[发明专利]一种压电柔性传感装置

权利要求书

1.一种压电柔性传感装置，其特征在于：其主体结构包括压电柔性传感器、肌电信号前处理模块、蓝牙无线发射模块、蓝牙无线接收模块、肌电信号分析处理模块、控制假肢动作模块、电极和缝合线；所述压电柔性传感装置包括内置部分和外置部分，内置部分安装在残肢肌肉表层，外置部分安装于假肢内；其中内置部分的压电柔性传感器通过缝合线固定在人体的肌肉组织表层，压电柔性传感器上表面设置有一个以上的条状结构电极，电极采集肌肉组织的肌张力电信号，压电柔性传感器将肌张力电信号通过电信息连接的方式传递给肌电信号前处理模块；肌电信号前处理模块由前置放大器、多路模拟开关、除噪声干扰的滤波器、后级放大器和单片机模数转换单元依次电信息连接组合而成，其中内置部分的前置放大器通过多路模拟开关与外置部分的滤波器电信息连接，滤波器将肌张力电信号处理后传输给后级放大器，后级放大器将肌张力电信号放大并传输给单片机模数转换单元，单片机模数转换单元将处理后的肌张力电信号转换为数字信号；肌电信号前处理模块将数字信号传输给蓝牙无线发射模块，肌电信号前处理模块与蓝牙无线发射模块电信息连接；蓝牙无线发射模块由蓝牙编码和蓝牙无线发送两个功能单元组合而成，蓝牙无线发射模块与外置部分的蓝牙无线接收模块无线信息通信；蓝牙无线接收模块由蓝牙无线接收和蓝牙解码两个功能单元组合而成，蓝牙无线接收模块将接收的信号传输给肌电信号分析处理模块，蓝牙无线接收模块与肌电信号分析处理模块电信息连接，肌电信号分析处理模块将处理后的信号传输到控制假肢动作模块，控制假肢动作模块设置有ARM 9架构 S3C2440 为核心处理器的假肢控制端，通过软件智能行为模式进行特征识别分析，将控制残肢的信号和缺失肢体的信号分开，运用缺失肢体的信号通过ARM单片机控制假肢动作，使假肢只对残肢神经指令做出反应；本装置还设置了无线能源系统为内置电路以及外置的假肢动作电路提供能源；压电柔性传感器的制备方法的基本工艺步骤为：

（1）、绘制3D图：核磁共振做残留肢体部位肌肉的造影，按照核磁结构，参照标准人体解剖肌肉组织图，绘制相应肌肉的3D图；

（2）、3D打印：将肌肉的3D图输入3D打印机，用聚乳酸PLA原材料 3D 打印相应肌肉模型，打印温度控制在180～200度之间，底板的加热温度控制在 50～65度之间，按照标准熔融沉积的3D打印机的流程，使用通常的丝状材料打印；将打印好的肌肉模型做表面平滑处理：在通风良好的区域，佩戴非乳胶类手套将肌肉模型放置于底部装有少量丙酮的密封容器内，静放2-7小时，或加温30-50min加速丙酮挥发过程，减少放置时间；

（3）、溶液喷涂：为了后面步骤中揭膜方便，在肌肉模型表面喷涂一层0.5-2wt% 聚乙烯醇溶液；

（4）、涂覆防水底层：PDMS胶体溶液是将固化物和PDMS预聚物按质量比 1:8-12的比例配置；先将上述打印的肌肉模型放入培养皿中，将PDMS胶体溶液覆盖浇注到肌肉模型上，厚度为0.3-1mm，然后将培养皿置于真空烘箱中水平放置，控温在 60-100度，烘烤 30-180min 使肌肉模型固化；

（5）、涂银胶电极：使用刷子在固化的肌肉模型上涂抹薄薄的一层 LY-16034 TedPella 银导电胶，并从边缘处连接金或银电极导线，静置1-4小时待银导电胶干透，得到下电极；

（6）、3D打印传感器：采用液态溶液浆料和3D 打印工艺实现，

先配备液态溶液浆料：在60度加热台上配备10-20 wt% PVDF-TrFE及其复合材料的二甲基甲酰胺溶液，加入2-6wt% 杜邦氟碳表面活性剂，经60-80度真空干燥5-24小时浓缩处理后得到的 PVDF-TrFE 液态溶液浆料；

再3D打印肌肉形状的压电柔性传感器，采用现有技术直接通过液态原料打印的方法，打印压电柔性传感器，其压电层厚度为10-100µm；

(7)、传感器固化：控温60度真空干燥 4-8小时固化结构，静置冷却至室温，从PLA肌肉模型上揭下压电柔性传感器；

(8)、控温退火：控温90-150度之间真空退火，退火时间5-24小时，静置冷却至室温，切除边缘多余部分，得到修整后的压电柔性传感器；

(9)、涂胶电极：将修整后的压电柔性传感器用银胶刷沿肌肉走向涂出5-7条分离的上电极，并从边缘处连接金或银电极导线，采用 LY-16034 Ted Pella 银导电胶，静置1-4小时待银导电胶干透，得到上电极；

(10)、防水封装：用质量比 1:8-12的固化物和PDMS预聚物的胶体溶液，将上述连接有上下电极的压电柔性传感器放入培养皿中，使各个上电极之间以及与下电极的引线分离开，将PDMS胶体溶液浇覆到压电柔性传感器上，厚度为 1-2mm ，待气泡全部排出后，再将培养皿至于烘箱中水平放置，控温在 60-100度烘烤 30-180min 使其固化；

(11)、压电柔性传感器电极化：根据压电材料层厚度，施加1.5-2倍矫顽场强的极化电压7000-10000V，极化时间15-40min，得产品压电柔性传感器。