荧光原理的纸基张力传感器
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TH811

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国家自然科学基金(62005113)、江西省主要学科学术与技术带头人领军人才项目(20204BCJL22041)、江苏省教育厅自然科学重大项目(17KJA330001)、南昌航空大学研究生创新专项资金(YC2021090)项目资助


Paper-based tension sensor using the fluorescence mechanism
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    摘要:

    针对穿戴应用中传统传感器的穿戴体验差、成本高、构造复杂等问题,本文将具有形变响应特性的荧光材料与纸张结 合,构建出荧光压谱原理的新型光学无线张力传感器。 传感器的敏感材料是由罗丹明 B(RhB)与 PDMS 混合成的复合荧光材 料薄膜,通过丝网印刷方式涂敷到美工纸带上。 RhB 的荧光特征随着施加在纸带上的张力而改变,在自制的力加载实验台上标 定了该传感器的响应函数,在 6 N 量程里其张力分辨率可达 0. 04 N。 借助手环和指套将该纸基张力传感器穿戴贴合于手部拇 指关节,实验证实可测量手指的屈伸姿态。 这是首款基于非波导特性的光学力敏可穿戴器件,具有柔性、亲肤、易回收、极低成 本、几乎没有环境污染等显著优点,可作为即用即抛的消费级传感产品用于人体健康评估、关节康复锻炼效果评价和机器人姿 态控制。

    Abstract:

    The wearable sensors have problems of poor experience, high cost and complex construction. To address these issues, an optically wireless tension sensor is developed with strain-sensitive fluorescent material painted on paper. The novel flexible probe uses the mixture of Rhodamine B (RhB) and PDMS as sensing material and the composite is screen printed onto a piece of fine art paper. The fluorescence characteristics of RhB are found linearly depending on the tension applied to the paper slice. Therefore, the sensing functions of the paper-based fluorescence sensor are calibrated on a customized force loading test bench. The constructed sensor is assembled to a wearable device. Then, the finger flexion could be successfully detected by the fluorescence. The finest resolution of the prepared sensor is 0. 04 N over a measuring range of 6 N. This study presents an optical wearable tensiometer employing a non-lightguide principle for the first time. It has potential application in human health evaluation, rehabilitation exercise and joint posture monitoring.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

刘德全,张巍巍,伍林芳,李 凤,叶 强.荧光原理的纸基张力传感器[J].仪器仪表学报,2022,43(5):8-14

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  • 在线发布日期: 2023-02-06
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