندازه گیری شاخص راحتی حرارتی و تحلیل نتایج آن در شرایط واقعی است . در این پژوهش تحلیل فرکانسی سیگنال تغییرات نرخ ضربان قلب ( HRV ) به عنوان یکی از جدیدترین ودقیق ترین روش های سنجش راحتی حرارتی مورد استفاده قرار گرفت. ای ن شاخص نسبت عملکرد دستگاه عصبی ناخودآگ اه (که وظیفه تنظیم دمای بدن را بر عهده دارد) به عملکرد دستگاه عصبی ارادی را بیان می کند. روش کاربردی جهت سنجش این شاخص اندازه گیری مق دار توان فرکانس پایین ( 15 / 0 – 04 / 0 هرتز) به مقدار توان فرکانس بالا ( 4 / 0 – 15 / 0 هرتز) تعیین شده و به صورت شاخص LF/HF گزارش می گردد. آزمایشات نشان داد که پس از یک فعالیت ورزشی، شاخص LF/HF تحت تاثیر میزان ضربان قلب بوده و همچنین مقدار ضربان قلب نیز تحت تاثیر مقدار دمای سطح بدن است. بدین ترتیب عملکرد مناسب لباس در تبادل حرارت بدن با محیط موجب تسریع در روند به تعادل رسیدن بدن می گردد. در این صورت ب ا کاهش مدت فعالیت دستگاه عصبی ن اخودآگاه ، احسا س راحتی افزایش می یابد . از آنجا که اندازه گیری شاخص راحتی حرارتی در یک مدت زمان طولانی و به گ ونه ای که موجب ایجاد مزاحمت نگردد مورد نظر بود ، در این پژوهش بر خلاف روش های مرسوم اندازه گیری ضربان قلب که مبتنی برحسگر ثبت فعالیت الکتریکی قلب است، از یک حسگر ق ابل پوشیدن و قابل استفاده در طولانی مدت ، مبتنی بر اثر پیزوالکتریک جهت اندازه گیری ضربان قلب استفاده گردید. د ر ساخت هسته ی این حسگر ، از نانوالیاف پیزوالکتریک PVDF استفاده شد . به منظور ساخت حسگر با حساسیت مطلوب از روش الکتروریسی تک نازله با پارامتر های ب هینه شده استفاده شد. بدین ترتیب با تولید نانوالیاف بسیار آرایش یافته محتوی فاز بتا، حداقل میزان حساسیت حسگر برابر 5 نیوتن بدست آمد که این مقدار جهت اندازه گیری ضربان قلب مناسب است. با اتصال هسته ی حسگر به مدارهای الکترونی کی تقویت و بهبود ک یفیت سیگنال ، حسگر نهایی س اخته شده و در آز مایشات میدانی جهت تشخیص شاخص راحتی حرارتی مورد استفاده قرار گرفت. 3 نمونه لباس با جنس های مختلف شامل: کولمکس، پنبه و پلی استر در آزمایشات میدانی استفاده و میزان شاخص LF/HF برای هر یک اندازه گیری گردید. مقدار راحتی بدست آمده برای لباس پلی استری به طور معنا داری کمتر از مقادیر راحتی بدست آمده از لباس های کولمکس و پنبه ای بود. همچنین مقادیر شاخص LF/HF با نتایج ارزشیابی کیفی شرکت کنندگان همبستگی معناداری داشت.