压电纳米发电机在3D动态传感及人机交互中的应用

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近年来,随着智能化进程的发展,柔性可穿戴设备及传感装置有了越来越多的研究。但是,柔性环境下的信号采集与处理存在信号采集分辨率较低、环境适应性差、信息流狭窄等缺陷。为了提高传感系统的灵活性与传感性能,利用自供电压电纳米发电机进行了高分辨率阵列信号传感与人机交互中姿态跟踪,探究了电极信号的干扰机制与校正措施。利用高压静电纺丝技术制备了聚偏二氟乙烯(PVDF)压电纳米发电机,分析了PVDF薄膜的压电效应及传感原理、热释电效应及传感原理,建立了传感器有限元模型及等效电路模型。以聚酰亚胺薄膜制备的柔性板为接触层,实现了多位点信号传感。进行纳米发电机压电和热电特性分析,得到了传感器线性工作区与极限工作状态。通过建立的压电/热电信号之间的映射关系,可以从复合信号中有效提取压电分量和热电分量。通过对信号响应期与恢复期的分析,实现对复合信号的校正与解耦。进行了传感器电极的同步性与信号干扰测试,分析了传感器结构引起的传感误差。制备的PVDF柔性多位点触觉/热觉传感器可以将外部压力/热辐射刺激映射为输出电压/电流信号,并在三维界面上动态观察响应分布,实现了图像感知与动态目标跟踪,同时记录被跟踪目标的二维运动轨迹。开展了基于柔性传感器的人机交互测试,实现了人机动作识别和跟踪。通过闭环系统的反馈控制,实现智能机器人电容式触摸传感器和柔性传感器的等效行为触发。柔性传感器和机器人霍尔旋转位置传感器的感知误差较小,通过无线传输设备实现了智能机器人的远程信号反馈和行为控制。制备的柔性传感器在物联网、健康状态检测和智能辅助设备中具有潜在的应用。
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