基于液態金屬核殼結構的振動傳感器及動態手勢識別系統技術方案

技術編號：42050529 閱讀：19 留言：0更新日期：2024-07-16 23:31

本發明專利技術公開了一種基于液態金屬核殼結構的振動傳感器及動態手勢識別系統。振動傳感器包括柔性基材、絕緣薄膜、電極、導電線和金屬液滴，柔性基材的兩端面處分別粘貼有對應的絕緣薄膜，每張絕緣薄膜上間隔地布置有至少一對電極，電極與對應的導電線電氣連接，柔性基材的中部開設有腔室，腔室中放置有金屬液滴，金屬液滴在腔室內滾動，使得金屬液滴與柔性基材端面處的絕緣薄膜接觸或不接觸。將本發明專利技術提出的振動傳感器安裝于手部，再結合機器學習算法，搭建了動態手勢識別系統，該系統可捕捉并識別四種動態手勢，即便是在動態手勢產生的振動不完全一致的情況下，也能通過學習信號的特征來準確識別，克服了動態手勢識別的一大難題。

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【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及傳感器的一種振動傳感器，特別是涉及一種基于液態金屬核殼結構的振動傳感器、其制作方法及動態手勢識別系統。

技術介紹

1、隨著移動電子設備、大數據以及物聯網的不斷發展，作為現代信息技術的關鍵元件之一，傳感器器不可或缺，同時也對傳感器的靈敏度以及應用場景等提出了巨大的挑戰，因此新型傳感器技術成為了備受關注的研究熱點。迄今為止，通行的傳感器基本上為固體器件組成，這與日益增長的柔性需求存在脫節，難以滿足柔性機器人、可穿戴電子設備、腦機接口、電子皮膚、生物植入電子、生物賽博格系統等智能設備的使用需求。

2、液態金屬材料具備高表面張力、高電導率、低毒性，低粘度，因此在可穿戴機器人、柔性傳感器和可伸縮電子產品應用領域非常廣泛，在柔性振動傳感器中，可以通過傳感器外部電路的導通情況來映射振動方向的變化。

3、在手勢識別領域，盡管液態金屬材料的應用為柔性傳感器帶來了新的可能性，但仍然存在一些缺陷和挑戰需要解決。現有柔性傳感器靈敏度不足，難以準確捕捉手勢的微小變化，尤其是在復雜的環境下；此外，不同手勢之間的識別和區分可能會面臨挑戰，特別是在實際使用中，用戶可能會產生各種復雜的手勢，傳感器需要能夠準確地識別并做出響應。

技術實現思路

1、本專利技術旨在至少解決
技術介紹
中存在的技術問題和需求，為此，本專利技術提出一種基于液態金屬核殼結構的振動傳感器、其制作方法及動態手勢識別系統，利用傳感器振動改變內部金屬液滴的位置，從而改變電路導通情況，進而設計出柔性振動傳感器。

2、本專利技術的技術方案如下：

3、一、一種基于液態金屬核殼結構的振動傳感器

4、所述振動傳感器包括柔性基材、絕緣薄膜、電極、導電線和金屬液滴，柔性基材的兩端面處分別粘貼有對應的絕緣薄膜，每張絕緣薄膜上間隔地布置有至少一對電極，電極與對應的導電線電氣連接，柔性基材的中部開設有腔室，腔室中放置有金屬液滴，金屬液滴在腔室內滾動，使得金屬液滴與柔性基材端面處的絕緣薄膜接觸或不接觸。

5、所述金屬液滴的直徑小于柔性基材兩個端面之間的距離。

6、每張所述絕緣薄膜上布置的每對電極為叉指電極對。

7、每張所述絕緣薄膜上布置有2對電極。

8、所述柔性基材兩端的絕緣薄膜上的電極關于柔性基材對稱布置。

9、所述金屬液滴的材質包括汞、汞合金、鎵、鎵銦錫合金、鉍銦錫合金和質量分數為75％的鎵和25％的銦組成的共晶鎵銦合金中的一種。

10、所述電極采用噴墨打印的方式布置在絕緣薄膜上。

11、所述金屬液滴的直徑在2mm至3mm之間。

12、所述電極的材質包括金、銀、銅和導電凝膠中的一種。

13、所述柔性基材包括聚氨酯、橡膠、硅膠中的一種。

14、二、一種基于液態金屬核殼結構的振動傳感器的制作方法

15、首先，將所述金屬液滴置于堿性或酸性溶液中，直至去除金屬液滴表面氧化膜；接著在所述金屬液滴的表面覆蓋一層碲化鉻粉末；再將所述電極采用噴墨打印的方式布置在所述兩個絕緣薄膜上，并在電極上焊接導電線；然后，將其中一張布置有電極的絕緣薄膜放置在模具底部，向模具內倒入未固化的柔性基材倒入，待其固化后取出；向所述柔性基材的腔室內添加金屬液滴；最后，將另一張布置有電極的絕緣薄膜粘貼在所述柔性基材的后表面，獲得所述振動傳感器。

16、所述在所述金屬液滴的表面覆蓋一層碲化鉻粉末，具體為：

17、將金屬液滴滴入碲化鉻粉末槽內，均勻滾動1分鐘后轉移至培養皿中，再持續滾動分鐘去除多余碲化鉻粉，使得所述金屬液滴的表面覆蓋一層碲化鉻粉末。

18、三、一種動態手勢識別系統

19、所述動態手勢識別系統包括所述的基于液態金屬核殼結構的振動傳感器、信號預處理模塊和手勢識別模塊，至少一個所述振動傳感器固定安裝在手部，振動傳感器將采集的手部振動信號發送給信號預處理模塊，信號預處理模塊將預處理后的振動信號發送給手勢識別模塊，手勢識別模塊輸出動態手勢結果。

20、所述信號預處理模塊中，對振動傳感器采集的手部振動信號進行濾波、去噪。

21、所述手勢識別模塊為支持向量機分類器或基于多層感知器的分類器。

22、本專利技術實施例中的上述一個或多個技術方案，至少具有如下有益效果之一：

23、本專利技術采用的柔性基材能夠彎曲變形，可以適用于柔性變形電子器件等；基于液態金屬核殼結構的振動傳感器可以在整體結構變形的情況下完成信號轉換功能，可以應用于更多的場景，和傳統的振動傳感器相比較，其具有更短的響應時間、更低的功耗、更高的可集成度以及更簡單的制作工藝。

24、本專利技術在現有的基于液態金屬核殼結構的振動傳感器及其制作方法的基礎上，進一步拓展其應用范圍，特別是在手勢識別領域。本振動傳感器能夠通過捕捉和分析不同手勢產生的獨特振動模式，實現對基本手勢的識別，進而將手勢轉換成電信號。

25、本專利技術利用液態金屬的流動性使得傳感器對微小振動高度敏感，能夠捕捉細微的手勢變化，再通過復雜的機器學習模型，能夠有效學習和區分不同手勢產生的振動信號特征，動態手勢識別系統能夠達到高達98％的手勢識別準確率。在適應性和可靠性方面，能夠適應用戶執行手勢時的自然變異，即使同一手勢每次執行時產生的振動不完全一致，系統也能準確識別。此外，從手勢執行到識別的整個過程延遲低，為實時交互提供了可能。因此，本振動傳感器及其手勢識別應用展示了液態金屬振動傳感器在交互
的巨大潛力，尤其是在智能設備控制、虛擬現實交互等方面的應用。

26、本專利技術的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本專利技術的實踐了解到。

本文檔來自技高網...

【技術保護點】

1.一種基于液態金屬核殼結構的振動傳感器，其特征在于，包括柔性基材(100)、絕緣薄膜(110)、電極(130)、導電線(120)和金屬液滴(140)，柔性基材(100)的兩端面處分別粘貼有對應的絕緣薄膜(110)，每張絕緣薄膜(110)上間隔地布置有至少一對電極(130)，電極(130)與對應的導電線(120)電氣連接，柔性基材(100)的中部開設有腔室，腔室中放置有金屬液滴(140)，金屬液滴(140)在腔室內滾動，使得金屬液滴(140)與柔性基材(100)端面處的絕緣薄膜(110)接觸或不接觸。

2.根據權利要求1所述的一種基于液態金屬核殼結構的振動傳感器，其特征在于，所述金屬液滴(140)的直徑小于柔性基材(100)兩個端面之間的距離。

3.根據權利要求1所述的一種基于液態金屬核殼結構的振動傳感器，其特征在于，每張所述絕緣薄膜(110)上布置的每對電極(130)為叉指電極對。

4.根據權利要求1所述的一種基于液態金屬核殼結構的振動傳感器，其特征在于，每張所述絕緣薄膜(110)上布置有2對電極(130)。

5.根據權利要求1所

6.根據權利要求1所述的一種基于液態金屬核殼結構的振動傳感器，其特征在于，所述金屬液滴(140)的材質包括汞、汞合金、鎵、鎵銦錫合金、鉍銦錫合金和質量分數為75％的鎵和25％的銦組成的共晶鎵銦合金中的一種。

7.一種如權利要求1至6任一項所述的一種基于液態金屬核殼結構的振動傳感器的制作方法，其特征在于，制作方法包括以下步驟：

8.一種動態手勢識別系統，其特征在于，包括權利要求1-6任一所述的基于液態金屬核殼結構的振動傳感器、信號預處理模塊和手勢識別模塊，至少一個所述振動傳感器固定安裝在手部，振動傳感器將采集的手部振動信號發送給信號預處理模塊，信號預處理模塊將預處理后的振動信號發送給手勢識別模塊，手勢識別模塊輸出動態手勢結果。

9.根據權利要求8所述的一種動態手勢識別系統，其特征在于，所述信號預處理模塊中，對振動傳感器采集的手部振動信號進行濾波、去噪。

10.根據權利要求8所述的一種動態手勢識別系統，其特征在于，所述手勢識別模塊為支持向量機分類器或基于多層感知器的分類器。

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【技術特征摘要】

2.根據權利要求1所述的一種基于液態金屬核殼結構的振動傳感器，其特征在于，所述金屬液滴(140)的直徑小于柔性基材(100)兩個端面之間的距離。

3.根據權利要求1所述的一種基于液態金屬核殼結構的振動傳感器，其特征在于，每張所述絕緣薄膜(110)上布置的每對電極(130)為叉指電極對。

4.根據權利要求1所述的一種基于液態金屬核殼結構的振動傳感器，其特征在于，每張所述絕緣薄膜(110)上布置有2對電極(130)。

5.根據權利要求1所述的一種基于液態金屬核殼結構的振動傳感器，其特征在...

【專利技術屬性】
技術研發人員：宋秀菊，馮毅雄，李普衍，洪兆溪，張志峰，譚建榮，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：

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