一种基于柔性传感器的手写字母信号识别系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于柔性传感器的手写字母信号识别系统和方法。柔性传感器布置于手指关节处，柔性传感器在手写字母的过程中感知手指关节处弯曲下的应变产生的电压变化，并发送到半导体特征分析仪；半导体特征分析仪得出柔性传感器的实时电阻信号，并传输至信号处理器；信号处理器内置有多流卷积神经网络，接收半导体特征分析仪的信号，进而通过多流卷积神经网络分析处理获得输出手写应变信号对应的手写字母的分类结果。本发明专利技术柔性传感器的导电材料为液态金属材料，具有非常高的灵敏性以及导电性，保证了识别字母的可行度和准确度。识别方法可以有效根据传递的电阻变化判断字母类别，较直观、准确。准确。准确。

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性传感器的手写字母信号识别系统和方法


[0001]本专利技术涉及了一种信号识别系统，具体涉及一种基于柔性传感器的手写字母信号识别系统和方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着计算机科学、光电子学、材料科学、机械学等领域的协同进步，人工智能技术以前所未有的速度迅猛发展，通过将力、应变、温度、湿度等外界刺激转化为电信号的智能可穿戴设备得到了蓬勃发展。传统的硅基半导体和金属基刚性应变传感器具有分辨力高、误差较小，可测动静态力等优点，但是其固有刚性和脆性导致了柔韧性差、不可拉伸，极小的应变范围(＜5％)，难以同时满足高拉伸、高灵敏度的要求，严重影响其测量稳定性、测量精度和测量范围，而人体的正常生理活动，在皮肤会承受30％的应变，在关节处会承受约100％的应变，传统的刚性材料在1～3％的应变下就会失效，这限制它的发展和应用。作为智能可穿戴设备中不可或缺的重要组件之一，柔性应变传感器自然成为了当今科学研究的热点。虽然传统应变传感器的材料例如银纳米线、碳纳米管、石墨烯等能使其灵敏度得到大幅提高，但是由于这类材料固有的脆性，降低了传感器的机械强度，这限制了传感器的实际使用，影响了传感器的耐久性和可靠性。

技术实现思路

[0003]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术所提供一种基于柔性传感器的手写字母信号识别系统和方法，设计一款液态金属与柔性水凝胶基体复合而成的导电水凝胶，将液态金属导电水凝胶制备成柔性传感器，并将其应用在信号收集中，再结合人工智能算法，提供一种基于柔性传感器的手写字母信号识别系统和方法。
[0004]本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一、一种基于柔性传感器的手写字母信号识别系统：
[0006]手写字母信号识别系统包括手写应变信号采集装置和信号处理器，手写应变信号采集装置和信号处理器电连接；手写应变信号采集装置包括柔性传感器和4200半导体特征分析仪，柔性传感器电连接4200半导体特征分析仪，4200半导体特征分析仪电连接信号处理器。
[0007]柔性传感器布置于手指关节处，柔性传感器用于在手写字母的过程中感知手指关节处弯曲下的应变产生的电压变化，并发送到4200半导体特征分析仪；4200半导体特征分析仪用于接收来自柔性传感器的电压变化并得出柔性传感器的实时电阻信号，并传输至信号处理器。
[0008]信号处理器内置有多流卷积神经网络，用于接收4200半导体特征分析仪的信号，进而通过多流卷积神经网络分析处理获得输出手写应变信号对应的手写字母的分类结果。
[0009]二、一种基于柔性传感器的手写字母信号识别方法：
[0010]手写字母信号识别方法包括以下步骤：
[0011]1)制备柔性传感器。
[0012]2)将柔性传感器布置于手指关节处，并将柔性传感器电连接4200半导体特征分析仪。
[0013]3)用手拿笔手写若干字母，每个字母均重复手写若干相同次数，通过4200半导体特征分析仪接收柔性传感器在手写时的弯曲应变变化，并计算出手写每个字母时的应变电阻信号作为手写应变信号，进而获得每个手写字母对应的若干手写应变信号，各个手写字母对应的若干手写应变信号组成信号数据集。
[0014]4)将信号数据集进行标准化处理，并选取出其中若干手写应变信号作为训练集；剩余的部分作为测试集。
[0015]5)搭建多流卷积神经网络，并内置于信号处理器中；将训练集输入信号处理器中的多流卷积神经网络进行训练；
[0016]将测试集输入训练完成的多流卷积神经网络中进行验证，获取测试集中每个手写压力信号对应的手写字母的验证分类结果。
[0017]6)重复步骤3)，重新获取若干手写应变信号组成目标信号数据集，将目标信号数据集输入训练完成的多流卷积神经网络中进行处理，获取目标信号数据集中每个手写压力应变对应的手写字母的分类结果。
[0018]所述的步骤1)中，制备柔性传感器包括如下步骤：
[0019]1.1)将丙烯酰胺和丙烯酸加入去离子水中溶解，然后依次加入八水氯氧化锆和光引发剂2
‑
羟基
‑4’‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮，获得混合溶液。
[0020]1.2)将混合溶液置于磁力搅拌器上搅拌30min，直至混合溶液中的固体小颗粒充分溶解变为无色透明液体，然后通入氩气30min以排尽无色透明溶液里的溶解氧，获得透明溶液。
[0021]1.3)将透明溶液注射至预先准备的一个厚度为0.5mm的水凝胶模具中，置于紫外线灯下进行光照聚合5min，获得未溶胀平衡的半聚合聚(丙烯酰胺
‑
co
‑
丙烯酸)/锆离子水凝胶；将一半的半聚合聚(丙烯酰胺
‑
co
‑
丙烯酸)/锆离子水凝胶置于大量去离子水中浸泡7天至溶胀平衡，水凝胶的质量保持不变，获得聚(丙烯酰胺
‑
co
‑
丙烯酸)/锆离子水凝胶基底。
[0022]1.4)将聚(丙烯酰胺
‑
co
‑
丙烯酸)/锆离子水凝胶基底置于玻璃皿中，使用3D打印机在聚(丙烯酰胺
‑
co
‑
丙烯酸)/锆离子水凝胶基底上打印线宽均匀的液态金属导电电路，在液态金属导电电路的两端分别粘接并电连接两个铜电极的一端；将玻璃皿中的聚(丙烯酰胺
‑
co
‑
丙烯酸)/锆离子水凝胶基底、液态金属导电电路和两个铜电极同时转移至预先准备的另一个厚度为1mm的水凝胶模具中，将另一半的半聚合聚(丙烯酰胺
‑
co
‑
丙烯酸)/锆离子水凝胶厚度均匀的涂覆在铜电极和液态金属导电电路上层，直至半聚合聚(丙烯酰胺
‑
co
‑
丙烯酸)/锆离子水凝胶完全包裹住液态金属导电电路和两个铜电极，获得半聚合的导电水凝胶应变传感器。
[0023]1.5)将半聚合的导电水凝胶应变传感器置于紫外线灯下进行光照聚合，获得液态金属/水凝胶应变传感器，即柔性传感器。
[0024]所述的步骤1.1)中，以质量计，加入0.11
‑
3.73g的丙烯酰胺、0.54
‑
6.81g的丙烯酸、0.48
‑
4.83g的八水氯氧化锆和0.03
‑
0.24g的光引发剂。
[0025]以摩尔分数(或浓度)计，主要包括10
‑
50mol％的丙烯酰胺、10
‑
50mol％的丙烯酸、0.1
‑
1.0mol/L的八水氯氧化锆和1.0mol％的光引发剂。
[0026]所述的步骤1.4)中，两个铜电极的另一端均凸出柔性传感器。
[0027]所述的步骤2)中，两个电极凸出的另一端分别电连接4200半导体特征分析仪的红黑导线。
[0028]所述的步骤4)中，针对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性传感器的手写字母信号识别系统，其特征在于：包括手写应变信号采集装置和信号处理器，手写应变信号采集装置和信号处理器电连接；手写应变信号采集装置包括柔性传感器和4200半导体特征分析仪，柔性传感器电连接4200半导体特征分析仪，4200半导体特征分析仪电连接信号处理器；柔性传感器布置于手指关节处，柔性传感器在手写字母的过程中感知手指关节处弯曲下的应变产生的电压变化，并发送到4200半导体特征分析仪；4200半导体特征分析仪接收来自柔性传感器的电压变化并得出柔性传感器的实时电阻信号，并传输至信号处理器；信号处理器内置有多流卷积神经网络，接收4200半导体特征分析仪的信号，进而通过多流卷积神经网络分析处理获得输出手写应变信号对应的手写字母的分类结果。2.根据权利要求1所述手写字母信号识别系统的一种手写字母信号识别方法，其特征在于：包括以下步骤：1)制备柔性传感器；2)将柔性传感器布置于手指关节处，并将柔性传感器电连接4200半导体特征分析仪；3)用手拿笔手写若干字母，每个字母均重复手写若干相同次数，通过4200半导体特征分析仪接收柔性传感器在手写时的弯曲应变变化，并计算出手写每个字母时的应变电阻信号作为手写应变信号，进而获得每个手写字母对应的若干手写应变信号，各个手写字母对应的若干手写应变信号组成信号数据集；4)将信号数据集进行标准化处理，并选取出其中若干手写应变信号作为训练集；5)搭建多流卷积神经网络，并内置于信号处理器中；将训练集输入信号处理器中的多流卷积神经网络进行训练；6)重复步骤3)，重新获取若干手写应变信号组成目标信号数据集，将目标信号数据集输入训练完成的多流卷积神经网络中进行处理，获取目标信号数据集中每个手写应变信号对应的手写字母的分类结果。3.根据权利要求2所述的一种手写字母信号识别方法，其特征在于：所述的步骤1)中，制备柔性传感器包括如下步骤：1.1)将丙烯酰胺和丙烯酸加入去离子水中溶解，然后依次加入八水氯氧化锆和光引发剂2
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羟基
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(2
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羟乙氧基)
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甲基苯丙酮，获得混合溶液；1.2)将混合溶液置于磁力搅拌器上搅拌，直至变为无色透明液体，然后通入氩气，获得透明溶液；1.3)将透明溶液注射至预先准备的一个水凝胶模具中，置于紫外线灯下进行光照聚合5min，获得半聚合聚(丙烯酰胺
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丙烯酸)/锆离子水凝胶；将一半的半聚合聚(丙烯酰胺
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丙烯酸)/锆离子水凝胶置于去离子水中浸泡7天，获得聚(丙烯酰胺
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丙烯酸)/锆离子水凝胶基底；1.4)将聚(丙烯酰胺
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丙烯酸)/锆离子水凝胶基底置于玻璃皿中，使用3D打印机在聚(丙烯酰胺
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丙烯酸)/锆离子水凝胶基底上打印液态金属导电电路，在液态金属导电电路的两端分别粘接并电连接两个铜电极的一端；将玻璃皿中的聚(丙烯酰胺
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co
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丙烯酸)/锆离子水凝胶基底、液态金属导电电路和两个铜电极同时转移至预先准备的另一个水凝胶模具中，将另一半的半聚合聚(丙烯酰胺
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【专利技术属性】
技术研发人员：田野，徐郅睿，吴化平，戚杭程，张文安，王雪儿，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：