CN104873200A - 一种用于检测人体运动的柔性传感器及制备方法 - Google Patents

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张跃
王中林
廖庆亮
衣芳
林龙
牛思淼
杨伯康
王兆娜
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Abstract

本发明涉及一种用于检测人体运动的柔性传感器及其制备方法，其中该柔性传感器包括柔性聚合物层和电极层，柔性聚合物层置于电极层上面。本发明中柔性聚合物层和电极层在接触摩擦后分别带有电荷量相同但极性相反的摩擦电荷，通过应用柔性聚合物层的拉伸和回缩而引起电极层电势发生变化，从而驱动电子在电极层和地电极之间往复流动，产生电信号。这种柔性传感器可以用来检测人体的运动，具有制备方法简单、成本低廉、尺寸任意可调、易于携带、检测精度高等优点，并且其可对人体的运动进行实时监测，在医疗诊治、体育运动、安全防护等领域具有很大的应用前景。

Description

一种用于检测人体运动的柔性传感器及制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测人体运动的柔性传感器及制备方法，在医疗诊治、体育运动、安全防护等领域具有广泛的应用前景。
背景技术
人体运动传感器可以用来检测人的身体的各种运动，如呼吸运动，关节运动等，从而在医疗诊治、体育健身以及安全防护等领域有着重要的应用。目前的人体运动传感器有基于光学传感的人体运动传感器、基于红外传感的人体运动传感器器以及基于压力传感的人体运动传感器等等。这些人体运动传感器按照实现方式可分为直接式和间接式。直接式人体运动传感器包括基于光学传感的人体运动传感器和基于红外传感的人体运动传感器。由于受设备安装和辐照安全等因素的限制，很多直接式人体运动传感器的应用只能限于实验室中。间接式人体运动传感器，如基于压力传感的人体运动传感器，是通过对人体运动检测而取得的电信号进行分析而得到人的运动信息。
然而，以上所述运动传感器或多或少存在一些劣势。首先，大部分上述器件本身会消耗能源，需要外界持续提供能源，而且很多时候供能采用的是电池，这就带来了更换电池的麻烦。其次，监测设备复杂，有些人体运动传感器需要很多额外的附件，体积大而且笨重。这些劣势都大大限制了它们的实际应用。
发明内容
本发明提出一种用于检测人体运动的柔性传感器及其制造方法，该柔性传感器用于检测人体的运动，柔性好，可随意弯折、拉伸或压缩，制备简单，可随身携带，并且可对人体的运动，如呼吸运动以及关节运动等进行实时检测。
为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：
    一种用于检测人体运动的柔性传感器，所述柔性传感器用于检测人体运动，所述柔性传感器由柔性好的材料构成，可随意弯折、拉伸或压缩。
    进一步的，所述柔性传感器包括：柔性聚合物层和电极层，所述柔性聚合物层设置于所述电极层上表面。
    进一步的，所述柔性聚合物层的材料包括：硅橡胶、丁腈橡胶、柔性树脂或其他柔性好且可拉伸或者伸缩的绝缘材料。
    进一步的，所述电极层的材料包括：铝箔、铜箔、表面镀铝的柔性薄膜、表面镀铜的柔性薄膜、表面镀铝掺氟氧化锡（FTO）的柔性薄膜和表面镀氧化铟锡（ITO）的柔性薄膜。
    一种用于检测人体运动的柔性传感器的制造方法，包括如下步骤：
   a. 将厚度为200微米的柔性硅橡胶薄膜裁剪为任意尺寸，制成柔性聚合物层；
   b. 将厚度为50微米的铝箔裁剪成小于或者等于柔性聚合物层尺寸，制成电极层；
   c. 将得到的柔性聚合物层和电极层依次在乙醇、去离子水中超声清洗二十分钟，烘干；
   d. 将柔性聚合物层置于电极层上面；
   e．将电极层连接导线，即得到柔性传感器。
    进一步的，所述硅橡胶可替换为丁腈橡胶、柔性树脂或其它柔性好且可伸缩或者拉伸的绝缘材料。
进一步的，所述铝箔可替换为铜箔、表面镀铝的柔性薄膜、表面镀铜的柔性薄膜、表面镀铝掺氟氧化锡（FTO）的柔性薄膜或表面镀氧化铟锡（ITO）的柔性薄膜。
本发明所提出的用于检测人体运动的柔性传感器具有制备方法简单、成本低廉、尺寸任意可调、易于携带、检测精度高等优点，并且其可对人体的运动进行实时监测，在医疗诊治、体育运动、安全防护等领域具有很大的应用前景。
附图说明
图1 为用于检测人体运动的柔性传感器的结构示意图；
图2 为用于检测人体运动的柔性传感器的工作原理示意图；
图3 为用于检测人体运动的柔性传感器检测腹式呼吸时的示例图；
图4为用于检测人体运动的柔性传感器检测关节运动时的示例图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
 相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
 如图1、图2所示，一种用于检测人体运动的柔性传感器，所述柔性传感器用于检测人体运动，由柔性好的材料构成，可随意弯折、拉伸或压缩，所述柔性传感器包括：柔性聚合物层1和电极层2，所述柔性聚合物层1设置于所述电极层2上表面，所述柔性聚合物层1由可拉伸或者压缩而且绝缘性好的柔性材料构成，所述柔性聚合物层1材料包括：硅橡胶、丁腈橡胶、柔性树脂或其他柔性好且可拉伸或压缩的绝缘材料，所述电极层2的材料包括：铝箔、铜箔、表面镀铝的柔性薄膜、表面镀铜的柔性薄膜、表面镀铝掺氟氧化锡（FTO）的柔性薄膜，表面镀氧化铟锡（ITO）的柔性薄膜。该柔性传感器的柔性聚合物层1和电极层2在接触摩擦后分别带有电荷量相同但极性相反的摩擦电荷，通过应用柔性聚合物层1的拉伸和回缩而引起电极层2电势发生变化，从而驱动电子在电极层2和地电极之间往复流动，产生电信号。从固定在人体上的柔性传感器所测得的电信号中，可以获得人体运动的信息，如关节运动和呼吸运动的幅度和频率等等。
 检测时，将所述柔性传感器用粘贴或捆绑等方式固定于人的身体部位，如腹部、关节。器件的尺寸可以根据实际情况进行裁剪。当柔性聚合物层1和电极层2接触之后，由于摩擦效应，柔性聚合物层1的表面会带负电荷而电极层2的表面会带正电荷。当柔性聚合物层1和电极层2紧密接触时，柔性聚合物层表面因为摩擦而产生的负电荷和电极层表面因为摩擦而产生的正电荷互相抵消， 此时柔性聚合物层1和电极层2之间没有电子的转移和电信号的产生。当人体腹式呼吸或者关节运动时，柔性聚合物层1将会相应地发生拉伸或收缩。由于静电诱导效应，电极层2和地电极之间的电势差将产生变化，该电势差的变化驱动电子在电极层2和地电极之间往复流动，这样在测量设备中将能够收集到开路电压信号或者交变的短路电流信号。从测得的开路电压信号或者短路电流信号的频率，可以得到人体腹式呼吸或者关节运动的频率，而通过测得的开路电压信号或者短路电流信号的输出值的大小变化，可以得到人体腹式呼吸或关节运动的运动幅度的变化。
   一种用于检测人体运动的柔性传感器的制备方法，所述方法步骤如下：
   a. 将厚度为200微米的硅橡胶裁剪为任意尺寸，制成柔性聚合物层1；
   b. 将厚度为50微米的铝箔裁剪成小于或等于柔性聚合物层1尺寸，制成电极层2；
   c. 将得到的柔性聚合物层1和电极层2依次在乙醇、去离子水中超声清洗二十分钟，烘干；
   d. 将柔性聚合物层1置于电极层2上面；
   e．将电极层2连接导线，即得到柔性传感器。
 所述方法中步骤按顺序进行，该方法工艺简单、操作方便、而且器件尺寸可以根据实际需要进行任意裁剪。
 制作柔性聚合物层1的材料并不限于上述硅橡胶，还可以使用丁腈橡胶、柔性树脂或其它柔性好且可拉伸或压缩的绝缘材料。
 制作电极层2的材料并不限于使用铝箔，也可使用铜箔、表面镀铝的柔性薄膜、表面镀铜的柔性薄膜、表面镀铝掺氟氧化锡（FTO）的柔性薄膜或表面镀氧化铟锡（ITO）的柔性薄膜等。
 本发明所提出的用于检测人体运动的柔性传感器具有制备方法简单、成本低廉、尺寸任意可调、易于携带、检测精度高等优点，柔性好，可随意弯折、拉伸或压缩，其可对人体的运动进行实时监测，在医疗诊治、体育运动、安全防护等领域具有很大的应用前景。

Claims (7)

1.一种用于检测人体运动的柔性传感器，所述柔性传感器用于检测人体运动，其特征在于：所述柔性传感器由柔性好的材料构成，可随意弯折、拉伸或压缩。
2.根据权利要求1所述的用于检测人体运动的柔性传感器，其特征在于，所述柔性传感器包括：柔性聚合物层和电极层，所述柔性聚合物层设置于所述电极层上表面。
3.根据权利要求2所述的用于检测人体运动的柔性传感器，其特征在于，所述柔性聚合物层的材料包括：硅橡胶、丁腈橡胶、柔性树脂或者其他柔性好且可拉伸或压缩的绝缘材料。
4.根据权利要求2所述的用于检测人体运动的柔性传感器，其特征在于，所述电极层的材料包括：铝箔、铜箔、表面镀铝的柔性薄膜、表面镀铜的柔性薄膜、表面镀铝掺氟氧化锡（FTO）的柔性薄膜和表面镀氧化铟锡（ITO）的柔性薄膜。
5.一种用于检测人体运动的柔性传感器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
   a. 将厚度为200微米的硅橡胶裁剪为任意尺寸，制成柔性聚合物层；
   b. 将厚度为50微米的铝箔裁剪成小于或者等于柔性聚合物层尺寸，制成电极层；
   c. 将得到的柔性聚合物层和电极层依次在乙醇、去离子水中超声清洗二十分钟，烘干；
   d. 将柔性聚合物层置于电极层上面；
   e．将电极层连接导线，即得到柔性传感器。
6.根据权利要求5所述的用于检测人体运动的柔性传感器的制造方法，其特征在于，所述硅橡胶可替换为丁腈橡胶、柔性树脂或其它柔性好并且可拉伸或压缩的绝缘材料。
7.根据权利要求5所述的用于检测人体运动的柔性传感器的制造方法，其特征在于，所述铝箔可替换为铜箔、表面镀铝的柔性薄膜、表面镀铜的柔性薄膜、表面镀铝掺氟氧化锡（FTO）的柔性薄膜或表面镀氧化铟锡（ITO）的柔性薄膜。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105511769A (zh) * 2015-12-09 2016-04-20 广东欧珀移动通信有限公司 手握传感器、控制装置及电子装置
CN105738015A (zh) * 2016-02-01 2016-07-06 上海交通大学 一种电阻式薄膜拉力传感器及其制备方法
CN106549598A (zh) * 2016-12-09 2017-03-29 北京科技大学 可拉伸电磁屏蔽摩擦发电机及其制备工艺
CN106725887A (zh) * 2016-11-30 2017-05-31 华中科技大学 一种制备柔性呼吸传感器的方法
CN106738953A (zh) * 2016-11-30 2017-05-31 华中科技大学 一种制备可拉伸呼吸探测材料的方法
WO2017088573A1 (zh) * 2015-11-26 2017-06-01 苏州明动新材料科技有限公司 一种柔性可穿戴干电极及其制备方法
CN112494280A (zh) * 2020-10-26 2021-03-16 上海大学 一种基于摩擦电的智能运动感知安全带

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100213789A1 (en) * 2009-02-26 2010-08-26 Yasushi Igarashi Electrostatic drive mems element and method of producing the same
CN103354429A (zh) * 2013-03-12 2013-10-16 国家纳米科学中心 一种滑动摩擦纳米发电机及发电方法
CN103368449A (zh) * 2013-01-28 2013-10-23 国家纳米科学中心 一种滑动摩擦纳米发电机
CN103777803A (zh) * 2013-08-12 2014-05-07 国家纳米科学中心 一种单电极触摸传感器及其制备方法
JP5506157B2 (ja) * 2008-02-25 2014-05-28 東海ゴム工業株式会社 体動検出装置
CN104242723A (zh) * 2013-06-13 2014-12-24 国家纳米科学中心 单电极摩擦纳米发电机、发电方法和自驱动追踪装置
CN104253561A (zh) * 2013-06-25 2014-12-31 国家纳米科学中心 滑动摩擦发电机、发电方法以及矢量位移传感器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5506157B2 (ja) * 2008-02-25 2014-05-28 東海ゴム工業株式会社 体動検出装置
US20100213789A1 (en) * 2009-02-26 2010-08-26 Yasushi Igarashi Electrostatic drive mems element and method of producing the same
CN103368449A (zh) * 2013-01-28 2013-10-23 国家纳米科学中心 一种滑动摩擦纳米发电机
CN103354429A (zh) * 2013-03-12 2013-10-16 国家纳米科学中心 一种滑动摩擦纳米发电机及发电方法
CN104242723A (zh) * 2013-06-13 2014-12-24 国家纳米科学中心 单电极摩擦纳米发电机、发电方法和自驱动追踪装置
CN104253561A (zh) * 2013-06-25 2014-12-31 国家纳米科学中心 滑动摩擦发电机、发电方法以及矢量位移传感器
CN103777803A (zh) * 2013-08-12 2014-05-07 国家纳米科学中心 一种单电极触摸传感器及其制备方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017088573A1 (zh) * 2015-11-26 2017-06-01 苏州明动新材料科技有限公司 一种柔性可穿戴干电极及其制备方法
CN105511769A (zh) * 2015-12-09 2016-04-20 广东欧珀移动通信有限公司 手握传感器、控制装置及电子装置
CN105738015A (zh) * 2016-02-01 2016-07-06 上海交通大学 一种电阻式薄膜拉力传感器及其制备方法
CN105738015B (zh) * 2016-02-01 2018-06-08 上海交通大学 一种电阻式薄膜拉力传感器及其制备方法
CN106725887A (zh) * 2016-11-30 2017-05-31 华中科技大学 一种制备柔性呼吸传感器的方法
CN106738953A (zh) * 2016-11-30 2017-05-31 华中科技大学 一种制备可拉伸呼吸探测材料的方法
CN106738953B (zh) * 2016-11-30 2019-04-12 华中科技大学 一种制备可拉伸呼吸探测材料的方法
CN106549598A (zh) * 2016-12-09 2017-03-29 北京科技大学 可拉伸电磁屏蔽摩擦发电机及其制备工艺
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