可穿戴传感器进展、挑战和发展趋势

 可穿戴传感器是近年来高速发展的传感器技术。其功能、原理和形态各异,并已经广泛应用于国民生活和生产的多个方面。本文结合大量商业化和处于研究阶段的可穿戴产品和器件,简述了可穿戴传感器的主要形式,列举了可穿戴设备的常用测量方法。根据可穿戴传感器及人体的接触方式,将其划分为皮肤接触式传感器、非直接接触式传感器和植入式传感器,结合现有商业化产品及实验室中研究成果,展示了现今可穿戴设备在日常健康、医疗、运动科学、工业和军事等方面的广泛应用。认为可穿戴传感器技术将会在未来同大数据与精准医疗实现更高程度的结合,更好地服务于长期动态的人体信息和环境信息的采集。     

碳纳米管柔性应变传感器在智能纺织品中的应用

智能纺织品不仅拥有日常穿着的所需功能,而且兼具智能性,柔性纺织材料的选择是当前纺织材料研究的重点。在柔性材料中,碳材料是制备柔性应变传感器的理想材料之一。以碳纳米管为柔性材料制备的柔性应变传感器在智能纺织品中的应用为研究内容,从碳纳米管的结构组成、性质及其应用等方面,介绍碳纳米管柔性应变传感器的研究现状;从材料选择、制备方法、性能测试及应用等方面,阐述以碳纳米管纤维和碳纳米管薄膜为柔性材料制备的柔性应变传感器的特性和功能;从制备难点、生产成本、实际应用效果等方面,对碳纳米管柔性应变传感器的优缺点进行评述。研究认为,在大应变下具有高灵敏度将是今后碳纳米管柔性应变传感器研究的方向。     

密封式可穿戴摩擦电传感器件的制备与性能优化

以尼龙织物为基底材料和正摩擦材料,聚氨酯(PU)为负摩擦材料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为密封材料,导电银浆为电极层,在负摩擦层和电极层之间添加聚酰亚胺(PI)薄膜作为增强层,设计并制备一种基于摩擦纳米发电机(TENG)的气囊式可穿戴摩擦电传感器。利用扫描电子显微镜和电子示波器对该柔性器件的微观结构与输出性能进行表征,探究了PI膜厚度、气囊内部充气量、外部施加压力及其作用频率对输出性能的影响。结果表明：当PI膜厚度为15μm、充气量为1 mL、压力作用频率为3 Hz时输出性能最佳,达到电荷饱和状态后输出电压可达15 V。由于气囊密封结构独特的回弹性和对外界压力变化的响应敏感性,该器件具有良好的灵敏度(0.34 V/kPa)、优良的稳定性和防水性,可实现人体运动行为的实时检测,在可穿戴传感领域具有很大潜力。     

石墨烯基微结构应力应变传感器的制备及应用

随着智能终端的普及,柔性电子产品呈现巨大的市场前景。柔性应力应变传感器是一种新型的电子设备,灵活可变形的传感器可以使机器之间友好的互连成为一个新兴的领域,发展迅速。本文通过一种复刻的方式将原模板的规则结构很好的印在聚氨酯(PU)薄膜上,得到表面凹凸不平的PU薄膜,再通过滴涂和热还原法制备还原氧化石墨烯(r GO)/聚氨酯(PU)薄膜,然后以导电铜箔胶带为导线、聚酰亚胺胶带为封装材料得到r GO/PU应力应变传感器,对该传感器的测试结果表明,其弯曲循环稳定性150次,该传感器可用在手指弯曲和脉搏跳动的检测上,表明该传感器可在人体健康监测应用。     

导电海绵-AgNWs复合柔性应力传感器灵敏度优化

以导电海绵为基底,并将其与银纳米线（AgNWs）复合作为柔性电极,制备了一系列柔性应力传感器,其具有良好的灵敏度和重复性.研究发现AgNWs均匀附着在导电海绵的泡沫网络中.受力时随着海绵泡沫结构大形变的同时,AgNWs结构在微观上也产生次级形变,这种多层次的导电网络结构变化有利于增强应力传感器的灵敏度.考察了不同介电材料、介电层厚度、AgNWs滴涂层数等条件对灵敏度的影响,并优化了制备条件,实现了传感器的可控制备.本文制备的传感器制备方法简单,有一定实际应用前景.     

可穿戴式医疗芯片研究进展

 医疗芯片的研发需要借助微电子学与生物医学领域的结合。作为医疗芯片的重要组成部分,可穿戴式医疗芯片主要用于采集及处理关键生理信号,以此获得相应的生理信息,实时监控使用者的健康状况,实现对突发病症进行及时救治、对重大疾病的预防,降低死亡率。因此,可穿戴式医疗芯片将是现代以预防为主的新医疗体系的关键模块。本文基于可穿戴式的应用环境以及生理信号的特点,分析了对可穿戴式医疗芯片的设计要求,总结了实现可穿戴式医疗芯片的关键技术,包括低功耗、全集成、低噪声等;综述了可穿戴式医疗芯片的研究进展,包括用于处理心电、脑电、脉搏波、呼吸等重要生理信号的芯片及系统;展望了可穿戴式医疗芯片的未来。随着微电子、集成电路技术及生物医学的发展,可穿戴式医疗芯片将具有更多的功能、形式,满足人们在医疗与健康方面的更多需求。     

基于SOPC的可穿戴机多处理器设计

介绍了采用SOPC技术来设计一个共享资源的可穿戴计算机三处理器系统,主处理器主要负责操作系统和应用软件的运行,网络处理器主要负责进行报文处理,DSP处理器主要负责对视频图像数据进行处理.阐述了基于Nios II 和FPGA 的多处理器系统的实现机制,讨论利用硬件互斥核实现多处理器资源共享的方法,并给出硬件设计的具体步骤以及软件设计、调试方法和关键技术.介绍了网络处理器Nios II的结构特点和自定义指令以及基于Nios II软核处理器的网络处理器转发软件的设计方法和基于视频图像处理的DSP处理器的设计方法.经验证,采用此技术设计的三处理器系统很好地适应了可穿戴计算机微小型化和低功耗的设计要求.     

可穿戴设备在医疗健康领域的应用研究

医疗健康是关系到人们生活的大问题。随着经济的发展,医疗健康领域将迎来新一轮的重大变革。随着医疗健康领域的持续进步,可穿戴设备的出现,海量的数据覆盖了人们生活的各个方面,可以有效监测患者的健康状况。可穿戴设备是随着现代科学技术的持续进步而产生的产品,为国民健康的发展带来新的可能性。但是,可穿戴设备在开发过程中也面临着问题,受到整个技术开发状况的限制,如缺乏公众信任、价格高昂、信息不准确等。基于此,可穿戴设备要解决数据采集、数据处理、数据分析等问题。当可穿戴设备在医疗健康领域的应用,医院、数据和可穿戴设备将进行整合,促进人们保持身体健康。本文介绍了可穿戴设备在健康护理领域的应用研究。     

柔性封装光纤传感器监测沥青路面的应用

为考察依据经验规范理论设计的沥青路面在高频重载交通作用下易发生车辙、裂缝、坑槽等损伤从而引起结构大面积失效的损毁规律,需要通过实时和长期的健康监测方式获取其真实力学性能的演化及衰减历程.在众多智能感知元件中,考虑光纤所具备的成本低、几何形状多方适应性、分布式测试等优点,本文提出了一种柔性细集料封装光纤传感器,以素沥青为光纤外包层,以小粒径沥青混合料为封装层,通过有限元及基础试验确定封装尺寸,以分级加载试验校核其感知性能,并运用力学理论建立光纤感知应变和载荷之间的定量关系.研究结果表明:在改进压实工艺后,该种柔性封装光纤传感器可用于沥青路面结构的准确、有效监测.     

Recent advances of flexible sensors for biomedical applications

Ultrathin, soft, flexible and stretchable sensors offer good opportunity to design personal health diagnosis and treatment systems by fabricating wearable biomedical devices for continuous health monitoring and preventive medicine. This paper summarizes the recent advances of flexible sensors for next generation biomedical applications. Materials used for flexible sensors are first briefly introduced. Followed to this part, the latest developments of flexible sensors for biomedical applications ...     

应激性抑郁动物模型评价方法研究进展

抑郁症是一种常见的心境障碍,可由各种原因引起,以显著而持久的心境低落为主要临床特征,且心境低落与其处境不相称,严重者可出现自杀念头和行为。抑郁动物模型的研究是抑郁症的机制研究和临床药物开发的基础。其中应激性模型由于模拟抑郁症发病的诱因较充分且造模方法简便,已成为最常用的抑郁动物模型,广泛用于抑郁症的基础研究。本文综述了评价应激性抑郁动物模型的主要方法,为抑郁动物模型造模提供了参考依据。     

运动监测装置对柔性立管整体性能的影响

针对服务于我国南海某FPSO采油平台的9.25英寸柔性立管,根据南海海域实测的海洋环境条件,基于专业的海洋工程软件orcaflex,对该柔性立管进行了整体性能有限元计算,分析了不同波浪方向下,立管运动监测装置质量以及安装位置对立管整体性能的影响。结果表明,波浪方向、立管运动监测装置的质量及其安装位置对立管的整体性能均具有一定的影响,其中,波浪方向主要对立管最大张力值影响较大,而立管运动监测装置的质量及安装位置对立管最小曲率半径和最大张力值影响均比较明显。     

CFRP预警传感器的研究

利用碳纤维增强复合材料(CFRP)的导电性和压电效应,根据碳纤维断裂时所形成的电阻阶跃信号,分别采用直接铺层和预先铺层2种方法制成对结构不同状态进行监测的CFRP预警传感器,该预警传感器具有造价低、耐腐蚀、监测信号易于获取等优点,并将此传感器应用于5根钢筋混凝土梁的试验研究.结果表明,CFRP预警传感器对于钢筋混凝土梁宏观行为的预测具有较好的效果,在混凝土开裂、钢筋屈服等关键时刻,其电阻信号发生突变,触发预警信号,该传感器对于钢筋混凝土类构件的监测具有实用性.     

柔性导轨制孔机器人及变刚度技术研究现状

柔性导轨制孔机器人属于轻型自主移动式制孔设备当中的典型代表,具有小型化、成本低等特点,引起了国内外飞机制造厂商的重点关注。然而,由于导轨柔性不足,限制了其应用范围,只适合于飞机大部件、小曲率表面的制孔和装配。为解决此问题,扩大其应用范围,本文对柔性导轨制孔机器人、变刚度技术进行了综述,创新性的提出了变刚度柔性导轨技术与导轨制孔机器人技术相结合的方案。     

基于磁弛豫原理的磁化学传感器研究进展

基于磁性纳米粒子的磁化学传感器是集纳米/微米技术、化学反应、生物技术及核磁共振技术于一体的多学科交叉、多技术集成的传感器.利用这一传感器可以检测各种金属离子、蛋白质、小分子、细菌、病毒、DNA、分子间的相互作用、细胞、肿瘤以及癌症.首先简要概述磁化学传感器的传感原理,然后重点介绍在检测方面的应用.     

柔性多体系统动力学的研究进展与建模方法

随着空间技术和空间应用等领域需求的不断扩大以及机器人技术的发展,使得考虑部件柔性的系统动力学分析的研究备受重视.简述了柔性多体系统动力学的研究进展,讨论了柔性多体系统动力学建模过程中的建模方法、离散化方法以及坐标系的选择,最后总结并展望了柔性多体系统动力学后续要研究的问题.     

一种基于传感器的Android应用行为分析技术

大多数针对恶意软件识别的研究都是基于应用程序接口(Application Program Interface,API)调用来实现的,但是目前基于API的研究大都没有考虑到设备的状态,设备状态能够直接体现程序运行的外部环境,这对分析应用的行为有着重要作用。本文提出一种基于传感器的应用行为识别技术,首先,通过传感器数据来判断设备实时状态;然后,结合API调用时序和图形用户界面(Graphic User Interface,GUI)首屏时序产生的多元时序数据,设计算法识别应用行为的恶意性;最后,设计实现包括静态打桩、动态行为监控和传感器实时状态采集的恶意行为分析原型系统,选取典型案例验证了本文提出方法的准确性,并通过黑盒测试验证了本文恶意应用识别方法的有效性。