基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的柔性可穿戴多功能壓力傳感器.pdf

1、隨著社會(huì)的日益進(jìn)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(diǎn)。目前醫(yī)療資源的短缺和屢見不鮮的個(gè)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(huì)老齡化進(jìn)一步加劇，各類慢性疾病的數(shù)量逐年增長(zhǎng)，人們?cè)絹碓揭庾R(shí)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(shí)現(xiàn)自身健康狀態(tài)長(zhǎng)期持續(xù)的監(jiān)測(cè)。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(hù)個(gè)人信息，但個(gè)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(duì)人們的健康狀態(tài)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，并使用一種獨(dú)一無二的身份識(shí)別方式，將大大減少各類慢性疾病的數(shù)量及個(gè)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(hào)的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體健康狀態(tài)的檢測(cè)。每個(gè)人的生物特征是獨(dú)一無二的，將生物特征用于身份識(shí)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(shí)現(xiàn)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)和身份識(shí)別雙重功能。為此，本文做了以下研究：
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3、傳感器以人耳鼓膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿生，結(jié)合單電極式摩擦納米發(fā)電機(jī)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(dòng)特性從理論上分析了傳感器的振動(dòng)模態(tài)，采用單電極摩擦納米發(fā)電機(jī)的工作原理分析傳感器的電學(xué)輸出特性，采用COMSOL Multiphysics對(duì)傳感器的振動(dòng)特性和開路電壓進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的傳感器具有較寬的工作頻帶范圍，高低頻特性較好。
　?、趯?duì)傳感器測(cè)得信號(hào)中的噪聲進(jìn)行了分析及處理。

4、對(duì)傳感器輸出信號(hào)中的工頻干擾、肌電漂移、運(yùn)動(dòng)偽跡和基線漂移噪聲進(jìn)行處理。采用模擬濾波和數(shù)字濾波相結(jié)合的方式，對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行處理。結(jié)合傳感器輸出信號(hào)頻譜中信號(hào)頻率分布，采用10Hz Butterworth低通濾波器和45Hz~1500Hz Butterworth帶通濾波器對(duì)測(cè)量的信號(hào)進(jìn)行了分解，分別得到脈搏波信號(hào)和喉嚨聲信號(hào)。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(hào)之間的差別，發(fā)展出脈搏波和喉嚨聲雙生物特

5、征識(shí)別技術(shù)。
　　③制作了柔性傳感器，開發(fā)了用于人體健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)和生物特征身份識(shí)別于一體的多功能柔性傳感系統(tǒng)。經(jīng)過測(cè)試，傳感器具有較高的靈敏度和較寬的動(dòng)態(tài)范圍，當(dāng)外界壓力 F<0.92N時(shí)，傳感器靈敏度為52.5V/N，低壓檢測(cè)極限低至0.010N，可以測(cè)量0.1Hz到3.9kHz振動(dòng)頻率范圍內(nèi)的壓力變化。經(jīng)過驗(yàn)證，傳感器可實(shí)現(xiàn)基于脈搏波的自供能健康狀態(tài)持續(xù)監(jiān)測(cè)；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(shí)現(xiàn)喉嚨聲信號(hào)