【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于摩擦电传感器，尤其涉及基于可降解玉米叶的摩擦电传感运动监测装置及方法。
技术介绍
1、人工智能(ai)和物联网(iot)技术的进步为消费电子产品的改进做出了重大贡献，最典型的应用场景是可穿戴电子产品，特别是与智能运动相关的大数据收集，可穿戴电子产品集成了先进的传感器和数据分析算法，实现活动的准确跟踪和记录，令人体状况的实时分析成为可能，为个性化健康监测和运动训练提供了前所未有的机会。然而，传统穿戴设备需要额外的电力设备供电，并且需要定期更换或充电，给用户带来不便的同时，也增加资源消耗和废物处理的压力。
2、摩擦电纳米发电机(triboelectric nanogenerator,teng)是一种同时具有能量收集和自供电传感的新型器件，利用接触通电和静电感应的耦合效应，从环境中收集低频机械能，转化为电能，不仅可以作为传感器采集信号，还可以作为自供电电源，能够充分利用环境中的可再生能源，包括风能、水力、动能等，为传感器设备提供稳定可靠的电力，减少对传统电池的依赖，降低了资源消耗与环境污染，同时具有成本效益高、转换效率高、轻便便携、结构简单、环保、可用性广等优点，为下一代可穿戴电子产品带来了新的活力和扩展的可能性。
3、现有技术中teng的摩擦材料大多使用不可降解的合成聚合物制作而成，例如聚氯乙烯等，废弃后的teng设备还是会对环境造成污染。因此，迫切需要开发一种天然的生物材料，为环境友好型可穿戴电子产品提供制作基础。
技术实现思路
1、针对现有技术
2、基于可降解玉米叶的摩擦电传感运动监测装置，包括环形主体、自供电传感模块、数据传输模块和数据分析模块。
3、所述环形主体为具有弹性的纺织品制成。所述自供电传感模块包括多个分布在环形主体外周围的可生物降解摩擦电纳米发电机(naturally biodegradable teng，nb-teng)传感器，通过采集人体运动产生的机械能，输出多通道传感信号。所述数据传输模块设置在环形主体外周围与nb-teng传感器不重叠的位置，接收自供电传感模块输出的多通道传感信号并通过无线传输的方式发送到数据分析模块。所述数据分析模块根据数据传输模块发送的多通道传感信号，利用神经网络学习不同人体动作对应的特征，输出人体动作。
4、作为优选，所述自供电传感模块包括3个nb-teng传感器，其中第一、第二nb-teng传感器之间的夹角为180°，第三nb-teng传感器与第一、第二nb-teng传感器之间的夹角为90°。
5、所述nb-teng传感器为垂直接触分离模式，其摩擦层为大小相等的玉米苞片叶片和聚四氟乙烯(ptfe)薄膜，其中玉米苞片叶片的光滑面与聚四氟乙烯薄膜一面相对，玉米苞片叶片的粗糙面与聚四氟乙烯薄膜的另一面与导电电极相连，并固定在环状支撑架上。导电电极通过导线与数据传输模块相连。
6、作为优选，玉米苞片叶片的光滑面与聚四氟乙烯薄膜的间距为1cm。
7、作为优选，玉米苞片叶片与聚四氟乙烯薄膜的大小为3cm×6cm。
8、作为优选，所述环状支撑架由聚酰亚胺薄膜制成。
9、基于可降解玉米叶的摩擦电传感运动监测方法，具体包括以下步骤：
10、步骤1、通过环形主体将所述运动监测装置穿戴在需要进行运动监测的位置。
11、步骤2、收集不同动作对应的nb-teng传感器输出的传感信号。
12、步骤3、将步骤2收集到的传感信号进行采样降噪后，作为样本数据，人工标注对应的动作作为标签数据。然后输入神经网络进行训练。
13、步骤4、将人体运动时nb-teng传感器输出的传感信号输入步骤3训练后的神经网络中，输出对应的动作类型。
14、作为优选，所述步骤2中使用nb-teng传感器收集标准运动动作对应的传感信号。所述步骤4中，神经网络输出人体运动是否为标准运动动作。
15、本专利技术具有以下有益效果：
16、1、利用teng技术，将人体运动时的机械能转换为电能，使传感器具有提供采集电压信号功能。同时，使用可降解的天然材料玉米苞片叶片作为摩擦层，进一步降低了装置废弃后对环境造成的污染，减少了对可持续发展的负面影响。
17、2、设置多个nb-teng传感器分布在环形主体周围，同时采集多个通道的传感信号，不仅可以提高运动监测的准确性和多样性，并且可以根据需求，灵活变更监测的运动形式。其中环形主体采用弹性纺织品制成，同样可以适应不同位置的穿戴需求，提高整个设备的适用范围，扩宽了应用场景。
18、3、通过神经网络的学习和训练，可以对不同人体动作对应的传感信号特征进行识别和分析，输出准确的人体动作结果。通过调整不同的学习和训练目标，也可以完成不同的分析工作。
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1.基于可降解玉米叶的摩擦电传感运动监测装置，其特征在于：包括环形主体、自供电传感模块、数据传输模块和数据分析模块；
2.如权利要求1所述基于可降解玉米叶的摩擦电传感运动监测装置，其特征在于：所述自供电传感模块包括3个NB-TENG传感器，其中第一、第二NB-TENG传感器之间的夹角为180°，第三NB-TENG传感器与第一、第二NB-TENG传感器之间的夹角为90°。
3.如权利要求1所述基于可降解玉米叶的摩擦电传感运动监测装置，其特征在于：玉米苞片叶片的光滑面与聚四氟乙烯薄膜的间距为1cm。
4.如权利要求1所述基于可降解玉米叶的摩擦电传感运动监测装置，其特征在于：玉米苞片叶片与聚四氟乙烯薄膜的大小为3cm×6cm。
5.如权利要求1所述基于可降解玉米叶的摩擦电传感运动监测装置，其特征在于：所述环状支撑架由聚酰亚胺薄膜制成。
6.如权利要求1所述基于可降解玉米叶的摩擦电传感运动监测装置，其特征在于：所述环形主体为具有弹性的纺织品制成。
7.基于可降解玉米叶的摩擦电传感运动监测方法，其特征在于：使用如权利要
8.如权利要求7所述基于可降解玉米叶的摩擦电传感运动监测方法，其特征在于：将环状主体穿戴在颈部，采集颈部向不同方向倾斜时自供电传感模块输出的传感信息，判断颈部的倾斜方向与角度。
9.如权利要求7所述基于可降解玉米叶的摩擦电传感运动监测方法，其特征在于：所述步骤2中使用NB-TENG传感器收集标准运动动作对应的传感信号；所述步骤4中，神经网络输出人体运动是否为标准运动动作。
10.如权利要求9所述基于可降解玉米叶的摩擦电传感运动监测方法，其特征在于：将环状主体穿戴在颈部，采集佩戴者在高尔夫运动的挥杆过程中自供电传感模块输出的传感信息，判断挥杆过程中头部运动幅度。
...【技术特征摘要】
1.基于可降解玉米叶的摩擦电传感运动监测装置，其特征在于：包括环形主体、自供电传感模块、数据传输模块和数据分析模块；
2.如权利要求1所述基于可降解玉米叶的摩擦电传感运动监测装置，其特征在于：所述自供电传感模块包括3个nb-teng传感器，其中第一、第二nb-teng传感器之间的夹角为180°，第三nb-teng传感器与第一、第二nb-teng传感器之间的夹角为90°。
3.如权利要求1所述基于可降解玉米叶的摩擦电传感运动监测装置，其特征在于：玉米苞片叶片的光滑面与聚四氟乙烯薄膜的间距为1cm。
4.如权利要求1所述基于可降解玉米叶的摩擦电传感运动监测装置，其特征在于：玉米苞片叶片与聚四氟乙烯薄膜的大小为3cm×6cm。
5.如权利要求1所述基于可降解玉米叶的摩擦电传感运动监测装置，其特征在于：所述环状支撑架由聚酰亚胺薄膜制成。
6.如权利要求1所述基于...
【专利技术属性】
技术研发人员：楚亮，张艳红，毛羽鹏，孙丰鑫，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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