随着科技的发展,智能可穿戴技术正发生巨大变革。柔性传感器作为智能可穿戴技术的重要一环越来越受到人们的重视。柔性应变传感器作为柔性传感器的重要分支,在医疗、健康、体育、娱乐、工业和军事等领域被广泛应用。对于柔性应变传感器在人体上的应用而言,其可以用于监测人体的生理活动、关节运动甚至是面部表情等,是人与外界交互的重要媒介。目前,高灵敏度、高可拉伸、良好的重复性对于柔性应变传感器而言仍是一个巨大的挑战。因此,本文致力于提出一款具有超强拉伸性能、高灵敏度、高重复性的柔性应变传感器。受启发于人眼的工作原理,本文创新性地提出并制作了一种基于光电效应原理的柔性应变传感器。该传感器由发光二极管、硅光电池、传感器外壳和硅胶棒组成。具体地,硅胶棒将应变的变化转化为光信号的变化,通过光电效应将光信号转化为电信号,实现对应变的检测。本文从应变传感器的工作机理、制作流程、性能分析和可穿戴应用等方面进行了系统的探究。主要内容和结论如下:1.柔性应变传感器结构设计与机理分析首先,基于光电效应设计传感器结构,分析不同结构下传感器的性能。其次,探究传感器工作机理,分析影响传感器灵敏度和工作范围的因素。研究发现传感器灵敏度和工作范围与发光二极管的发光强度有关。在高发光强度下,传感器具有较高灵敏度和较窄的工作范围;在低发光强度下,传感器具有较低的灵敏度和较宽的工作范围。可以通过调节发光二极管的发光强度改变传感器的灵敏度和工作范围。同时通过对传感器工作机理的研究发现,光的衍射会影响传感器的线性性能。2.传感器性能测试与应用研究通过实验测试,传感器同时具备高灵敏度和宽工作范围,传感器工作范围为0-700%,传感器的最大灵敏度(尺度因子)高达1175。另外,传感器还具有低漂移(±1.2%),高重复性(大于5000次拉伸仍保持稳定)和快速响应性能(响应时间约为10ms)。在传感器应用方面,分别进行了传感器在人体生理信息监测(包括睡眠数据、脉搏)和在人体运动信息监测(包括手指、手腕弯曲角度、下肢运动模式)的测试。另外,将传感器制作成数据手套,实现对人手关节位置的测量,并基于Unity-3D建立了人机交互界面。