[实用新型]一种可拉伸柔性传感器及其形变检测电路

说明书

本实用新型公开了一种可拉伸柔性传感器及其形变检测电路，可拉伸柔性传感器设置于可穿戴物品中、供使用者穿着；其包括一电极电介质结构，所述电极电介质结构包括两电极层以及用于分开该两电极层并在电极层上提供电容的一电介质层，所述电极层包括一个或多个电极，所述电介质层包括一个或多个电介质；相邻的两电极相互连接且构成Z字形设置于可拉伸弹性织物上；当其发生弹性拉伸形变时，其电极电介质结构的电容和/或电阻、电感变化可引起充放电信号波形的对应变化。形变检测电路，对所述可拉伸柔性传感器发生形变时的电容和/或电阻、电感变化所引起的在检测电路中充放电信号波形的变化进行感测，进行使用者运动状态数据的感知和采集。

技术领域

本实用新型涉及柔性传感器检测技术领域，特别涉及一种可拉伸柔性传感器及其形变检测电路。

背景技术

较大幅度人体运动的数字化数据采集与分析，在运动、健康和健身、医疗、人机界面和娱乐行业中都具有广泛的应用价值。

目前，诸如采用基于主要应用于电机、机械制造等其他行业中的应变传感器以及其他非柔性传感器等来适配人体运动测量的方案中，多采用刚性材料，并且具有高硬度，低应变能力等特性。这与测量人体的运动时，通常需要传感器具备低硬度，高应变特性来减小佩戴者在运动种的障碍感的需求存在明显的不匹配。同时这也增加了成本和测量系统的复杂性。

另一方面，基于结构光学和机器视觉分析的方案也伴随着近年来人工智能在图像和视觉处理领域的快速发展而逐渐流行起来，但这类方案通常需要昂贵的摄像机设置和复杂的光学结构设计并配合大量的人体建模算法实现，这使得视觉的方案在识别范围、实时性、成本、甚至特定角度位置的识别率上都有明显的不足，而且存在极大的隐私风险。还有基于惯性传感器的方案单独或少了使用时可避免部分基于刚性形变的传感器耦合到像人体这样的柔软和柔性结构的障碍感，并且提供了关于动态运动的出色反馈，但当进行覆盖全身3D的多点监测时，还是无法彻底解决佩戴的舒适感这一问题，且不能给出慢速运动或静态位置的良好近似。

近年来，基于柔性导电聚合物类型的传感器由于与人体和可拉伸织物的机械性能匹配极佳，成为应用于穿戴领域的新选择，这类传感器根据感应类型可分为电阻型和电容型传感器。其中，电阻型传感器具有制造工艺简单，成本低等特性，但对环境参数(例如温度和湿度)有较高度敏感，并且由于时间，应变速率和操作循环次数而具有其输出值漂移等缺陷。电容型传感器是另一种类型的软质聚合物传感器，它们具有良好的机械性能，并具有明显更高的可重复性和对环境因素的低敏感度等特性。然而电容型传感器的制造工艺相对更为复杂，增加了成本，同时由于电极是基于导电聚合物所以同样具有复杂的电阻特性耦合，需要配合软件算法来分离耦合电阻特性，这也显著降低了传感器的实时性并大幅降低了信噪比。

现有技术中，申请号为201611107156.5的中国发明专利公开了一种柔性传感器的检测装置及方法。该装置包括：压力控制系统，包括压力控制器及微泵，安装在样品池与储液器的液体输送管路中；样品池上方有由柔性传感器与可延展基膜构成的可延展复合膜的安装口；二维移动系统，包括放置样品池的二维载物台及步进电机；显微成像测量系统，包括可升降调节的显微镜头，装在样品池正上方；数据处理系统，根据二维载物平台及显微镜头的位移数据，输出可延展复合膜在不同压力情况下不同位置的轮廓曲线以及曲线的曲率，获得曲线与压力的关系。上述实用新型在一定程度上解决了现有技术不能从整体和细节上检测柔性传感器在不同压力下形变情况的不足。

上述发明提供了一种柔性传感器的检测方法，传感器的检测过程中需要通过采用载物台以及显微镜，通过二维载物台配合显微镜头扫描薄膜外形轮廓，由微泵与压力控制器线性改变并稳定保持可延展复合薄膜受到的压力，观察柔性可延展复合薄膜的变形情况，从而给出被观测点的相应空间坐标，最终由计算机处理得到柔性可延展复合薄膜在不同压力下的轮廓曲线及曲率半径。