柔性传感器的制备方法及基于柔性传感器的虚拟交互方法技术

本发明专利技术提供了柔性传感器的制备方法，包括：将PVA粉末溶解在去离子水中，搅拌和加热，得到PVA溶液，超声脱气，得到澄清的PVA溶液；盐溶液的制备：通过将盐溶解在去离子水中制备盐溶液，超声处理后，得到澄清的盐溶液；PVA水凝胶的合成：将PVA溶液倒入烧杯中，然后进行水浴加热，并加入盐溶液，在完全脱气后，PVA絮状物被转移到PTFE模具中，在室温下放置，变成没有冷冻的PVA水凝胶后，再进行冷冻，最后解冻，得到冷冻的PVA水凝胶；柔性传感器的制备：将PVA水凝胶的两端粘贴铝箔电极，并用导线连接，得到柔性传感器。本发明专利技术还提供了基于柔性传感器的虚拟交互方法，能与人体紧密贴合且拉伸强度好。好。好。

【技术实现步骤摘要】
柔性传感器的制备方法及基于柔性传感器的虚拟交互方法


[0001]本专利技术涉及虚拟现实
，尤其是涉及柔性传感器的制备方法及基于柔性传感器的虚拟交互方法。

技术介绍

[0002]虚拟现实技术是融合三维显示技术、三维建模技术、传感测量技术和人机交互技术等多种前沿技术的综合技术。利用头盔显示器把用户的视觉封闭起来，产生虚拟视觉效果，让用户进入三维动态的沉浸式交互体验空间。采用头部、手部、眼部等跟踪器和语音识别器使系统尽可能实时。虚拟现实与人工智能、5G、物联网、大数据等技术融合，形成的临境系统是真实环境替代的理想模型。
[0003]当前很多商业VR设备使用加速度传感器为核心传感元件，由于陀螺仪和加速度计受到随机误差、零漂、温漂等影响，其测量值误差较大。在实际应用中，陀螺仪和加速度计的测量值在静止时一般也不会是零。因此，会导致虚拟物体的移动具有较大误差，且在实际应用中虚拟物体难以静止，不断抖动，此外传统的刚性传感器件也具有贴合度较差，生物相容性不好等问题，不适合人体的长期佩戴。因此需要一种更可靠、更舒适的方法来实现信号的获取。
[0004]由于微型可穿戴传感器、柔性材料、智能纺织品、微电子学和无线通信等技术推动，以柔性可穿戴传感器为基础的健康及运动监测设备得到极大发展。柔性传感技术可用于连续、实时、无创、精准地监测生命体征以及监测身体活动和位置，包括姿势、步态异常等。
[0005]现在的一些VR运动健身游戏，都是使用手柄、按键、键盘和鼠标等刚性设备来实现，但是这些外部设备基本都只涉及到手部、最多手臂部分的活动，还有一部分如跳舞毯之类的传感设备，主要只检测足部的活动，全身活动范围有限，很难达到全身健身的效果，而且体验感也不强。
[0006]现有的刚性传感器与皮肤贴合性差，形状相对固定，不能像织物一样自定义编织成任何形状，不能根据应用场景进行相适应的调整，佩戴不够舒适，适用的场景受到极大的限制；而现有的柔性传感器如一些导电织物，虽然十分柔软，可以根据需要改变形状，但是其拉伸强度不可调整，在运动健康等需要全身大范围运动的场景中，因为关节活动较大，此时导电织物有限的拉伸程度就会制约传感器的使用，强行拉伸就会对导电织物传感器产生不可逆的破坏，而且由于其导电织物材料本身的特性已经固定不可改变，所制成的传感器精度和灵敏度不可调整，很难满足一些个性化的需求。

技术实现思路

[0007]为解决上述问题之一，本专利技术提供了柔性传感器的制备方法，能够与人体紧密贴合且拉伸强度好。
[0008]本专利技术的问题之一，是通过以下技术方案予以实现：
[0009]本专利技术提供了柔性传感器的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
[0010]步骤A1、PVA溶液的制备：将PVA粉末溶解在去离子水中，搅拌和加热，得到PVA溶液，再超声脱气后，得到澄清的PVA溶液；
[0011]步骤A2、盐溶液的制备：通过将盐溶解在去离子水中制备不同浓度的盐溶液，超声处理后，得到澄清的盐溶液；所述步骤A1和步骤A2之间没有先后顺序；
[0012]步骤A3、PVA水凝胶的合成：将PVA溶液倒入烧杯中，然后进行水浴加热，根据需制备的柔性传感器的性能确定出盐溶液的浓度，并加入该浓度的盐溶液，在完全脱气后，PVA絮状物被转移到PTFE模具中，在室温下放置，变成没有冷冻的PVA水凝胶后，再进行冷冻，最后在室温下解冻，得到冷冻的PVA水凝胶；
[0013]步骤A4、柔性传感器的制备：将PVA水凝胶的两端粘贴铝箔电极，并用导线连接，得到用于检测应力变化的柔性传感器。
[0014]进一步的，所述步骤A1具体为：将PVA粉末溶解在100℃去离子水中，所述PVA粉末的分子量为146,000至186,000；水解度为99+％；搅拌和加热4小时，得到PVA溶液，再超声脱气1小时后，得到澄清的PVA溶液；所述PVA溶液的重量百分比为10wt％。
[0015]进一步的，所述步骤A2具体为：通过将盐溶解在去离子水中制备不同浓度的盐溶液，超声处理15分钟后，得到澄清的盐溶液；所述盐溶液为硫酸钠溶液、硫酸镁溶液、硫酸铵溶液、硫酸锂溶液或氯化钠溶液。
[0016]进一步的，所述步骤A3具体为：将10mLPVA溶液倒入烧杯中，然后在100℃条件下进行水浴加热，根据需制备的柔性传感器的性能确定出盐溶液的浓度，并加入3mL该浓度的盐溶液，在完全脱气后，PVA絮状物被转移到PTFE模具中，在室温下放置24小时后，变成没有冷冻的PVA水凝胶，然后在
‑
20℃下冷冻，最后在室温下解冻24小时，得到冷冻的PVA水凝胶。
[0017]为解决上述问题之二，本专利技术提供了基于柔性传感器的虚拟交互方法，能够与人体紧密贴合且拉伸强度好。
[0018]本专利技术的问题之二，是通过以下技术方案予以实现：
[0019]本专利技术提供了基于柔性传感器的虚拟交互方法，该虚拟交互方法需提供电源模块、由上述的柔性传感器的制备方法制备而成的柔性传感模块、稳压模块、数据采集模块及VR设备模块；该虚拟交互方法包括如下步骤：
[0020]步骤B1、将所述柔性传感模块中的柔性传感器与纤维结合，采用平纹编织的方式得到可穿戴式纺织品，分别做成左手肘传感单元、右手肘传感单元、左膝盖传感单元和右膝盖传感单元，分别穿戴在左手肘、右手肘、左膝盖和右膝盖处；
[0021]步骤B2、将所述电源模块、柔性传感模块中的每根柔性传感器和稳压模块依次连接成一个闭合电流回路；
[0022]步骤B3、将所述数据采集模块的输入端并联在每根柔性传感器的两端，所述数据采集模块的输出端连接到VR设备模块上；
[0023]步骤B4、设置电压阈值；活动手肘和膝盖部位，所述柔性传感器将人体运动的机械信号转化为电压信号，对比电压阈值与手肘和膝盖在活动前后的电压差，当电压差不大于电压阈值的n％时，n值自行设定，通过调节稳定模块中电阻的阻值大小来增大电压差，以达到电压差大于电压阈值的n％，此时固定电阻不变；
[0024]步骤B5、当开始进行运动游戏时，活动手肘和膝盖部位，所述柔性传感器将人体运
动的机械信号转化为电压信号，该电压信号通过数据采集模块上传到VR设备模块后，由所述VR设备模块进行处理，根据手肘和膝盖部位的不同运动动作将对应处理后的结果转换为对应控制游戏虚拟人物的运动指令，实现虚拟现实交互。
[0025]进一步的，所述步骤B2具体包括：所述稳压模块包括一第一稳压单元、一第二稳压单元、一第三稳压单元和一第四稳压单元，
[0026]将所述电源模块、左手肘传感单元中的每根柔性传感器和第一稳压单元用导线依次连接成一个闭合电流回路；
[0027]将所述电源模块、右手肘传感单元中的每根柔性传感器和第二稳压单元用导线依次连接成一个闭合电流回路；
[0028]将所述电源模块、左膝盖传感单元中的每根柔性传感器和第三稳压单元用导线依次连接成一个闭合电流回路；
[0029]将所述电源模块、右膝盖传感单元中的每根柔性传感器和第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.柔性传感器的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：步骤A1、PVA溶液的制备：将PVA粉末溶解在去离子水中，搅拌和加热，得到PVA溶液，再超声脱气后，得到澄清的PVA溶液；步骤A2、盐溶液的制备：通过将盐溶解在去离子水中制备不同浓度的盐溶液，超声处理后，得到澄清的盐溶液；所述步骤A1和步骤A2之间没有先后顺序；步骤A3、PVA水凝胶的合成：将PVA溶液倒入烧杯中，然后进行水浴加热，根据需制备的柔性传感器的性能确定出盐溶液的浓度，并加入该浓度的盐溶液，在完全脱气后，PVA絮状物被转移到PTFE模具中，在室温下放置，变成没有冷冻的PVA水凝胶后，再进行冷冻，最后在室温下解冻，得到冷冻的PVA水凝胶；步骤A4、柔性传感器的制备：将PVA水凝胶的两端粘贴铝箔电极，并用导线连接，得到用于检测应力变化的柔性传感器。2.根据权利要求1所述的柔性传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤A1具体为：将PVA粉末溶解在100℃去离子水中，所述PVA粉末的分子量为146,000至186,000；水解度为99+％；搅拌和加热4小时，得到PVA溶液，再超声脱气1小时后，得到澄清的PVA溶液；所述PVA溶液的重量百分比为10wt％。3.根据权利要求1所述的柔性传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤A2具体为：通过将盐溶解在去离子水中制备不同浓度的盐溶液，超声处理15分钟后，得到澄清的盐溶液；所述盐溶液为硫酸钠溶液、硫酸镁溶液、硫酸铵溶液、硫酸锂溶液或氯化钠溶液。4.根据权利要求1所述的柔性传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤A3具体为：将10mLPVA溶液倒入烧杯中，然后在100℃条件下进行水浴加热，根据需制备的柔性传感器的性能确定出盐溶液的浓度，并加入3mL该浓度的盐溶液，在完全脱气后，PVA絮状物被转移到PTFE模具中，在室温下放置24小时后，变成没有冷冻的PVA水凝胶，然后在
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20℃下冷冻，最后在室温下解冻24小时，得到冷冻的PVA水凝胶。5.基于柔性传感器的虚拟交互方法，其特征在于，该虚拟交互方法需提供电源模块、由如权利要求1
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4任一所述的柔性传感器的制备方法制备而成的柔性传感模块、稳压模块、数据采集模块及VR设备模块；该虚拟交互方法包括如下步骤：步骤B1、将所述柔性传感模块中的柔性传感器与纤维结合，采用平纹编织的方式得到可穿戴式纺织品，分别做成左手肘传感单元、右手肘传感单元、左膝盖传感单元和右膝盖传感单元，分别穿戴在左手肘、右手肘、左膝盖和右膝盖处；步骤B2、将所述电源模块、柔性传感模块中的每根柔性传感器和稳压模块依次连接成一个闭合电流回路；步骤B3、将所述数据采集模块的输入端并联在每根柔性传感器的两端，所述数据采集模块的输出端连接到VR设备模块上；步骤B4、设置电压阈值；活动手肘和膝盖部位，所述柔性传感器将人体运动的机械信号转化为电压信号，对比电压阈值与手肘和膝盖在活动前后的电压差，当电压差不大于电压阈值的n％时，n值自行设定，通过调节稳定模块中电阻的阻值大小来增大电压差，以达到电压差大于电压阈值的n％，此时固定电阻不变；步骤B5、当开始进行运动游戏时，活动手肘和膝盖部位，所述柔性传感器将人体运动的机械信号转化为电压信号，该电压信号通过数据采集模块上传到VR设备模块后，由所述VR
设备模块进行处理，根据手肘和膝盖部位的不同运动动作将对应处理后的结果转换为对应控制游戏虚拟人物的运动指令，实现虚拟现实交互。6.根据权利要求5所述的基于柔性传感器的虚拟交互方法，其特征在于，所述步骤B2具体包括：所述稳压模块包括一第一稳压单元、一第二稳压单元、一第三稳压单元和一第四稳压单元，将所述电源模块、左手肘传感单元中的每根柔性传感器和第一稳压单元用导线依次连接成一个闭合电流回路；将所述电源模块、右手肘传感单元中的每根柔性传感器和第二稳压单元用导线依次连接成一个闭合电流回路；将所述电源模块、左膝盖传感单元中的每根柔性传感器和第三稳压单元用导线依次连接成一个闭合电流回路；将所述电源模块、右膝盖传感单元中的每根柔性传感器和第四稳压单元用导线依次连接成一个闭合电流回路。7.根据权利要求5所述的基于柔性传感器的虚拟交互方法，其特征在于，所述步骤B4具...

【专利技术属性】
技术研发人员：林友辉，易佳，朱水洪，陈万能，
申请(专利权)人：厦门颐安智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：