【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感，具体涉及一种多功能柔性传感器及其制备方法和应用系统。
技术介绍
1、可穿戴的传感器作为一种新兴技术，被广泛应用于工业生产、医疗健康以及日常家居中，推动了人机交互、高性能机器人和健康监测等领域的迅猛发展。其中，压力、应变、温度、震动以及风速传感器等在过去十年受到广泛的关注。在提高传感器灵敏度、响应时间、测试范围和耐疲劳性的同时，如何将多种传感功能集于一体也成为了一个重要研究方向。现有的多功能传感器大多为硬质传感器，受制作材料影响，与人体兼容性差影响数据准确性，因此，研发一种具有更好与人体兼容性的多功能传感器，对于提升佩戴着舒适度和人机交互中数据获取的准确性和时效性，均具有重要积极作用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种多功能柔性传感器及其制备方法和应用系统，采用基于蚕丝蛋白与pvp丙三醇水凝胶制成的复合材料作为传感层，与人体兼容性更好，提升佩戴着舒适度和人机交互中数据获取的准确性和时效性，且材料对人体无毒无害，更适合应用于穿戴式设备上。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种多功能柔性传感器，包括自下而上依次设置的基底层、下层电极、传感层、上层电极以及引线；
4、所述基底层为柔性材料制成；
5、所述传感层为由蚕丝蛋白与pvp丙三醇水凝胶溶液制成的复合材料层；
6、所述下层电极和下层电极均由多个几字型银纳米线结构首尾相连而成；
7、所述引线分别设于银纳米线的两端
8、进一步的，所述柔性材料为pi材料。
9、一种多功能柔性传感器的制备方法，包括以下步骤：
10、步骤1、配置蚕丝蛋白与水凝胶的复合材料分散液、银纳米线溶液、喷涂掩膜版以及滴涂掩膜版；
11、复合材料分散液制备方法包括：
12、(1)配置质量分数为2～4wt％的蚕丝蛋白溶液和pvp丙三醇水凝胶；
13、所述质量分数为2～4wt％的蚕丝蛋白溶液配置方法包括：取4-5g蚕丝，剪碎后放入0.02mol/l的碳酸钠溶液并反复煮沸45-60分钟从而进行脱胶处理；配置9.3mol/l的溴化锂溶液，加入脱胶后的蚕丝后放入60℃的烘箱中，4h后即可得到溴化锂/蚕丝蛋白溶液；使用去离子水透析溴化锂/蚕丝蛋白溶液48h后，使用5μm孔径的滤嘴过滤得到的溶液三次，即可得到质量分数为2～4wt％的蚕丝蛋白溶；
14、所述pvp丙三醇水凝胶配置方法包括：取适量聚乙烯吡咯烷酮(pvp)放置于容器中，按1:10的质量比例向其中加入去离子水；使用玻璃棒搅拌使pvp溶解50％以上后，将容器放置在磁力搅拌机上以每分钟200转的速率搅拌至pvp完全溶解；随后向容器中加入与pvp等质量的丙三醇，继续搅拌待溶液充分混合，得到质量比为1:1:10的pvp丙三醇水凝胶；
15、(2)根据所需传感功能，将蚕丝蛋白溶液与pvp丙三醇水凝胶按比例充分混合，制得蚕丝蛋白与水凝胶的复合溶液；
16、步骤2、裁取需求长度的pi材料作为器件的基底，并使用胶带将pi材料固定在玻璃板上；
17、上述步骤(1)和步骤(2)没有先后顺序关系；
18、步骤3、制备下层电极、上层电极、以及传感层；
19、在40℃加热台上，放置喷涂掩膜版并均匀喷涂定量银纳米溶液，制得传感器下层电极，下层电极的两端预留有引出引线的位置传感器上层电极与传感器下层电极制备方法相同；
20、在40℃加热台上，放置滴涂掩膜版，取定量将制备好的蚕丝蛋白与水凝胶的复合材料分散液均匀滴涂到滴涂掩膜版上，并烘烤至定型，制得传感器的传感层；
21、步骤3、自下而上依次将pi基底、下层电极、传感层和上层电极进行堆叠并压合在一起；
22、步骤4、使用导电银浆在上层电极和下层电极的两端预留处引出引线，随后放入烘箱以60℃的温度烘干1h使导电银浆干燥，再以防水pu膜进行顶层封装，从而完成多功能柔性传感器件的制备。
23、进一步的，所述银纳米线溶液的配置方法为：取20mg/ml的高品质纳米银线0.6ml放置于容器中，加入无水乙醇稀释到1.2mg/ml并均匀混合。
24、进一步的，所述喷涂掩膜版和滴涂模具均采用pla材料，通过热熔式3d打印机打印而成。
25、进一步的，所述制备传感器下层电极喷涂银纳米溶液量为5ml，传感器的传感层滴涂的蚕丝蛋白与水凝胶的复合材料分散液量为5ml。
26、进一步的，所述复合材料层中蚕丝蛋白与pvp丙三醇水凝胶质量比可调，当蚕丝蛋白与pvp丙三醇水凝胶质量比为18:1时，压力传感特性最佳；当蚕丝蛋白与pvp丙三醇水凝胶质量比为30:1时，温湿度传感特性最好。
27、一种应用多功能柔性传感器的康复训练姿态矫正系统，包括数据采集模块、交互显示模块、云端数据存储模块、以及数据分析模块，各模块之间采用无线通信实现信号传递；
28、所述数据采集模块用于采集患者康复训练过程中足部的压力信息、加速度信息、角度信息、以及足部所处环境的温度信息和湿度信息，并生成患者的训练记录发送至交互显示模块；其中，足部压力信息包括受力顺序、压力值、受力频率以及受力次数等信息，使用多个压力传感器获取，温度和湿度信息使用温湿度传感器获取，加速度和角度使用三轴加速度传感器获取；所述压力传感器和温湿度传感器均为上述方法制得的多功能柔性传感器；
29、所述交互显示模块接收数据采集模块生成的患者训练记录和数据分析模块生成的姿态信息；向用户或医护人员显示训练记录和姿态信息，并发送训练记录至云端数据存储模块存储；
30、所述数据分析模块读取存储在云端数据存储模块中的训练记录，并对其进行预处理；以预处理后的训练记录为输入，使用预先训练好的支持向量机模型生成姿态信息传输至交互显示模块，以对患者康复训练过程中的姿态进行矫正。
31、进一步的，所述数据采集模块为智能鞋垫，包括柔性基底和设于柔性基底上的传感器；柔性基底自前而后依次分为前段、中段以及后段，前段对应患者前足位置、中间段对应患者中足位置、后段对应患者后足位置；传感器包括多个压力传感器、温湿度传感器和加速度传感器；压力传感器分别设置在柔性基底的前段、中间段和后段的受力点，用于采集患者足部不同位置的压力信息；温湿度传感器和三轴加速度传感器均设于柔性基底中间段的非受力点。
32、本专利技术提供的一种多功能柔性传感器及其制备方法，是以蚕丝蛋白为主要原料制备传感层，利用蚕丝蛋白轻薄柔性透气等优点，显著降低了传感器的厚度，提高传感器的柔韧性以及与人体兼容性，具有响应速度快，灵敏性强等优点，且能够实现人体动作与信号捕获的同步。极大提升了可穿戴设备的舒适性。在功能上，压力传感响应速度能够现在0.01秒内完成上升或下降变化，温度响应时间约在1-2秒，湿度从50％的湿度到90％的湿度上升响应时间约在20秒，下降恢复时间较长需要约120秒，在10％以内的湿度本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多功能柔性传感器，其特征在于：包括自下而上依次设置的基底层、下层电极、传感层、上层电极以及引线；
2.根据权利要求1所述的一种多功能柔性传感器，其特征在于：所述柔性材料为PI材料。
3.一种多功能柔性传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种多功能柔性传感器的制备方法，其特征在于：所述银纳米线溶液的配置方法为：取20mg/mL的高品质纳米银线0.6mL放置于容器中，加入无水乙醇稀释到1.2mg/mL并均匀混合。
5.根据权利要求3所述的一种多功能柔性传感器的制备方法，其特征在于：所述喷涂掩膜版和滴涂模具均采用PLA材料，通过热熔式3D打印机打印而成。
6.根据权利要求3所述的一种多功能柔性传感器的制备方法，其特征在于：所述制备传感器下层电极喷涂银纳米溶液量为5mL，传感器的传感层滴涂的蚕丝蛋白与水凝胶的复合材料分散液量为5mL。
7.根据权利要求3所述的一种多功能柔性传感器的制备方法，其特征在于：所述复合材料层中蚕丝蛋白与PVP丙三醇水凝胶根据需求调整，当压力传感器时，
8.一种应用多功能柔性传感器的康复训练姿态矫正系统，其特征在于：包括数据采集模块、交互显示模块、云端数据存储模块、以及数据分析模块，各模块之间采用无线通信实现信号传递；
9.根据权利要求8所述的一种应用多功能柔性传感器的康复训练姿态矫正系统，其特征在于：所述数据采集模块为智能鞋垫，包括柔性基底和设于柔性基底上的传感器；柔性基底自前而后依次分为前段、中段以及后段，前段对应患者前足位置、中间段对应患者中足位置、后段对应患者后足位置；传感器包括多个压力传感器、温湿度传感器和加速度传感器；压力传感器分别设置在柔性基底的前段、中间段和后段的受力点，用于采集患者足部不同位置的压力信息；温湿度传感器和三轴加速度传感器均设于柔性基底中间段的非受力点。
...【技术特征摘要】
1.一种多功能柔性传感器，其特征在于：包括自下而上依次设置的基底层、下层电极、传感层、上层电极以及引线；
2.根据权利要求1所述的一种多功能柔性传感器，其特征在于：所述柔性材料为pi材料。
3.一种多功能柔性传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种多功能柔性传感器的制备方法，其特征在于：所述银纳米线溶液的配置方法为：取20mg/ml的高品质纳米银线0.6ml放置于容器中，加入无水乙醇稀释到1.2mg/ml并均匀混合。
5.根据权利要求3所述的一种多功能柔性传感器的制备方法，其特征在于：所述喷涂掩膜版和滴涂模具均采用pla材料，通过热熔式3d打印机打印而成。
6.根据权利要求3所述的一种多功能柔性传感器的制备方法，其特征在于：所述制备传感器下层电极喷涂银纳米溶液量为5ml，传感器的传感层滴涂的蚕丝蛋白与水凝胶的复合材料分散液量为5ml。
7.根据权利要求3所述的一种多功能柔...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓升，秦文景，徐冉冉，于龙，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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