CN117128848B - 基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器，包括：铁磁性薄膜，包括含有空气间隙的裂纹，裂纹根据被测对象发生的应变，以使空气间隙放大或缩小，从而使铁磁性薄膜的磁阻发生变化；柔性线圈薄膜，与铁磁性薄膜粘接，柔性线圈薄膜包括：柔性线圈，柔性线圈的电感随着铁磁性薄膜的磁阻的变化而变化，其中，测量得到的电感值用于表征磁场在空间的积分量，磁场基于柔性线圈的变形以及因磁阻发生变化而产生，电感值用于测量被测对象的曲率，能够精确测量被测对象的曲率，实现弯曲角度和弯曲方向的同时测量，制作简单，灵敏度高，性能稳定可靠，迟滞低，能应用于软体机器人感知、可穿戴运动检测等领域。
Description
技术领域
本发明涉及电感传感器的技术领域，更具体地，涉及一种基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器。
背景技术
弯曲曲率传感在可穿戴传感系统中检测人类活动有着重要的意义，提供着人类或者软体机器人身体姿态的本体感知的信息，对于软体机器人的操作和交互响应至关重要。
目前，关于弯曲传感器，有电阻式、电容式、光学式、磁场式的传感器等等，这些传感器中大多数是利用物体本身的应变来进行曲率的测量，这些非直接测量方式往往容易被安装位置干扰测量结果，同时有着复杂性能表现的粘弹性基底材料，而且大部分传感器只能进行弯曲角度的测量，并不能进行弯曲方向的判定。应用较多的有布拉格光纤光栅传感，但是它的光学和电学系统比较复杂限制了它的应用。
发明内容
为解决现有技术中的所述以及其他方面的至少一种技术问题，本发明实施例提供一种基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器，能够精确测量被测对象的曲率，实现弯曲角度和弯曲方向的同时测量，制作简单，灵敏度高，性能稳定可靠，迟滞低，能应用于软体机器人感知、可穿戴运动检测等领域。
本发明提供了一种基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器，包括：
铁磁性薄膜，包括含有空气间隙的裂纹，上述裂纹根据被测对象发生的应变，以使上述空气间隙放大或缩小，从而使上述铁磁性薄膜的磁阻发生变化；
柔性线圈薄膜，与上述铁磁性薄膜粘接，上述柔性线圈薄膜包括柔性线圈，上述柔性线圈的电感随着上述铁磁性薄膜的磁阻的变化而变化，其中，测量得到的电感值用于表征磁场在空间的积分量，上述磁场基于上述柔性线圈的变形以及因上述磁阻发生变化而产生，上述电感值用于测量上述被测对象的曲率。
可选地，上述电感的变化由上述铁磁性薄膜的上述空气间隙的平均值变化从而引起的等效磁阻变化确定。
可选地，上述铁磁性薄膜包括：弹性膜，设置在上述铁磁性薄膜上，上述弹性膜适用于密封保护上述铁磁性薄膜的颗粒或者碎片。
可选地，上述铁磁性薄膜还包括：粘接层，设置在上述铁磁性薄膜和上述柔性线圈薄膜之间，上述粘接层适用于粘连上述铁磁性薄膜和上述柔性线圈薄膜。
可选地，上述柔性线圈薄膜贴附于上述被测对象的表面，通过上述被测对象发生的应变，从而引起上述柔性线圈的电感发生变化，以实现对上述被测对象的曲率的测量。
可选地，上述双向弯曲传感器嵌入上述被测对象内，通过上述被测对象发生的应变，从而引起上述柔性线圈的电感发生变化，以实现对上述被测对象的曲率的测量。
可选地，上述被测对象为非磁性的绝缘对象。
可选地，上述柔性线圈薄膜为一层或多层。
可选地，上述柔性线圈为固态导体的电感线圈、液态金属的电感线圈、嵌入织物的平面电感线圈或嵌入织物的曲面电感线圈。
可选地，上述固态导体包括以下任一种：铜、铝、导电金属的合金；上述液态金属为镓铟锡或共晶镓铟合金。
根据本发明实施例的一种基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器，通过含有空气间隙的裂纹，裂纹根据被测对象发生的应变，以使空气间隙放大或缩小，从而使铁磁性薄膜的磁阻发生变化，且与柔性线圈由于应变产生的磁场变化相耦合，以使柔性线圈的电感发生变化，测量得到的电感值用于表征磁场在空间的积分量，磁场基于柔性线圈的变形以及因磁阻发生变化而产生，电感值用于测量被测对象的曲率，基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器能够精确测量被测对象的曲率，实现弯曲角度和弯曲方向的同时测量，制作简单，灵敏度高，性能稳定可靠，迟滞低，能应用于软体机器人感知、可穿戴运动检测等领域。
附图说明
图1是根据本发明的一种实施例的基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器的立体图；
图2是根据本发明的一种实施例的铁磁性薄膜的制作流程图；
图3是根据本发明的一种实施例的没有发生应变时含有空气间隙的裂纹磁阻调制原理图；
图4是根据本发明的一种实施例的裂纹拉伸时含有空气间隙的裂纹磁阻调制原理图；
图5是根据本发明的一种实施例的裂纹收缩时含有空气间隙的裂纹磁阻调制原理图；
图6是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器未进行弯曲时的磁场分布图；
图7是图6所示的A区域的局部放大图；
图8是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器正向弯曲时铁磁性薄膜的变化趋势以及其对应的电感变化趋势；
图9是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器负向弯曲时铁磁性薄膜的变化趋势以及其对应的电感变化趋势；
图10是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器的电感随弯曲角度的变化曲线图；
图11是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器的电感随着弯曲和释放两个过程的电感变化曲线图；
图12是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器每弯曲增加1°或者减少1°所对应的双向弯曲传感器的电感的变化曲线图；
图13是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器进行50000次长周期循环后的电感变化量图；
图14是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器设置在亚克力板上时不同弯曲角度对应的电感变化量的曲线图；
图15是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器设置在气动手指上的具体位置图以及气动手指发生主动弯曲时弯曲形态的变化图；
图16是根据本发明的一种实施例的气动手指发生主动弯曲时弯曲形态对应的双向弯曲传感器的电感的变化曲线图；
图17是根据本发明的一种实施例的手动驱使气动手指发生被动弯曲时弯曲形态的变化图；
图18是根据本发明的一种实施例的气动手指发生被动弯曲时弯曲形态对应的双向弯曲传感器的电感的变化曲线图；
图19是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器设置在腕关节处的具体位置图；
图20是根据本发明的一种实施例的随腕关节上下弯曲的变化对应的双向弯曲传感器的电感的变化曲线图；
图21是根据本发明的一种实施例的随腕关节左右弯曲的变化对应的双向弯曲传感器的电感的变化曲线图；
图22是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器设置在手腕动脉处的具体位置图；
图23是根据本发明的一种实施例的随脉搏的变化对应的双向弯曲传感器的电感的变化曲线图；
图24是根据本发明的一种实施例的随脉搏的变化对应的频谱数据图；
图25是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器测量得到的单次动脉压力波形的数据图；
图26是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器嵌入两个气动手指间的具体位置图。
所述附图中，附图标记含义具体如下：
1、铁磁性薄膜；
2、柔性线圈薄膜；
3、弹性膜；
4、粘接层；
5、中性层。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释（例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等）。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释（例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等）。
根据本发明一个方面的发明构思，为了解决弯曲角度和弯曲方向同时测量的问题，本发明通过含有空气间隙的裂纹，裂纹根据被测对象发生的应变，以使空气间隙放大或缩小，从而使铁磁性薄膜的磁阻发生变化，且与柔性线圈由于应变产生的磁场变化相耦合，以使柔性线圈的电感发生变化，测量得到的电感值用于表征磁场在空间的积分量，磁场基于柔性线圈的变形以及因磁阻发生变化而产生，电感值用于测量被测对象的曲率，能够精确测量被测对象的曲率，实现弯曲角度和弯曲方向的同时测量，制作简单，灵敏度高，性能稳定可靠，迟滞低，能应用于软体机器人感知、可穿戴运动检测等领域。
图1是根据本发明的一种实施例的基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器的立体图。
根据本发明的实施例，如图1所示，一种基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器包括铁磁性薄膜1和柔性线圈薄膜2。铁磁性薄膜1包括含有空气间隙的裂纹，裂纹根据被测对象发生的应变，以使空气间隙放大或缩小，从而使铁磁性薄膜1的磁阻发生变化。柔性线圈薄膜2与铁磁性薄膜1粘接，柔性线圈薄膜2包括柔性线圈，柔性线圈的电感随着铁磁性薄膜1的磁阻的变化而变化，其中，测量得到的电感值用于表征磁场在空间的积分量，磁场基于柔性线圈的变形以及因磁阻发生变化而产生，电感值用于测量被测对象的曲率。
根据本发明可选的实施例，铁磁性薄膜1可以是任何具有铁磁性的单一或者复合材料构成的薄膜，例如是锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、铁钴镍的单质及合金、铁基和钴基的非晶合金、纳米晶等。
根据本发明的实施例，铁磁性薄膜1的空气间隙可以是通过应变等外力形成的随机裂纹，也可以是通过增材或者减材加工技术形成的具有特定尺寸和规律的空气间隙。
根据本发明的实施例，被测对象为非磁性的绝缘对象。
根据本发明可选的实施例，被测对象可以是亚克力板、气动手指、可穿戴设备。
根据本发明的实施例，被测对象为非磁性的绝缘对象能够降低对磁场分布的影响。
根据本发明的实施例，铁磁性薄膜1为任何铁磁性材料构成的脆性薄膜，且经过预处理后会使铁磁性薄膜1的表面产生裂纹。
图2是根据本发明的一种实施例的铁磁性薄膜1的制作流程图。
根据本发明的实施例，如图2所示，首先对铁磁性薄膜1进行预处理，使得铁磁性薄膜1产生裂纹，裂纹含有贯穿的空气间隙，初始状态在显微镜下观察不存在裂纹，随后将铁磁性薄膜1弯曲贴附在圆柱体表面上，取下后，由于应力作用，铁磁性薄膜1会产生含有空气间隙的裂纹，此时再通过显微镜进行观察，可以看出铁磁性薄膜1中有裂纹的存在。
根据本发明的实施例，铁磁性薄膜1产生裂纹后，双向弯曲传感器受到应变后所带来的长度变化完全由含有空气间隙的裂纹提供，根据被测对象发生的应变，空气间隙放大或缩小，从而使铁磁性薄膜1的磁阻增加或减少。
根据本发明的实施例，通过含有空气间隙的裂纹，裂纹根据被测对象发生的应变，以使空气间隙放大或缩小，从而使铁磁性薄膜1的磁阻发生变化，且与柔性线圈由于应变产生的磁场变化相耦合，以使柔性线圈的电感发生变化，测量得到的电感值用于表征磁场在空间的积分量，磁场基于柔性线圈的变形以及因磁阻发生变化而产生，电感值用于测量被测对象的曲率，基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器能够精确测量被测对象的曲率，实现弯曲角度和弯曲方向的同时测量，制作简单，灵敏度高，性能稳定可靠，测量范围大，迟滞低，能应用于软体机器人感知、可穿戴运动检测等领域。
根据本发明的实施例，电感的变化由铁磁性薄膜1的空气间隙的平均值变化从而引起的等效磁阻变化确定。
根据本发明的实施例，电感的变化由铁磁性薄膜1的空气间隙的平均值变化从而引起的等效磁阻变化确定，测量得到的电感值是因磁阻发生变化而产生的磁场在空间中积分的平均值，与裂纹的具体分布无关，同时对局部裂纹的变化不敏感。
根据本发明的实施例，由空气间隙的平均值引起的等效磁阻确定电感的变化能够均衡由于空气间隙过大或者过小导致的电感的变化过大或者过小。
图3是根据本发明的一种实施例的没有发生应变时含有空气间隙的裂纹磁阻调制原理图。图4是根据本发明的一种实施例的裂纹拉伸时含有空气间隙的裂纹磁阻调制原理图。图5是根据本发明的一种实施例的裂纹收缩时含有空气间隙的裂纹磁阻调制原理图。
根据本发明的实施例，如图3所示，表示为没有发生应变时的状态。当铁磁性薄膜1受到不同方向的应变时，如图4所示，随着裂纹拉伸，对应的磁阻增加。如图5所示，随着裂纹收缩，对应的磁阻减小。图3中的l0表示为铁磁性薄膜1的原长度，表示为应变量，图4中的l1表示为拉伸后铁磁性薄膜1的长度，图5中的l2表示为压缩后铁磁性薄膜1的长度，图3、图4和图5中的F1…Fn表示为铁磁性薄膜1中的颗粒，C1…Cn表示为空气间隙，铁磁性薄膜1的变形量/>通过以下公式（1）表示：
（1）。
其中，…/>表示为由空气间隙产生的应变量。
根据本发明的实施例，由公式（1）可以看出铁磁性薄膜1的变形量全部由空气间隙产生的应变量组成，铁磁性薄膜1本身没有进行拉伸或者收缩。
根据本发明的实施例，通过铁磁性薄膜1的磁阻调制与柔性线圈的电感变化相耦合，提高了双向弯曲传感器的灵敏度，实现了对于被测对象的双向弯曲的测量，测量范围为-280°~+330°，分辨率可以达到0.01°以下的角度变化，可以广泛应用于软体机器人的弯曲角度检测、可穿戴设备中监测人体活动等方面。
根据本发明的实施例，如图3、图4和图5所示，铁磁性薄膜1包括弹性膜3，弹性膜3设置在铁磁性薄膜1上，弹性膜3适用于密封保护铁磁性薄膜1的颗粒或者碎片。
根据本发明可选的实施例，弹性膜3可以是聚脂薄膜。
根据本发明的实施例，弹性膜3的设置保护了铁磁性薄膜1的颗粒或者碎片不脱落。
根据本发明的实施例，如图3、图4和图5所示，铁磁性薄膜1还包括粘接层4，粘接层4设置在铁磁性薄膜1和柔性线圈薄膜2之间，粘接层4适用于粘连铁磁性薄膜1和柔性线圈薄膜2。
根据本发明的实施例，粘接层4的材料可以选用3m胶。
图6是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器未进行弯曲时的磁场分布图。图7是图6所示的A区域的局部放大图。图8是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器正向弯曲时铁磁性薄膜1的变化趋势以及其对应的电感变化趋势。图9是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器负向弯曲时铁磁性薄膜1的变化趋势以及其对应的电感变化趋势。
根据本发明的实施例，如图6所示表示为双向弯曲传感器未进行弯曲时的磁场分布图，如图7所示为图6所示A区域的局部放大图。图7中的t表示为柔性线圈薄膜2与中性层5之间的距离，t可以表征发生应变时铁磁性薄膜1的应变情况，双向弯曲传感器的电感LBi通过以下公式（2）表示：
LBi=LC+LCFF（2）。
其中，LBi表示为双向弯曲传感器的电感，LC表示为柔性线圈的电感，LCFF表示为铁磁性薄膜1对于柔性线圈的电感产生的影响。
根据本发明的实施例，如图8所示，正向弯曲时所对应的裂纹被拉伸，同时空气间隙放大会导致相应的磁阻增加，柔性线圈的电感LC受弯曲影响下降，因此两者耦合导致双向弯曲传感器的电感LBi随双向弯曲传感器的正向弯曲呈下降趋势。应变量通过以下公式（3）表示：
（3）。
其中，表示为弯曲角度，r表示为发生弯曲时双向弯曲传感器所形成的圆弧的半径。
根据本发明的实施例，如图9所示，负向弯曲时所对应的裂纹收缩，同时空气间隙缩小会导致相应的磁阻减小，柔性线圈的电感LC受弯曲影响下降。在一定角度范围内，对于双向弯曲传感器的电感LBi，空气间隙的缩小导致的增强作用大于柔性线圈的电感LC本身的减小作用，所以两者耦合导致双向弯曲传感器的电感LBi随着双向弯曲传感器在一定角度范围内的负向弯曲呈上升趋势。
图10是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器的电感LBi随弯曲角度的变化曲线图。
根据本发明的实施例，如图10所示，双向弯曲传感器的电感LBi和弯曲角度在一定角度范围内呈单调关系，在得到标定曲线后，通过双向弯曲传感器的电感LBi就可以确定被测对象的弯曲角度/>以及弯曲方向（正向或者负向），一定角度范围为-270°~+270°。
图11是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器的电感LBi随着弯曲和释放两个过程的电感变化曲线图。
根据本发明的实施例，如图11所示，双向弯曲传感器经过弯曲和释放两个过程，对应的弯曲角度-电感变化量曲线基本重合，可以看出此双向弯曲传感器的迟滞极小。
图12是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器每弯曲增加1°或者减少1°所对应的双向弯曲传感器的电感LBi的变化曲线图。
根据本发明的实施例，如图12所示，双向弯曲传感器正向弯曲或者负向每弯曲1°时双向弯曲传感器的电感LBi的变化，体现了双向弯曲传感器的高分辨率。
图13是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器进行50000次长周期循环后的电感变化量图。
根据本发明的实施例，如图13所示，双向弯曲传感器的弯曲角度从89.2°~109.4°之间变化，50000次循环过程中对应的柔性线圈相对电感变化，从实验数据中分析得出双向弯曲传感器在相同角度下经过50000次循环所对应的电感只有0.2nH的变化，误差范围大致为0.33°，反映出双向弯曲传感器可以进行长期稳定的工作。
根据本发明的实施例，柔性线圈薄膜2为一层或多层。
根据本发明的实施例，柔性线圈薄膜2设置为多层时能够提高灵敏度，柔性线圈的电感会增大，提高了双向弯曲传感器的灵敏度。
根据本发明的实施例，柔性线圈薄膜2的形状为长方形、正方形、椭圆形或其他二维形状。
根据本发明的实施例，柔性线圈薄膜2是可弯折、不可拉伸的聚合物薄膜，或者是可拉伸的超弹性薄膜。
根据本发明的实施例，柔性线圈为固态导体的电感线圈、液态金属的电感线圈、嵌入织物的平面电感线圈或嵌入织物的曲面电感线圈。
根据本发明的实施例，柔性线圈的形态多样，对被测对象曲率测量的适用领域广。
根据本发明的实施例，柔性线圈为固态导体的电感线圈时，固态导体包括以下任一种：铜、铝、导电金属的合金。柔性线圈为液态金属的电感线圈时，液态金属为镓铟锡或共晶镓铟合金。
根据本发明的实施例，柔性线圈可以是铜丝沉淀在不可拉伸的聚合物薄膜上，也可以是液态金属线圈密封在硅胶中。
根据本发明的实施例，柔性线圈薄膜2贴附于被测对象的表面，通过被测对象发生的应变，从而引起柔性线圈的电感发生变化，以实现对被测对象的曲率的测量。
图14是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器设置在亚克力板上时不同弯曲角度对应的电感变化量的曲线图。
根据本发明的实施例，如图14所示，双向弯曲传感器可以应用于检测亚克力板的弯曲角度。将双向弯曲传感器设置在亚克力板的表面，手动将亚克力板进行正向弯曲或者负向弯曲，双向弯曲传感器的电感LBi会随着亚克力板的弯曲角度的变化而变化。
图15是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器设置在气动手指上的具体位置图以及气动手指发生主动弯曲时弯曲形态的变化图。图16是根据本发明的一种实施例的气动手指发生主动弯曲时弯曲形态对应的双向弯曲传感器的电感LBi的变化曲线图。
根据本发明的实施例，如图15所示，（A）图表示为将双向弯曲传感器设置在气动手指的表面，铁磁性薄膜1贴附在气动手指的表面上，图15中的（Ⅰ）图表示为气动手指不发生弯曲时的状态图，图15中的（Ⅱ）图表示为气动手指负向弯曲时的状态图，图15中的（Ⅲ）图表示为气动手指正向弯曲时的状态图。如图16所示，表示为气动手指进行正向弯曲或者负向弯曲的过程中，气动手指弯曲形态的变化对应的双向弯曲传感器的电感LBi的变化。如图15和图16所示，可以看出在主动弯曲的情况下，双向弯曲传感器可以对气动手指的弯曲状态做出精准的弯曲角度的测量。
图17是根据本发明的一种实施例的手动驱使气动手指发生被动弯曲时弯曲形态的变化图。图18是根据本发明的一种实施例的气动手指发生被动弯曲时弯曲形态对应的双向弯曲传感器的电感LBi的变化曲线图。
根据本发明的实施例，如图17所示，图17中的（Ⅳ）图表示为将双向弯曲传感器设置在气动手指的表面，气动手指在推的外力作用下的弯曲形态图，图17中的（Ⅴ）图表示为将双向弯曲传感器设置在气动手指的表面，气动手指在拉的外力作用下的弯曲形态图，图17中的（Ⅵ）图表示为将双向弯曲传感器设置在气动手指的表面，气动手指在轻拍的外力作用下的弯曲形态图。如图18所示，表示为气动手指在不同外力作用下发生被动弯曲时弯曲形态对应的双向弯曲传感器的电感LBi的变化。如图17和图18所示，可以看出气动手指对于不同外力施加后的状态不同与之对应的双向弯曲传感器的电感LBi也随之发生变化，而且手动对气动手指进行轻拍后，气动手指会产生振动，双向弯曲传感器也能实时反映出此时相应的变化，可以体现出双向弯曲传感器的分辨率较高，能够对于气动手指的细微变化进行检测。
图19是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器设置在腕关节处的具体位置图。
根据本发明的实施例，如图19所示，双向弯曲传感器可以应用于可穿戴角度传感，双向弯曲传感器设置在人体的腕关节的背面处，L0和L1表示为设置在腕关节处左侧和右侧的两个双向弯曲传感器，通过两个双向弯曲传感器的电感LBi的和或者差可以反映出手腕关节的上下弯曲和左右倾斜。
图20是根据本发明的一种实施例的随腕关节上下弯曲的变化对应的双向弯曲传感器的电感LBi的变化曲线图。
根据本发明的实施例，如图20所示，腕关节进行向上或者向下弯曲的时候，两个双向弯曲传感器的弯曲状态基本相同，所以两个双向弯曲传感器的电感LBi的差值基本没有变化，但是两个双向弯曲传感器的电感LBi的和会随着向上或者向下弯曲而增加或者减小，因此双向弯曲传感器可以进行腕关节的上下弯曲的检测。
图21是根据本发明的一种实施例的随腕关节左右弯曲的变化对应的双向弯曲传感器的电感LBi的变化曲线图。
根据本发明的实施例，如图21所示，腕关节进行左右弯曲的时候，两个双向弯曲传感器的电感LBi的差会随着向左或者向右弯曲发生对应的变化，因此双向弯曲传感器可以进行腕关节的左右弯曲的检测。
根据本发明的实施例，将双向弯曲传感器用于AR或者VR等设备中，将双向弯曲传感器通过可穿戴设备与人体各个关节相结合，可以实时反映出人体的各个关节的角度变化，进行人体活动的检测，进而与虚拟现实中的活动相对应，增强真实体验感和交互性。
图22是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器设置在手腕动脉处的具体位置图。
根据本发明的实施例，如图22所示，双向弯曲传感器可以应用于可穿戴脉搏波的检测，用于检测人体脉搏的相关信息。双向弯曲传感器设置在人体手腕动脉处，进行动脉压力波形（artery pressure waveform）的检测。
图23是根据本发明的一种实施例的随脉搏的变化对应的双向弯曲传感器的电感LBi的变化曲线图。
根据本发明的实施例，如图23所示，通过检测一次心跳过程中动脉皮肤处的弯曲变形所导致的双向弯曲传感器的电感LBi的变化，可以反映出相应的动脉压力波形。
图24是根据本发明的一种实施例的随脉搏的变化对应的频谱数据图。
根据本发明的实施例，如图24所示，对图23的动脉压力波形进行快速傅里叶变换可以检测出心率在70.8BPM。
图25是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器测量得到的单次动脉压力波形的数据图。
根据本发明的实施例，如图25所示，可以看出对应心脏收缩期动脉压力波形中的峰压、重搏波切迹、心跳的起始点和终末点。通过检测不同位置的动脉压力波形可以用于健康检测和相关疾病的预防。
根据本发明的实施例，将双向弯曲传感器应用于可穿戴设备中进行运动健康的检测，该双向弯曲传感器的厚度较薄，对于人体活动影响不大，因此可以通过可穿戴设备检测人体在进行一些运动时的姿态变化，用于判断在进行某项运动时的姿态是否正确，防止在进行运动时因为不恰当的姿势造成受伤的情况。
根据本发明的实施例，双向弯曲传感器嵌入被测对象内，通过被测对象发生的应变，从而引起柔性线圈的电感发生变化，以实现对被测对象的曲率的测量。
图26是根据本发明的一种实施例的双向弯曲传感器嵌入两个气动手指间的具体位置图。
根据本发明的实施例，如图26所示，将两个气动手指背对背粘贴，且将双向弯曲传感器嵌入两个气动手指之间，向位于左边的气动手指进行充气，气动手指会向着左边弯曲，向位于右边的气动手指进行充气，气动手指会向着右边弯曲，双向弯曲传感器的电感LBi随着双向气动手指朝着不同方向的弯曲而发生变化。
以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。
Claims (10)
1.一种基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器，其特征在于，包括：
铁磁性薄膜，包括含有空气间隙的裂纹，所述裂纹根据被测对象发生的应变，以使所述空气间隙放大或缩小，从而使所述铁磁性薄膜的磁阻发生变化；
柔性线圈薄膜，与所述铁磁性薄膜粘接，所述柔性线圈薄膜包括柔性线圈，所述柔性线圈的电感随着所述铁磁性薄膜的磁阻的变化而变化，其中，测量得到的电感值用于表征磁场在空间的积分量，所述磁场基于所述柔性线圈的变形以及因所述磁阻发生变化而产生，所述电感值用于测量所述被测对象的曲率；
其中，通过所述铁磁性薄膜的磁阻调制与所述柔性线圈的电感变化相耦合，导致所述双向弯曲传感器的电感值随所述双向弯曲传感器的弯曲而变化，所述电感值和所述被测对象的弯曲角度在一定角度范围内呈单调关系，在得到标定曲线的情况下，通过所述电感值确定所述弯曲角度和所述被测对象的弯曲方向。
2.根据权利要求1所述的基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器，其特征在于，所述电感的变化由所述铁磁性薄膜的所述空气间隙的平均值变化从而引起的等效磁阻变化确定。
3.根据权利要求1所述的基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器，其特征在于，所述铁磁性薄膜包括：
弹性膜，设置在所述铁磁性薄膜上，所述弹性膜适用于密封保护所述铁磁性薄膜的颗粒或者碎片。
4.根据权利要求3所述的基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器，其特征在于，所述铁磁性薄膜还包括：
粘接层，设置在所述铁磁性薄膜和所述柔性线圈薄膜之间，所述粘接层适用于粘连所述铁磁性薄膜和所述柔性线圈薄膜。
5.根据权利要求1所述的基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器，其特征在于，所述柔性线圈薄膜贴附于所述被测对象的表面，通过所述被测对象发生的应变，从而引起所述柔性线圈的电感发生变化，以实现对所述被测对象的曲率的测量。
6.根据权利要求1所述的基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器，其特征在于，所述双向弯曲传感器嵌入所述被测对象内，通过所述被测对象发生的应变，从而引起所述柔性线圈的电感发生变化，以实现对所述被测对象的曲率的测量。
7.根据权利要求1所述的基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器，其特征在于，所述被测对象为非磁性的绝缘对象。
8.根据权利要求1所述的基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器，其特征在于，所述柔性线圈薄膜为一层或多层。
9.根据权利要求8所述的基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器，其特征在于，所述柔性线圈为固态导体的电感线圈、液态金属的电感线圈、嵌入织物的平面电感线圈或嵌入织物的曲面电感线圈。
10.根据权利要求9所述的基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器，其特征在于，所述固态导体包括以下任一种：铜、铝、导电金属的合金；所述液态金属为镓铟锡或共晶镓铟合金。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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