一种基于中性层基底的柔性可延展弯曲传感器的制作方法

本实用新型涉及柔性可延展电子器件技术领域，特别涉及一种基于中性层基底的柔性可延展弯曲传感器。

背景技术：

可穿戴运动传感器在运动分析中占有非常重要的地位，已经广泛应用于运动学、人体工程学、智能医疗系统等领域。传统运动传感器如光学传感器、惯性传感器具有方便易用、响应速度快等优势，但其刚性界面与人体贴附性差，会影响人体的实际动作，进而降低测量的准确度。通过将低维纳米传感材料封装于硅橡胶中，可以实现关节运动角度的柔性可延展弯曲传感。这种具有高生物相容性与高检测精度的柔性可延展弯曲传感器，是上述困难的最优解决方法之一。

柔性可延展弯曲传感器采用硅橡胶直接封装。一般地，低维纳米传感材料的可延展性不强，在柔性可延展弯曲传感器承受较大的应变时，纳米材料会断裂失效。通过一些可延展性设计，可以消除大应变的影响。但是，由于硅橡胶的弹性模量与传感材料不同，会在封装-薄膜界面产生较大的剪切力。而且，由于纳米材料的机械强度有限，反复作用的剪切力同样会造成期间失效，限制了柔性可延展弯曲传感器的推广与应用。

技术实现要素：

本实用新型目的在于改善现有柔性可延展弯曲传感器在测量关节角度时出现的薄膜-封装界面失效问题，提升柔性可延展弯曲传感器的鲁棒性，而提供一种基于中性层基底的柔性可延展弯曲传感器。

本实用新型的目的是这样实现的：一种基于中性层基底的柔性可延展弯曲传感器，包括基底和基底封装层，所述基底和基底封装层均为能够延展和弯曲的材料，所述基底和基底封装层分别连接有中性层基底和中性封装层，所述中性层基底和中性封装层粘接设置在基底和基底封装层内，所述中性层基底和中性封装层为能够弯曲的材料，所述中性层基底两端连接有第一电极和第二电极，所述第一电极与第二电极之间连接有传感材料，所述第一电极、第二电极和传感材料设置在中性层基底和中性封装层之间。

优选的，所述的基底和基底封装层的材料为硅橡胶。

优选的，所述的中性层基底和中性封装层的材料为聚酰亚胺塑料。

优选的，所述的第一电极和第二电极连接有将电阻变化转换为电压变化的分压模块，分压模块连接有提高电压变化质量的信号调理模块，所述信号调理模块连接有进行数模转换的单片机模块，所述单片机模块连接有通信模块。

优选的，所述的通信模块为有线通信模块或无线通信模块。

优选的，所述的通信模块为串口、rs485、蓝牙或wi-fi中的一种。

优选的，所述的通信模块连接有上位机。

本实用新型提供的基于中性层基底的柔性可延展弯曲传感器，能够延展弯曲与人体相容性高，并且通过中性层基底消除基底产生的拉伸应力对传感材料的影响，通过中性封装层消除基底封装层产生的剪切力对传感材料的影响，提高本实用新型的鲁棒性与使用寿命，赋予柔性可延展弯曲传感器更高的应用价值。

附图说明

图1为基于中性层基底的柔性可延展弯曲传感器在一实施例中的结构示意图；

图2为图1的剖视结构示意图；

图3为图1去掉基底和基底封装层后的结构示意图；

图4为图1去掉基底、基底封装层和中性封装层后的结构示意图；

图5为图1去掉基底、基底封装层、中性封装层和传感材料后的结构示意图；

图6为基于中性层基底的柔性可延展弯曲传感器在一实施例中的上位机与功能模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“中”、“外”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1~图5所示一种基于中性层基底的柔性可延展弯曲传感器，包括基底2和基底封装层1，所述基底2和基底封装层1均为能够延展和弯曲的材料，可以保证传感器的柔性可延展弯曲特性。优选的，基底2和基底封装层1的材料为硅橡胶或水凝胶。进一步的硅橡胶可以采用铂催化硅橡胶ecoflex。

所述基底2和基底封装层1分别连接有中性层基底4和中性封装层3，所述中性层基底4和中性封装层3粘接设置在基底2和基底封装层1之间，中性层基底的下表面粘贴固定在基底的上表面，中性层基底的上表面粘接中心封装层的下表面，中心封装层的上表面粘贴固定在基底封装层的下表面。所述中性层基底4和中性封装层3为能够弯曲的材料，并且不能延展的材料，能够阻止基底的拉伸应力向传感材料传导，阻止封装层产生的剪切力对传感材料的影响，保护传感材料。

优选的，中性层基底和中性封装层的材料为聚酰亚胺塑料或聚对苯二甲酸乙二醇酯。由于聚酰亚胺塑料的表面粗糙度约为1nm，与传感材料的结合力低，且其表面粗糙度远小于硅橡胶，因此，聚酰亚胺塑料与传感材料间的剪切力极其微弱。

所述中性层基底4两端连接有第一电极601和第二电极602，第一电极601和第二电极602是碳墨水或者银墨水，所述第一电极与第二电极之间连接有传感材料5，传感材料可以选择石墨烯、纳米银、碳纳米管等，第一电极601和第二电极602直接印刷于中性层基底4上，通过导电墨水的自然贴合力将传感材料5固定在第一电极和第二电极上。所述第一电极601、第二电极602和传感材料5设置在中性层基底4和中性封装层3之间。中性层基底和中性封装层均不与传感材料贴合，传感材料可以与中性层基底和中性封装层分离。

优选的，首先制作基底和中性层基底，将第一电极和第二电极印刷在中性层基底的两端，通过第一电极和第二电极材料银墨水的自然贴合力将传感材料5固定在第一电极和第二电极上，然后将中性层基底粘贴固定在基底上（传感材料的一面向上），第一电极和第二电极连接导线并引出，然后将中性封装层粘贴固定到中性层基底上，最后将基底封装层粘贴固定到基底即可完成封装。

如图6所示，所述的第一电极和第二电极连接有将电阻变化转换为电压变化的分压模块7，分压模块优选分压电阻或惠斯通电桥，分压模块7连接有提高电压变化质量的信号调理模块8、信号调理模块包括差分放大单元、滤波单元等，所述信号调理模块8连接有进行数模转换的单片机模块9，单片机模块优选stm32或fpg，所述单片机模块9连接有通信模块10。

优选的，所述的通信模块10为有线通信模块或无线通信模块。

优选的，所述的通信模块10为串口、rs485、蓝牙或wi-fi中的一种。

优选的，所述的通信模块10连接有上位机11。上位机如计算机，手机等设备。通过上位机即可简便快捷的获得人体的运动信息。

本实用新型针对人体运动检测，提出一种基于中性层的柔性可延展弯曲传感器，可以通过中性层基底和中性封装层降低传感材料所受拉伸应力与剪切力，提高基于中性层的柔性可延展弯曲传感器的鲁棒性。所述基于中性层的柔性可延展弯曲传感器可以在不同人体柔性表面形变时保持相对稳定的机械-电学性能，使用寿命长，可以获取更加准确的关节弯曲运动信息，对运动训练、人机工程学和智慧医疗等领域均具有重要意义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。