[发明专利]一种仿蜘蛛柔性低频振动传感器

说明书

本发明提供了一种仿蜘蛛柔性低频振动传感器，该传感器同时具有纤毛结构和裂纹结构。在外界物理信号刺激下，所述纤毛结构发生弯曲变形，在纤毛结构根部产生应力集中，使所述裂纹结构发生变形，引起导电层的电阻变化，从而将外界物理信号转化为电信号。本发明的传感器具有柔性好、可重复性好、静态应变灵敏度高、低频振动响应优异等特点，在生物健康检测、地震灾害预警等领域有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及柔性传感器的技术领域，具体是一种仿蜘蛛柔性低频振动传感器。

技术背景

近年来，机器人、假肢和个人健康监测等领域对柔性电子器件的需求呈指数级增长。科学家模仿人体皮肤的传感特性，研制出了各种高灵敏度、高可靠性的柔性应变传感器，并将其用于可穿戴设备，实现对脉搏、心跳、呼吸等人体运动和健康相关信号的监测。一些新型柔性传感器还可以同时探测物体表面粗糙度、气体流速等信号，功能上逐渐接近人体皮肤的感知能力。

此外，振动信号的监测也非常重要。特别是开发可监测人体运动和环境中振动信号的柔性传感器，对保障人体健康、安全具有重要意义。例如，可利用柔性振动传感器监测老年人的日常活动情况，可识别正常走路与意外摔倒情况，进而在发生意外时提供及时的救助。另外，地震所产生的纵波通常比破坏性横波早几秒或几十秒到达，如佩戴具有地震波检测能力的振动传感器，可以为人们提供地震预警信号。现有的振动传感器多采用刚性材料(中国专利：CN104062632A、CN102252747A)，且结构复杂，不适合作为可穿戴设备，因此开发新型柔性振动传感器具有重要的意义。

在生物进化过程中，许多动物可通过毛细胞感知外界环境的刺激信号。受到毛细胞结构的启发，人们已经开发出了多种柔性纤毛传感器，可应用于机器人、智能车辆和其他智能系统，实现对压力、气流、水流等信号的检测。如李元庆等人发明了“一种磁、力纤毛仿生传感器及其制备方法”(中国专利：CN107036657A)，Chen Chia-Yuan等人发明了“一种磁性驱动人造纤毛的制备方法”(美国专利：US2015097317)，但这些柔性纤毛传感器大都不能用于振动信号的探测。蜘蛛是世界上对振动信号最为敏感的生物之一，其听觉系统中不但存在纤毛结构，而且存在独特的裂纹结构，这两种结构的共同作用导致蜘蛛对振动信号异常敏感。因此，通过对蜘蛛听觉系统进行仿生，有望获得高灵敏度的振动传感器。

发明内容

发明目的：本发明在于提供一种仿蜘蛛柔性低频振动传感器，能够测量人体运动以及地震等引起的低频振动信号，实现人体健康监测和地震等灾害预警。

发明内容：本发明提供一种仿蜘蛛柔性低频振动传感器，传感器由柔性基底、导电层、纤毛结构、裂纹结构和一对电极构成；其中，柔性基底的一面具有纤毛结构，所述柔性基底的具有纤毛结构的一面同时具有导电层，所述导电层上预制有裂纹结构，一对电极位于导电层两端。

在外界物理信号刺激下，所述纤毛结构发生弯曲变形，在纤毛结构根部产生应力集中，使所述裂纹结构发生变形，引起所述导电层的电阻变化，从而检测到所述外界物理信号。