一种可拉伸柔性传感器及其形变检测电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可拉伸柔性传感器及其形变检测电路，可拉伸柔性传感器设置于可穿戴物品中、供使用者穿着；其包括一电极电介质结构，所述电极电介质结构包括两电极层以及用于分开该两电极层并在电极层上提供电容的一电介质层，所述电极层包括一个或多个电极，所述电介质层包括一个或多个电介质；相邻的两电极相互连接且构成Z字形设置于可拉伸弹性织物上；当其发生弹性拉伸形变时，其电极电介质结构的电容和/或电阻、电感变化可引起充放电信号波形的对应变化。形变检测电路，对所述可拉伸柔性传感器发生形变时的电容和/或电阻、电感变化所引起的在检测电路中充放电信号波形的变化进行感测，进行使用者运动状态数据的感知和采集。

A stretchable flexible sensor and its deformation detection circuit

【技术实现步骤摘要】
一种可拉伸柔性传感器及其形变检测电路
本技术涉及柔性传感器检测
，特别涉及一种可拉伸柔性传感器及其形变检测电路。
技术介绍
较大幅度人体运动的数字化数据采集与分析，在运动、健康和健身、医疗、人机界面和娱乐行业中都具有广泛的应用价值。目前，诸如采用基于主要应用于电机、机械制造等其他行业中的应变传感器以及其他非柔性传感器等来适配人体运动测量的方案中，多采用刚性材料，并且具有高硬度，低应变能力等特性。这与测量人体的运动时，通常需要传感器具备低硬度，高应变特性来减小佩戴者在运动种的障碍感的需求存在明显的不匹配。同时这也增加了成本和测量系统的复杂性。另一方面，基于结构光学和机器视觉分析的方案也伴随着近年来人工智能在图像和视觉处理领域的快速发展而逐渐流行起来，但这类方案通常需要昂贵的摄像机设置和复杂的光学结构设计并配合大量的人体建模算法实现，这使得视觉的方案在识别范围、实时性、成本、甚至特定角度位置的识别率上都有明显的不足，而且存在极大的隐私风险。还有基于惯性传感器的方案单独或少了使用时可避免部分基于刚性形变的传感器耦合到像人体这样的柔软和柔性结构的障碍感，并且提供了关于动态运动的出色反馈，但当进行覆盖全身3D的多点监测时，还是无法彻底解决佩戴的舒适感这一问题，且不能给出慢速运动或静态位置的良好近似。近年来，基于柔性导电聚合物类型的传感器由于与人体和可拉伸织物的机械性能匹配极佳，成为应用于穿戴领域的新选择，这类传感器根据感应类型可分为电阻型和电容型传感器。其中，电阻型传感器具有制造工艺简单，成本低等特性，但对环境参数(例如温度和湿度)有较高度敏感，并且由于时间，应变速率和操作循环次数而具有其输出值漂移等缺陷。电容型传感器是另一种类型的软质聚合物传感器，它们具有良好的机械性能，并具有明显更高的可重复性和对环境因素的低敏感度等特性。然而电容型传感器的制造工艺相对更为复杂，增加了成本，同时由于电极是基于导电聚合物所以同样具有复杂的电阻特性耦合，需要配合软件算法来分离耦合电阻特性，这也显著降低了传感器的实时性并大幅降低了信噪比。现有技术中，申请号为201611107156.5的中国专利技术专利公开了一种柔性传感器的检测装置及方法。该装置包括：压力控制系统，包括压力控制器及微泵，安装在样品池与储液器的液体输送管路中；样品池上方有由柔性传感器与可延展基膜构成的可延展复合膜的安装口；二维移动系统，包括放置样品池的二维载物台及步进电机；显微成像测量系统，包括可升降调节的显微镜头，装在样品池正上方；数据处理系统，根据二维载物平台及显微镜头的位移数据，输出可延展复合膜在不同压力情况下不同位置的轮廓曲线以及曲线的曲率，获得曲线与压力的关系。上述技术在一定程度上解决了现有技术不能从整体和细节上检测柔性传感器在不同压力下形变情况的不足。上述专利技术提供了一种柔性传感器的检测方法，传感器的检测过程中需要通过采用载物台以及显微镜，通过二维载物台配合显微镜头扫描薄膜外形轮廓，由微泵与压力控制器线性改变并稳定保持可延展复合薄膜受到的压力，观察柔性可延展复合薄膜的变形情况，从而给出被观测点的相应空间坐标，最终由计算机处理得到柔性可延展复合薄膜在不同压力下的轮廓曲线及曲率半径。但现有技术仍存在一定缺陷，传感器的检测过程复杂且对于检测装置以及检测环境的要求高，虽然能采用机电一体化的设计通过计算机控制除压力控制器的部分，但由于检测过程中需要采用载物台以及显微镜，并且需要采用计算机进行控制处理，并不能应用于设置于可穿戴设备上柔性传感器发生形变时的检测，也无法通过检测设置于可穿戴设备上的柔性传感器及其形变进而感知和监测人体运动状况的需求。
技术实现思路
本技术目的在于，针对现有技术的上述不足，提供一种可拉伸柔性传感器及其形变检测电路，以应用于设置于可穿戴设备上柔性传感器发生形变时的数据检测，同时通过检测设置于可穿戴设备上的柔性传感器及其形变数据，感知和监测使用者人体运动状况。本技术具体通过独特的传感器结构设计及形变检测电路，对设置于可穿戴设备上的柔性传感器进行感测，检测电路可由分立器件或者集成电路组成，将其集成于可穿戴设备上能够满足随时对柔性传感器的形变进行感测，实现通过感测设置于可穿戴设备上的柔性传感器的形变的感知、进而监测人体的实时运动参数。本技术提供的柔性传感器，其能够在低成本的基础上实现柔性传感器与传统织物制造加工的集成，其具有柔性、应变度高、低环境敏感度等特性，便于集成到衣物和穿戴设备中，使用方便、用途广泛。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种可拉伸柔性传感器，其特征在于，其设置于可穿戴物品中、供使用者穿着；其包括一电极电介质结构，所述电极电介质结构包括两电极层以及用于分开该两电极层并在电极层上提供电容的一电介质层，所述电极层包括一个或多个电极，所述电介质层包括一个或多个电介质；相邻的两电极相互连接且构成Z字形设置于可拉伸弹性织物上；当其发生弹性拉伸形变时，其电极电介质结构的电容和/或电阻、电感变化可引起充放电信号波形的对应变化。还包括一层或多层叠加电极电介质结构，包括一电极层以及一电介质层，其设置于电极电介质结构或叠加于叠加电极电介质结构上，所述叠加电极电介质结构中的电介质层与电极电介质结构或叠加电极电介质结构上的电极层相连接；所述电极层包括一个或多个电极，所述电介质层包括一个或多个电介质；相邻的两电极相互连接且构成Z字形设置于可拉伸弹性织物上。所述电极与电介质均采用柔性可拉伸织物制成。所述电极的导电部件为散布在织物纤维之间的离散但互连的导电颗粒的网络或者导电纱线、导电纤维、导电聚合物中的一种或多种。所述电介质为微粒子或高介电常数的纳米粒子或导电材料。该检测电路与所述可穿戴物品中的拉伸柔性传感器相连接；用于对所述可拉伸柔性传感器发生形变时的电容和/或电阻、电感变化所引起的在检测电路中充放电信号波形的变化进行感测，进行使用者运动状态数据的感知和采集。该检测电路包括依次电性连接的直流恒流源、电压比较器、模拟多路器、时钟发生器、开关电路S1、S2以及逻辑控制电路；其中，逻辑控制电路包括充放电控制逻辑电路、寄存器以及计数器，其中的模拟多路器与可穿戴物品中的可拉伸柔性传感器相连接，另外其通过开关电路S1与直流恒流源相连接以及通过开关电路S2与电源低电位端相连接，模拟多路器还与电压比较器相连接，开关电路S1以及开关电路S2分别与充放电控制逻辑电路相连接，充放电控制逻辑电路相连接与时钟发生器相连接，时钟发生器还分别与寄存器以及计数器相连接，电压比较器分别与寄存器以及计数器相连接；直流恒流电源为检测电路提供电源，时钟发生器为逻辑控制电路提供时钟翻转信号。所述的逻辑控制电路闭合开关电路S1，打开开关电路S2对传感器进行充电，当检测电路感测到可拉伸柔性传感器发生形变时，同时经由模拟多路器将该路传感器的电信号送到电压比较器的一端，通过与电压比较器的另一端的参考电压进行比较输出对应于可拉伸柔性传感器产生形变的波形信号，再由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可拉伸柔性传感器，其特征在于，其设置于可穿戴物品中、供使用者穿着；其包括一电极电介质结构，所述电极电介质结构包括两电极层以及用于分开该两电极层并在电极层上提供电容的一电介质层，所述电极层包括一个或多个电极，所述电介质层包括一个或多个电介质；相邻的两电极相互连接且构成Z字形设置于可拉伸弹性织物上；当其发生弹性拉伸形变时，其电极电介质结构的电容和/或电阻、电感变化可引起充放电信号波形的对应变化。/n

【技术特征摘要】
1.一种可拉伸柔性传感器，其特征在于，其设置于可穿戴物品中、供使用者穿着；其包括一电极电介质结构，所述电极电介质结构包括两电极层以及用于分开该两电极层并在电极层上提供电容的一电介质层，所述电极层包括一个或多个电极，所述电介质层包括一个或多个电介质；相邻的两电极相互连接且构成Z字形设置于可拉伸弹性织物上；当其发生弹性拉伸形变时，其电极电介质结构的电容和/或电阻、电感变化可引起充放电信号波形的对应变化。


2.根据权利要求1所述的可拉伸柔性传感器，其特征在于，还包括一层或多层叠加电极电介质结构，包括一电极层以及一电介质层，其设置于电极电介质结构或叠加于叠加电极电介质结构上，所述叠加电极电介质结构中的电介质层与电极电介质结构或叠加电极电介质结构上的电极层相连接。


3.根据权利要求1所述的可拉伸柔性传感器，其特征在于，所述电极与电介质均采用柔性可拉伸织物制成。


4.根据权利要求1所述的可拉伸柔性传感器，其特征在于，所述电极的导电部件为散布在织物纤维之间的离散但互连的导电颗粒的网络或者导电纱线、导电纤维、导电聚合物中的一种或多种。


5.根据权利要求1所述的可拉伸柔性传感器，其特征在于，所述电介质为微粒子或高介电常数的纳米粒子或导电材料。


6.根据权利要求1～5之一所述的可拉伸柔性传感器的形变检测电路，其特征在于，该检测电路与所述可穿戴物品中的拉伸柔性传感器相连接；用于对所述可拉伸柔性传感器发生形变时的电容和/或电阻、电感变化所引起的在检测电路中充放电信号波形的变化进行感测，进...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡镇邦，
申请(专利权)人：广州智形科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44