一种应变-惯性传感器及集成方法技术

本发明专利技术公开了一种应变

【技术实现步骤摘要】
一种应变
‑
惯性传感器及集成方法


[0001]本专利技术属于可穿戴设备
，具体涉及一种应变
‑
惯性传感器及集成方法
。

技术介绍

[0002]过去几十年来，人们一直致力于开发更加友好的人机交互智能方法
。
目前广泛使用的人机交互方式，如键盘
、
鼠标
、
手柄和触摸屏等，始终让我们在与虚拟世界的交互过程中存在隔阂
。
手势是人类传递信息的重要方式，不仅灵活性高，而且可以表达丰富的信息
。
数据手套作为实现手势识别的重要方法，因其具有准确度高
、
不易受环境干扰等优点，受到研究人员的青睐
。
目前主流的数据手套设计方案有两种：基于惯性测量单元或基于柔性应变传感器
。
柔性应变传感器具有精度高
、
噪声小
、
重量轻
、
成本低
、
穿戴舒适等显著优势；惯性测量单元可以估计手部运动的加速度
、
旋转角度和空间位置
。
因此，开发一种柔性应变传感器和惯性测量单元的集成方法，对于新一代可穿戴手势识别设备的研制具有重要意义
。
[0003]目前，柔性应变传感器多基于硅胶等弹性材料基底，使用过程中直接贴敷于手部皮肤，不仅容易影响手部关节的正常运动，而且难以实现多次重复使用
。
以布基魔术贴和织物作为基底，实现柔性应变传感器的快速穿戴和重复使用，能够同时满足舒适性和适应性，符合用户的穿戴习惯
。
[0004]经过对现有技术的检索发现，中国南方科技大学
Xingyu Jiang
等人在
Science Advances,2021,7(3):eabe3778
撰文“Multilayered electronic transfer tattoo that can enable the crease amplification effect”，在聚苯乙烯
‑
丁二烯苯乙烯
(SBS)
薄膜上打印金属聚合物导体
(MPCs)
，制作了一个多层集成的电子纹身
(Electronic tattoos)
，包含
15
个应变传感器和1个加热器，可以实现
800
％的高度拉伸，在轻薄的同时具有良好的保型性和粘性，可以很好的嵌入皮肤上的折痕，实现手势识别
。
然而，该电子纹身使用时需要贴敷包裹在手背上，并嵌入皮肤的细微褶皱中，不够便利，无法快速穿戴
。
[0005]中国科学院上海微系统与信息技术研究所
Guqiao Ding
等人在
Journal of Materials Chemistry A,2020,8(29),14778
‑
14787
撰文“Conductive graphene
‑
based E
‑
textile for highly sensitive,breathable,and water
‑
resistant multimodal gesture
‑
distinguishable sensors”，开发了一种铜颗粒功能化混合石墨烯纺织品，具有优异的导电性
、
柔软性
、
透气性和耐洗刷性，并基于石墨烯纺织品的柔性传感器，实现了压力
、
应变和弯曲感应
。
然而，该款布基柔性传感器是通过缝合的方式与织物手套集成，难以重复多次使用
。
要及时适应不同用户的手部大小，调整布基应变传感器的集成位置，满足不同用户的需求仍然存在一定难度
。
[0006]CN107885335A
公开了一种基于有机柔性纤维应变传感器的动作捕捉系统，包括数据采集控制装置
、PC
机及若干个有机柔性纤维应变传感器
。
其中，所述有机柔性纤维应变传感器为核壳结构纤维，内层为敏感材料层，外层为绝缘保护层，通过编织方式嵌入可穿戴仿行编织物中
。
但是，核壳结构纤维应变传感器的直径约
0.8
～
2mm
，远大于普通织物纤维的直径，难以与普通织物布料一体化集成
。
[0007]CN112764533A
公开了一种用于手套式键盘的柔性碳系应变传感器阵列，将三组以聚二甲基硅氧烷
、Ecoflex
等可拉伸材料为衬底的柔性应变传感器，布局于聚二甲基硅氧烷
、
聚氨酯
、
丁腈橡胶
、
皮革
、
硅胶等手套上，实现手势识别
。
但是，该设计方案基于柔性应变传感器检测的关节弯曲度还原手势，仅能识别有限种静态手势，无法估计手的空间位置，也无法获取手指运动时的加速度和旋转角度，进而还原精细的手指运动
。
[0008]综上所述，可穿戴手势识别设备的研发目前仍面临两个主要问题：
1、
缺少柔性应变传感器和惯性测量单元的一体化集成方法；
2、
缺少以织物为基底，易与普通衣物手套快速集成和分离的柔性应变传感器
。
因此，快速制备以织物和魔术贴为基底的柔性应变传感器，并将其与惯性测量单元一体化可靠集成，以识别精细手指或身体其他关节运动状态，具有非常重要的实用价值和创新意义
。
可有效提高柔性应变传感器在衣物表面的便携穿脱，并与惯性测量单元一体化配合使用的能力
。

技术实现思路

[0009]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种应变
‑
惯性传感器及集成方法，第一步将液态硅胶刮涂至导电织物表面，之后对其加热烘干，等待液态硅胶渗入导电织物并半固化；第二步将惯性测量单元焊接在以聚酰亚胺薄膜为基底的柔性电路上，并将其放置于半固化液态硅胶上压紧；第三步，在柔性电路和半固化的液态硅胶表面继续刮涂液态硅胶，将柔性电路完全包裹；第四步等待上半层的液态硅胶处于有较大粘性的半固化状态时，将其与布基勾面导电魔术贴的背面粘接，最后加热固化成型，得到应变
‑
惯性传感器
。
该方法对于快速制备以织物和魔术贴为基底的柔性应变传感器，并将其与惯性测量单元一体化可靠集成，以识别精细手指或身体其他关节运动状态，具有非常重要的实用价值和创新意义
。
可有效提高柔性应变传感器在衣物表面的便携穿脱，并与惯性测量单元一体化配合使用的能力
。
[0010]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：
[0011]一种应变
‑
惯性传感器，包括导电织物
1、
介质层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种应变
‑
惯性传感器，其特征在于，包括导电织物
、
介质层
、
惯性测量单元
、
柔性电路和导电魔术贴；从上向下依次为导电织物
、
介质层和导电魔术贴；导电织物和导电魔术贴作为电极，与介质层一起构成布基魔术贴应变传感器；所述导电织物为布料与金属聚合物导体或金属微粒结合制成；所述惯性测量单元焊接在柔性电路上；所述介质层采用弹性材料作为基底，完全包裹惯性测量单元和柔性电路；所述导电魔术贴包括勾面基底
、
勾面和毛面；所述勾面基底与介质层粘合；所述勾面与勾面基底为一体；所述毛面设置在布基魔术贴应变传感器之外，在使用时与勾面粘合
。2.
根据权利要求1所述的一种应变
‑
惯性传感器，其特征在于，所述导电织物是通过电解电镀或金属镀膜或金属包覆方法使普通布料与金属聚合物导体或金属微粒结合制成
。3.
根据权利要求1所述的一种应变
‑
惯性传感器，其特征在于，所述弹性材料为聚二甲基硅氧烷
PDMS、
聚氨酯
TPU、
聚偏氟乙烯
PVDF
或聚萘酯
PEN。4.
根据权利要求1所述的一种应变
‑
惯性传感器，其特征在于，所述惯性测量单元为
ADIS
系列
、LPMS
‑
CURS3
系列
、BMX055、MPU
‑
9250
或
LSM9DS0
的6轴或9轴芯片模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉博文，王炫棋，梁泽凯，郭珺，常洪龙，申强，高山，邵典，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：