[发明专利]基于腕部的PVDF传感器阵列结构及其性能测试装置

说明书

本发明公开了一种基于腕部的PVDF传感器单元阵列装置及其性能测试装置，包括一个三圆相切的4*2的方形传感器阵列，一个密封在传感器阵列外层起到防水、防尘等保护作用的硅胶薄膜，采用PVDF材料的传感器单元，每个PVDF传感器单元由圆柱形按钮、PVDF薄膜、硅胶背衬、粘结层和信号预处理电路板等组成。本发明中所述传感器阵列同不相切的传感器阵列相比，具有在结构上长度短，分辨率提高近一倍等优点，适用于腕背侧运动信号检测。通过测试装置所获得的传感器单元，其灵敏度曲线平坦均匀，灵敏度在整个接收曲线范围内都是线性均匀的，本发明具有快速、准确、简易等特点。

技术领域

本发明涉及传感器设计技术领域，尤其涉及一种基于腕部的PVDF传感器阵列结构及其性能测试装置。

背景技术

近年来，可穿戴式设备的研究发展迅速，其人机交互的重要主题便是手势识别，而手势识别主要基于视觉传感器和运动传感器，虽然这两种方法是目前手势识别领域的研究热点，但是它们距离广泛应用仍然存在着各种各样的应用局限性。首先，对于基于视觉传感器的手指动作识别方法来说，虽然诸如使用Kinect传感器来获取的深度数据实现手势识别等方法已经取得了一定的成果，然而它们普遍高度依赖于光线和背景等外部环境，存在对周围环境要求高、算法复杂度较高以及成本较高等缺点，限制了其在移动应用中的潜在用途。此外，用户被限制在其与成像设备之间没有遮蔽物的范围内，使得其应用场景存在局限性。其次，对于基于运动传感器的手指动作识别方法来说，其长久以来一直被广泛研究，例如数据手套等。尽管数据手套的使用可以轻松收集手指动作时候的相关数据，但是这些设备不仅不方便携带，并且会在使用的过程中完全占用用户的手部。此外，目前应用于手指动作识别的另一种热门传感器技术是表面肌电（surface electromyography, sEMG）传感器，该方法通过表面肌电传感器记录肌肉运动时候皮肤表面的生物电变化信号可以实现手势识别，但是该方法对于佩戴的方式、位置等具有诸多要求，使得用户的体验感较差。综上所述，尽管现有的手指动作识别方法已经取得了一定的研究成果，但仍存在诸如佩戴要求过多、应用场景受限、占用手部操作等局限性。

为了进一步解放用户的手部操作，研究人员提出是否可以通过检测腕部运动来识别手指动作。虽然研究表明腕内侧的动作检测比较灵敏，但该位置往往是腕表的连接扣，不方便集成。所以我们更希望在腕表的表盘位置能够进行手指动作的检测，而且这样也符合人的佩戴习惯和审美观念。相较于腕内侧，腕部背侧肌肉、肌腱的运动比较微弱，因而我们希望在腕背侧的传感器具有更优异的性能。进而提出了一种基于腕部的PVDF传感器单元阵列装置。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于腕部的PVDF传感器阵列结构及其性能测试装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于腕部的PVDF传感器阵列，包括有多个PVDF传感器单元，所述的多个PVDF传感器单元以三圆相切的形式构成2排多列的菱形阵列结构，在所述的菱形阵列结构外层密封一层硅胶薄膜，通过菱形阵列结构与手腕直接接触来采集动作信号。

所述的多个PVDF传感器单元的数量为8个，多个PVDF传感器单元以三圆相切的形式构成2排4列菱形阵列结构。

所述的PVDF传感器单元包括有圆柱形按钮、PVDF薄膜、硅胶背衬、粘结层、电极和信号预处理电路板，所述的圆柱形按钮通过粘结层粘结在PVDF薄膜上方，硅胶背衬置于PVDF薄膜下方，PVDF薄膜一端设有折叠边，折叠边通过硅胶背衬的侧面后折到硅胶背衬的下面，所述的电极的一极和PVDF薄膜折叠边连接，电极另一极通过铜箔与PVDF薄膜折叠边的尾部直边连接，所述的信号预处理电路板置于电极两极下方，所述的硅胶薄膜紧贴八个PVDF传感器单元的圆柱形按钮顶端。

利用PVDF薄膜的压电效应，当使用者手部运动时，腕部肌肉会相应的收缩和舒张，从而与腕部肌肉接触的PVDF传感器单元会产生压力变化，PVDF传感器单元将不同的压力变化转化为相应的电信号，利用电信号进行手势识别。