一种角度自适应解算的柔性弯曲传感器

1.本实用新型属于传感器技术领域，特别涉及一种角度自适应解算的柔性弯曲传感器。


背景技术：

2.弯曲传感器作为一种广泛应用于人体运动生物力学、体育学与康复医学领域的检测工具，其作用为检测人体关节的运动学信号，即人体各个关节的角度，常用于运动员训练动作中的关节角度反馈、康复医学中的肢体关节角度检测。传统的弯曲传感器在测量时对贴附界面的曲率变化适应性较差，在传感过程中无法进行多曲率的测量，故无法进行不同关节的弯曲传感反馈。在运动生物力学、体育学与康复医学研究领域例如关节角度测量中，无法使用同一种传感器进行多关节角测量，使用不同尺寸来适应不同曲率的传统弯曲传感器存在系统复杂、制造流程繁琐等问题。


技术实现要素：

3.本实用新型目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种角度自适应解算的柔性弯曲传感器。
4.本实用新型的目的是这样实现的：一种角度自适应解算的柔性弯曲传感器，包括基底层、所述基底层上侧阵列设置的用于测量压力的多个压力传感单元、覆盖在所述压力传感单元上的隔离层、所述隔离层上侧阵列设置的用于测量拉伸力的多个拉伸传感单元和覆盖在所述拉伸传感单元上的封装层；由所述压力传感单元和所述拉伸传感单元自适应的获得所述柔性弯曲传感器的弯曲角度。
5.优选的，所述压力传感单元与所述拉伸传感单元相互垂直设置。
6.优选的，所述压力传感单元包括测量弯曲位置前侧压力的前压力单元、测量弯曲位置处压力的中压力单元和测量弯曲位置后侧压力的后压力单元。
7.优选的，所述拉伸传感单元包括测量弯曲位置前侧拉伸力的前拉伸单元和测量弯曲位置后侧拉伸力的后拉伸单元。
8.优选的，所述基底层、隔离层和封装层均为柔性材料。
9.本实用新型具有如下积极效果：通过设置的压力传感单元与拉伸传感单元来测量分布式的压力信号与拉伸信号进行自适应不同关节曲率的关节角度解算。获取关节角度简洁、准确；柔性弯曲传感器能够适用不同关节曲率的关节，测量的适用范围较广；制作简单快捷。
附图说明
10.图1为实用新型的结构示意图；
11.图2为实用新型的压力传感单元的分布结构示意图；
12.图3为实用新型的拉伸传感单元的分布结构示意图；
13.图4为实用新型的使用时测量弯曲角度的示意图；
14.图5为实用新型的自适应角度解算结构示意图。
具体实施方式
15.实施例1，如图1、图2和图3所示，一种角度自适应解算的柔性弯曲传感器1，包括基底层10、所述基底层10上侧阵列设置的用于测量压力的多个压力传感单元20、覆盖在所述压力传感单元20上的隔离层30、所述隔离层30上侧阵列设置的用于测量拉伸力的多个拉伸传感单元40和覆盖在所述拉伸传感单元40上的封装层50；由所述压力传感单元20和所述拉伸传感单元40自适应的获得所述柔性弯曲传感器1的弯曲角度。
16.所述角度自适应解算的柔性弯曲传感器1通过所述的压力传感单元20与拉伸传感单元40测量的分布式的压力信号与拉伸信号进行自适应不同关节曲率的关节角度解算。
17.优选的，所述压力传感单元20与所述拉伸传感单元40相互垂直设置。由此能够准确的测得弯曲位置处的压力信号与拉伸信号。
18.优选的，所述基底层10、隔离层30和封装层50均为柔性材料。例如pet材料，橡胶等，优选可拉伸橡胶。通过模具事先浇筑成型。所述压力传感单元20与拉伸传感单元40分别通过3d打印机打印在基底层10与隔离层30表面上，最终通过封装层502完成整体封装。
19.优选的，所述压力传感单元20包括测量弯曲位置前侧压力的前压力单元201、测量弯曲位置处压力的中压力单元202和测量弯曲位置后侧压力的后压力单元203。
20.优选的，所述拉伸传感单元40包括测量弯曲位置前侧拉伸力的前拉伸单元401和测量弯曲位置后侧拉伸力的后拉伸单元402。
21.柔性弯曲传感器1可以贴附在不同曲率的关节表面处，通过压力传感单元20与拉伸传感单元40可以自适应测量不同接触面积的压力信号与拉伸信号。
22.如图4和图5所示，所述角度自适应解算的柔性弯曲传感器1在贴附弯曲关节时，通过前压力单元201、中压力单元202和后压力单元203测得的压力信号分别记作f
lower
、f
middle
和f
upper
。前拉伸单元401和后拉伸单元402测得的拉伸信号分别记作f
tension1
与f
tension2
。
23.柔性弯曲传感器1在弯曲后，在弯曲轴处的受力平衡公式为：
[0024][0025]
根据三角函数万能公式，受力平衡公式可以转换为：
[0026][0027]
受力平衡公式可以进一步转化为：
[0028][0029]
柔性弯曲传感器1所测量的弯曲角度θ为：
[0030][0031]
由此即可通过压力传感单元20和所述拉伸传感单元40自适应的获得所述柔性弯曲传感器1的弯曲角度。
[0032]
通过设置的压力传感单元与拉伸传感单元来测量分布式的压力信号与拉伸信号进行自适应不同关节曲率的关节角度解算。获取关节角度简洁、准确；柔性弯曲传感器能够适用不同关节曲率的关节，测量的适用范围较广；制作简单快捷。
[0033]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用以限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。


技术特征：
1.一种角度自适应解算的柔性弯曲传感器，其特征在于：包括基底层、所述基底层上侧阵列设置的用于测量压力的多个压力传感单元、覆盖在所述压力传感单元上的隔离层、所述隔离层上侧阵列设置的用于测量拉伸力的多个拉伸传感单元和覆盖在所述拉伸传感单元上的封装层；由所述压力传感单元和所述拉伸传感单元自适应的获得所述柔性弯曲传感器的弯曲角度。2.根据权利要求1所述的一种角度自适应解算的柔性弯曲传感器，其特征在于：所述压力传感单元与所述拉伸传感单元相互垂直设置。3.根据权利要求1所述的一种角度自适应解算的柔性弯曲传感器，其特征在于：所述压力传感单元包括测量弯曲位置前侧压力的前压力单元、测量弯曲位置处压力的中压力单元和测量弯曲位置后侧压力的后压力单元。4.根据权利要求1所述的一种角度自适应解算的柔性弯曲传感器，其特征在于：所述拉伸传感单元包括测量弯曲位置前侧拉伸力的前拉伸单元和测量弯曲位置后侧拉伸力的后拉伸单元。5.根据权利要求1-4任一所述的一种角度自适应解算的柔性弯曲传感器，其特征在于：所述基底层、隔离层和封装层均为柔性材料。

技术总结
本实用新型属于一种角度自适应解算的柔性弯曲传感器，包括基底层、所述基底层上侧阵列设置的用于测量压力的多个压力传感单元、覆盖在所述压力传感单元上的隔离层、所述隔离层上侧阵列设置的用于测量拉伸力的多个拉伸传感单元和覆盖在所述拉伸传感单元上的封装层；由所述压力传感单元和所述拉伸传感单元自适应的获得所述柔性弯曲传感器的弯曲角度；通过设置的压力传感单元与拉伸传感单元来测量分布式的压力信号与拉伸信号进行自适应不同关节曲率的关节角度解算。获取关节角度简洁、准确；柔性弯曲传感器能够适用不同关节曲率的关节，测量的适用范围较广；制作简单快捷。制作简单快捷。制作简单快捷。


技术研发人员：彭玉鑫 王健翔 宋宪 王健
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2021.09.29
技术公布日：2022/3/1