[发明专利]一种脊柱和肢体关节传感系统及其控制方法

权利要求书

1.一种脊柱和肢体关节传感系统，其特征在于，所述系统包括：可穿戴自驱动传感器和信号处理组件，所述可穿戴自驱动传感器穿戴在人体脊柱或肢体关节处，通过采集人体运动产生的机械能，并将机械能转化为电能，为传感系统提供传感信号源，所述信号处理组件实时采集所述可穿戴自驱动传感器输出的电信号，并通过无线传输设备传送至移动终端进行显示。

2.如权利要求1所述的一种脊柱和肢体关节传感系统，其特征在于，所述可穿戴自驱动传感器包括：定子部、转子部和盖子部，所述定子部、转子部和盖子部自下往上同轴安装，所述盖子部，用于封装可穿戴自驱动传感器顶部，所述转子部包括：转子粘性薄膜、转子外壁、转子主体、转子柔性电路板、卷簧组件、连接轴、绳索件；所述定子部包括：定子粘性薄膜、支撑底座、摩擦介电层、螺丝、螺帽，定子柔性电路板、电位器；当所述可穿戴自驱动传感器件中所述绳索件受到外界机械应力而被拉伸或收缩时，所述转子部相对定子部发生转动。

3.如权利要求2所述的一种脊柱和肢体关节传感系统，其特征在于，所述转子粘性薄膜和所述定子粘性薄膜均为双面胶带，所述转子粘性薄膜用于将所述转子柔性电路板贴附于所述转子外壁，所述定子粘性薄膜用于将所述定子柔性电路板贴附于支撑底座内壁。

4.如权利要求2所述的一种脊柱和肢体关节传感系统，其特征在于，所述转子柔性电路板，用于制作摩擦纳米发电机的摩擦层电极，具有周期性的栅格电极结构，所述定子柔性电路板，用于制作摩擦纳米发电机的感应电极，具有周期性的叉指栅格电极结构，定子柔性电路板的叉指栅格电极总数是所述转子柔性电路板的栅格电极总数的正整数倍，所述转子柔性电路板、所述定子柔性电路板与所述摩擦介电层三者等宽对齐。

5.如权利要求2所述的一种脊柱和肢体关节传感系统，其特征在于，所述摩擦介电层，用于制作摩擦纳米发电机的摩擦层，包括各类得电子能力强的聚合物摩擦层材料，贴附在所述定子柔性电路板上或所述转子柔性电路板表面。

6.如权利要求2所述的一种脊柱和肢体关节传感系统，其特征在于，所述电位器与连接轴机械嵌入连接，用于随所述连接轴同步转动，所述连接轴、电位器、所述转子、所述定子及所述盖子同轴垂直排列，所述绳索件，缠绕于所述转子主体，一端固定于所述转子主体，另一端可沿任意方向拉伸或收缩，所述卷簧组件，用于所述绳索件拉伸和收缩时存储或释放机械能。

7.如权利要求2所述的一种脊柱和肢体关节传感系统，其特征在于，所述支撑底座内壁贴附有定子柔性电路板，支撑底座的外侧壁设置有螺丝和螺帽，所述螺丝和螺帽用于调节所述转子和所述定子的接触紧密程度，以控制输出电信号为最佳。

8.如权利要求1所述的一种脊柱和肢体关节传感系统，其特征在于，所述信号处理组件包括：信号采集模块、信号处理模块、无线通信模块和移动终端，所述信号采集模块对可穿戴自驱动传感器输出的电信号进行采集与数字化；所述信号处理模块对采集的所述电信号进行处理，得到绳索件的拉伸矢量位移信息；所述无线通信模块将所述矢量位移信息通过无线传输并发送至移动终端；所述移动终端，用于对所述矢量位移信息进行再处理、显示和存储。

9.一种脊柱和肢体关节传感系统的控制方法，其特征在于，所述方法为：

可穿戴自驱动传感器件中绳索件受到外界机械应力而被拉伸或收缩时，卷簧组件存储或释放机械能，同时摩擦介电层与柔性电路板电极组成的摩擦纳米发电机向外输出交流电信号；外机械应力包括：各种人肢体关节活动能、脊柱弯曲动能、外界物理动能和生物动能；摩擦纳米发电机输出的交流电信号包括波峰和波谷以及输出的信号波形图，用于对绳索件的拉伸位移进行计算；电位器两端的电压信号，用于对绳索件的拉伸方向进行计算分析。

10.如权利要求9所述的一种脊柱和肢体关节传感系统的控制方法，其特征在于，所述可穿戴自驱动传感器收集脊柱和肢体关节活动的生物机械能，利用所述摩擦纳米发电机原理将机械能转化成传感电信号，通过所述信号调理电路获得所述绳索件的拉伸位移；同时对所述电位器两端的电压信号进行检测，通过信号调理电路计算获得所述绳索件的拉伸位移方向；利用所述可穿戴自驱动传感器可以实现对脊柱弯曲的监测和肢体关节活动的传感。