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電子皮膚的新型E+E壓力傳感器的研究
信息、生物和新材料被認(rèn)為是21世紀(jì)發(fā)展zui快、zui熱門的研究領(lǐng)域。現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱分別是信息的采集、傳輸和處理技術(shù),分別對應(yīng)于傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)和計算機技術(shù)。傳感器技術(shù)作為信息的源頭技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)和標(biāo)志,已被廣泛應(yīng)用于各個學(xué)科。近年來,生物力學(xué)和醫(yī)學(xué)工程作為一門新興的交叉學(xué)科,在世界范圍內(nèi)引起了廣泛而深入的研究。電子皮膚正是將傳感器技術(shù)應(yīng)用于生物力學(xué)和醫(yī)學(xué)工程的新興研究熱點。

電子皮膚的新型E+E壓力傳感器的研究
截肢表面和假肢接口之間的界面應(yīng)力分布以及足底應(yīng)力分布被認(rèn)為是醫(yī)學(xué)工程和生物力學(xué)新的研究內(nèi)容,越來越受到康復(fù)醫(yī)學(xué)、矯形外科、體育訓(xùn)練和制鞋等學(xué)科和行業(yè)的醫(yī)生、科研工作者和運動員的重視。為了測量這兩種界面應(yīng)力的分布,設(shè)計了用于電子皮膚的新型平板電容E+E壓力傳感器和新型聲表面波E+E壓力傳感器,并基于這兩種傳感器設(shè)計了一種新型電子皮膚,該電子皮膚能夠?qū)崟r測量三維界面應(yīng)力分布和局部點微應(yīng)力的大小。具體研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下：基于平板電容提出了一種能夠?qū)崟r測量三維界面應(yīng)力大小的新型E+E壓力傳感器。為了測量三維界面應(yīng)力的大小,設(shè)計了新型平板電容E+E壓力傳感器,該傳感器基于多感應(yīng)電極和PDMS超彈塑性材料,具有體積小、測量范圍大和靈敏度高的優(yōu)點。該傳感器能夠同時測量0-220kPa范圍內(nèi)的正壓力和0-70kPa范圍內(nèi)的剪壓力,且zui大測量誤差分別為5%和14%?；诼暠砻娌ㄆ骷岢隽艘环N能夠?qū)崟r測量微應(yīng)力大小的新型傳感器。由于新型平板電容E+E壓力傳感器的zui大測量誤差為5%,對于小于11kPa范圍內(nèi)的壓力無法測量和分辨,為了彌補這一缺點,設(shè)計了新型聲表面波E+E壓力傳感器,該傳感器基于延遲線結(jié)構(gòu)的聲表面波器件,具有測量精度高、抗干擾等優(yōu)點。該傳感器能夠精確測量0-20kPa范圍內(nèi)的微壓力,且zui大測量誤差為3%。當(dāng)新型平板電容E+E壓力傳感器加載剪壓力時,其輸出電容不僅隨著剪壓力的變化而變化,而且隨著正壓力的變化而變化,所以其輸入輸出函數(shù)是多元線性函數(shù),需建立其輸入輸出函數(shù)的多元線性回歸模型,并利用zui小二乘法對該模型進(jìn)行了求解。當(dāng)新型聲表面波E+E壓力傳感器加載微壓力時,其輸入輸出函數(shù)是一元線性函數(shù),所以只需建立其一元線性回歸模型,并利用zui小二乘法求解即可。研究了用于電子皮膚的新型E+E壓力傳感器設(shè)計中存在的關(guān)鍵問題并提出了解決方法。研究了用于電子皮膚的新型E+E壓力傳感器的制作工藝和方法。新型平板電容E+E壓力傳感器采用失蠟法進(jìn)行制作,具體包括表面制備、底漆的制備、模具的制備、中間分隔層的制備、固化、去除多余的PDMS材料和融化蠟核等工藝。新型聲表面波E+E壓力傳感器采用光刻法進(jìn)行制作,具體包括壓電基片的制備、金屬膜的沉淀、光刻膠的涂覆、曝光、顯影、堅膜、腐蝕和去膠等工藝。

電子皮膚的新型E+E壓力傳感器的研究
研究了電子皮膚用于測量截肢表面和假肢接口之間的界面應(yīng)力分布和用于測量足底界面應(yīng)力分布。研究了新型E+E壓力傳感器形成陣列制作成電子皮膚,利用電子皮膚測量截肢表面與假肢接口之間的界面應(yīng)力分布,利用電子皮膚制作智能鞋墊用于測量足底界面應(yīng)力分布。此外還研究了新型聲表面波E+E壓力傳感器用于測量紗線張力的應(yīng)用。