基于摩擦納米發(fā)電機的柔性可穿戴多功能壓力傳感器.pdf

1、隨著社會的日益進步，醫(yī)療水平不斷提高，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展，健康和信息安全成為人們最為關(guān)注的焦點。目前醫(yī)療資源的短缺和屢見不鮮的個人信息泄露事件，越來越成為人們的心頭之患。在健康方面，社會老齡化進一步加劇，各類慢性疾病的數(shù)量逐年增長，人們越來越意識到醫(yī)院治療已不能滿足自身健康的需求，日常生活中更需要儀器設(shè)備實現(xiàn)自身健康狀態(tài)長期持續(xù)的監(jiān)測。在信息安全方面，雖然人們采用密碼、U盾及密保等方式保護個人信息，但個人信息依舊被竊取，泄漏在互聯(lián)網(wǎng)等媒

2、介之上。如果日常生活中對人們的健康狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測，并使用一種獨一無二的身份識別方式，將大大減少各類慢性疾病的數(shù)量及個人信息泄露的問題。目前部分可穿戴設(shè)備可用于人體生理信號的測量，實現(xiàn)對人體健康狀態(tài)的檢測。每個人的生物特征是獨一無二的，將生物特征用于身份識別，信息將很難被竊取。但是目前存在的可穿戴設(shè)備無法實現(xiàn)健康狀態(tài)監(jiān)測和身份識別雙重功能。為此，本文做了以下研究：
　?、俦疚难芯苛嘶谀Σ良{米發(fā)電機的柔性可穿戴多功能壓力傳感器。該

3、傳感器以人耳鼓膜結(jié)構(gòu)進行仿生，結(jié)合單電極式摩擦納米發(fā)電機工作模式，采用PTFE薄膜、Nylon薄膜、ITO薄膜以及PET襯底制作而成。結(jié)合薄膜的振動特性從理論上分析了傳感器的振動模態(tài)，采用單電極摩擦納米發(fā)電機的工作原理分析傳感器的電學(xué)輸出特性，采用COMSOL Multiphysics對傳感器的振動特性和開路電壓進行了仿真，驗證了設(shè)計的傳感器具有較寬的工作頻帶范圍，高低頻特性較好。
　?、趯鞲衅鳒y得信號中的噪聲進行了分析及處理。

4、對傳感器輸出信號中的工頻干擾、肌電漂移、運動偽跡和基線漂移噪聲進行處理。采用模擬濾波和數(shù)字濾波相結(jié)合的方式，對傳感器輸出信號進行處理。結(jié)合傳感器輸出信號頻譜中信號頻率分布，采用10Hz Butterworth低通濾波器和45Hz~1500Hz Butterworth帶通濾波器對測量的信號進行了分解，分別得到脈搏波信號和喉嚨聲信號。采用歐氏距離度量不同脈搏波之間的差別，采用相關(guān)系數(shù)度量不同喉嚨聲信號之間的差別，發(fā)展出脈搏波和喉嚨聲雙生物特

5、征識別技術(shù)。
　?、壑谱髁巳嵝詡鞲衅?，開發(fā)了用于人體健康狀態(tài)監(jiān)測和生物特征身份識別于一體的多功能柔性傳感系統(tǒng)。經(jīng)過測試，傳感器具有較高的靈敏度和較寬的動態(tài)范圍，當(dāng)外界壓力 F<0.92N時，傳感器靈敏度為52.5V/N，低壓檢測極限低至0.010N，可以測量0.1Hz到3.9kHz振動頻率范圍內(nèi)的壓力變化。經(jīng)過驗證，傳感器可實現(xiàn)基于脈搏波的自供能健康狀態(tài)持續(xù)監(jiān)測；傳感器可以用作抗干擾喉嚨麥克風(fēng)，即使在嘈雜的環(huán)境中也可實現(xiàn)喉嚨聲信號