[发明专利]一种光纤型可穿戴人体动作传感器

说明书

本发明公开了一种光纤型可穿戴人体动作传感器，包括微米光纤探针、光纤传感保护单元、柔性封装单元，微米光纤探针用于根据由于人体运动而使其中的锥形过渡区和微米光纤区发生弯曲形变所引起的反射光信号的变化来感测人体的动作；微米光纤探针可承受关节屈伸这种大角度弯曲形变，具有更好的柔韧性和更高的拉伸强度。本发明公开了一种微米光纤探针的制备方法，对普通单模光纤进行熔融拉锥制得微米光纤探针，大大降低了制备工艺的复杂性。本发明还公开了一种光纤型可穿戴人体动作传感器的多点检测装置，基于时分复用的原理，设置不同长度的传导光纤将每个可穿戴传感器的反射光脉冲分隔区分，实现多点同时检测，提高了多点检测装置的灵活性和泛用性。

技术领域

本发明属于可穿戴光纤传感技术领域，更具体地，涉及一种光纤型可穿戴人体动作传感器。

背景技术

可穿戴传感器在人体运动监测和医疗保健领域中的应用一直都备受关注，在人机交互，康复治疗和运动员训练等方面都起到重要的作用。随着柔性导电材料的发展，现有的电学类可穿戴传感器一般是将导电传感单元与柔性封装材料相结合，当人体运动作用在可穿戴传感器时使导电传感单元发生机械形变，导致导电传感单元的电学性质发生改变。然而，由于绝缘不足导致的电流泄漏，导电传感单元的制备复杂程度以及无法抵抗电磁干扰的本质缺陷等仍然是电学类可穿戴传感器目前暂时无法有效解决的难题，影响其实际应用的推广。

由于现有的电学类可穿戴传感器存在着上述不足，研究人员将目光投向了更具潜力的光学传感器，特别是光纤型可穿戴传感器。与电学类可穿戴传感器相比，光纤传感器具有固有的电气安全性，良好的抗电磁干扰能力和结构紧凑，灵敏度高等优势。然而传统的石英光纤刚性较高，可拉伸性很低，传感器的曲率范围一般限制在10m^-1以下，在大弯曲形变情况下传输损耗会激增且容易断裂，柔韧性较差，并不适用于可穿戴传感器。

综上所述，提供一种柔韧性较好的可穿戴人体动作传感器是亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种光纤型可穿戴人体动作传感器，旨在解决现有技术中由于采用石英光纤而导致的柔韧性较差的问题。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种光纤型可穿戴人体动作传感器，包括微米光纤探针、光纤传感保护单元、柔性封装单元；

其中，微米光纤探针用于根据由于人体运动使其中的锥形过渡区和微米光纤区发生弯曲形变所引起的反射光信号的变化来感测人体的动作；

光纤传感保护单元覆盖在所述微米光纤探针表面，用于使微米光纤探针处于一种低折射率环境中，提高端面的反射率，防止微米光纤探针中的导模功率泄漏，降低弯曲损耗，实现大范围弯曲形变测量；

柔性封装单元用于通过对微米光纤探针和光纤传感保护单元进行封装使得可穿戴人体动作传感器能够直接穿戴在人体上。

进一步优选地，光纤传感保护单元可以为特氟龙保护薄膜。

进一步优选地，柔性封装单元可以为柔性封装贴片。

本发明另一方面提供了一种微米光纤探针的制备方法，包括以下步骤：

S1、将单模光纤绝热拉伸成双锥型微米光纤；进一步优选地，可以采用氢氧焰加热拉伸技术将单模光纤绝热拉伸成双锥型微米光纤；

S2、快速拉伸双锥型微米光纤使其发生脆性断裂，形成微米光纤探针；

进一步优选地，本发明还提供了一种光纤型可穿戴人体动作传感器的多点检测装置，包括信号收发与处理模块、多个可穿戴人体动作传感器；

信号收发与处理模块通过单模光纤分别与每个可穿戴人体动作传感器相连；