可穿戴式运动传感器、传感电路及运动检测方法与制作流程

图片简介:

一种可穿戴式运动传感器、传感电路及运动检测方法，涉及人机交互用传感器,设有硅橡胶介电薄膜层，硅橡胶介电薄膜层上侧和下侧分别设有上柔性电极层和下柔性电极层，上柔性电极层的上侧和下柔性电极层的下侧分别设有上绝缘保护层和下绝缘保护层，上柔性电极层和下柔性电极层上分别设有上电极引脚和下电极引脚，上绝缘保护层和下绝缘保护层为硅橡胶绝缘保护层。传感电路包括用传感器本体、电流积分模块、滤波模块、信号处理模块、解耦处理模块、稳压电源模块、开关模块和显示模块；检测方法包括信号检测、处理，信号解耦实时输出。本技术具有结构简单，灵敏度、精度高成本低，实时性好，穿戴舒适，能够准确测量人体动作等优点。

技术要求

1.一种可穿戴式运动传感器，其特征在于：设有硅橡胶介电薄膜层，硅橡胶介电薄膜层上侧和下侧分别设有上柔性电极层和下柔性电极层，上柔性电极层的上侧和下柔性电极层

的下侧分别设有上绝缘保护层和下绝缘保护层，上柔性电极层和下柔性电极层上分别设

有上电极引脚和下电极引脚，上绝缘保护层和下绝缘保护层为硅橡胶绝缘保护层；其由

下述材质及方法制备而成：

第一步、制备硅橡胶介电薄膜板：配制牺牲层，按聚丙烯酸和挥发性溶剂按质量比

1:3~1:5称取试剂、放置于小盒中，再将其放入搅拌机，混匀脱泡搅拌、得牺牲层浆液；

配置硅橡胶液，硅橡胶原液与稀释剂按质量比1:1~3:2放置于小盒中，再将其放入搅拌

机，混匀脱泡搅拌、得硅橡胶液；涂牺牲层，将牺牲层浆液使用涂布器涂覆在热塑性聚

酯基板上，涂完后，等牺牲层变干，变干后热塑性聚酯基板呈现七彩色；涂硅橡胶层，

将硅橡胶液使用涂布器涂覆在已覆盖牺牲层的热塑性聚酯基板上，用钢板托起涂膜后基板，盖上亚克力罩；加热固化，送至加热箱加热固化、得硅橡胶介电薄膜板待用；

第二步、制备硅橡胶绝缘保护层板：配制牺牲层浆液，按聚丙烯酸和挥发性溶剂按质量比1:3~1:5称取试剂放置于小盒中，再加入占总质量2%~6%的水，将其放入搅拌机，混匀脱泡搅拌、得牺牲层浆液；配置硅橡胶液，在小盒上缠绕生料带，硅橡胶原液与稀释剂按质量比1:1~3:2放置于小盒中，再将其放入搅拌机，混匀脱泡搅拌、得硅橡胶液；涂牺牲层，将牺牲层浆液使用涂布器涂覆在热塑性聚酯基板上，涂完后，等牺牲层变干，变干后塑性聚酯基板呈现七彩色；涂硅橡胶层，将硅橡胶液使用涂布器涂覆在已覆盖牺牲层的热塑性聚酯基板上，用钢板托起涂膜后基板，盖上亚克力罩；加热固化，送至加热箱加热，得硅橡胶绝缘保护层板待用；

第三步、制备柔性电极：碳材料和挥发性溶剂质量比1:17~1:22混合后，再加入钢珠分散碳粉，在搅拌机中混匀搅拌脱泡，得电极浆液；搅拌完成后，取出小盒，在电极浆液中加入与碳材料质量比为1:9~1:11的硅橡胶原液，再加入与硅橡胶原液质量比为1:1~3:2的稀释剂后，在搅拌机中混匀搅拌脱泡，得柔性电极待用；

第四步、将制备的硅橡胶介电薄膜板和硅橡胶绝缘保护层板切割成硅橡胶介电薄膜板单元和硅橡胶绝缘保护层板单元，在硅橡胶绝缘保护层板单元上切割一个电极引脚槽，在热塑性聚酯板中部切出电极涂抹槽口；

第五步、硅橡胶介电薄膜板单元的硅橡胶层侧正对电极涂抹槽口地贴覆在热塑性聚酯板上，在电极涂抹槽口内的硅橡胶介电薄膜板单元的硅橡胶层侧涂抹柔性电极，柔性电极涂覆完成后将硅橡胶介电薄膜板单元与热塑性聚酯板分离，加热固化，得硅橡胶介电薄膜电极板；

第六步、等离子处理，将硅橡胶介电薄膜电极板、硅橡胶绝缘保护层板单元放进等离子机进行等离子处理；

第七步、将等离子处理后的硅橡胶绝缘保护层板单元的硅橡胶层与硅橡胶介电薄膜电极板的柔性电极相对的贴合并粘接固定，得传感器主体基板；

第八步、将传感器主体基板的硅橡胶介电薄膜电极板一侧置于沸水中、使牺牲层溶解，将热塑性聚酯基板去除；

第九步、重复上述第五步、第六步、第七步的操作，制得传感器主体板；

第十步、将传感器主体板的两侧分别置于沸水中、使牺牲层溶解，将热塑性聚酯基板去除，得传感器主体；

第十一步、将电极引脚放置于的电极引脚槽内，取适量柔性电极涂抹在电极引脚槽内，放入加热箱加热固化，最后将导线焊接在电极引脚上，完成制作。

2.根据权利要求1所述的可穿戴式运动传感器，其特征在于：所述的硅橡胶介电薄膜层中使用的硅橡胶原液为LSR4305或MED4901；硅橡胶绝缘保护层中使用的硅橡胶原液为LSR4305或Sylgard186；柔性电极层中使用的硅橡胶原液为MED4901。

3.根据权利要求1或2所述的可穿戴式运动传感器，其特征在于：所述的挥发性溶剂为异丙醇；稀释剂为异辛烷或OS-20；硅橡胶介电薄膜层厚度优选范围：70-200μm；绝缘保护层厚度优选范围：200-400μm。

4.一种包含上述可穿戴式运动传感器的传感电路，其特征在于：包括用传感器本体、电流积分模块、滤波模块、信号处理模块、解耦处理模块、稳压电源模块、开关模块和显示模块；传感器本体的一根导线与开关模块的输出端相连、另一根导线与运算放大器的同相输入端相连；电流积分模块输出端与滤波模块输入端相连，滤波模块输出端与信号处理模块输入端相连，信号处理模块输出端与解耦处理模块输入端相连，解耦处理模块输出端与显示模块输入端相连，稳压电源模块分别与电流积分模块、开关模块、解耦处理模块和信号处理模块相连，开关模块的输入端与信号处理模块的脉冲信号输出端相连，开关模块的输出端与电流积分模块的脉冲信号输入端、传感器本体的一根导线相连。

5.根据权利要求4所述的传感电路，其特征在于：电流积分模块包括运算放大器和参考电容，运算放大器的输出端和同相输入端之间、输出端与反相输入端分别连接有测量电阻R2和测量电阻R4，参考电容Cref加在同相输入端与地之间，参考电容Cref的两端并联一个测量电阻R1，在反相输入端与地之间连接有测量电阻R3。

6.一种使用上述传感电路对运动的检测方法，其特征在于包括如下步骤：

a、在待检测关节的每一个运动发生时关节外的皮肤伸展变化最大处贴附并固定一个传感器；