申请/专利权人：浙江体育科学研究所(浙江省反兴奋剂中心)

申请日：2019-07-16

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN110338808B

主分类号：A61B5/11

分类号：A61B5/11;A61B5/0531;A61B5/259;A61B5/296

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2024.04.02#著录事项变更;2019.11.12#实质审查的生效;2019.10.18#公开

摘要：本发明公开了一种用于竞技运动员运动探测的可贴式柔性检测贴及制备方法，可拉伸应变传感器层设于水凝胶层上方，可拉伸绝缘层设于可拉伸应变传感器层上方，可拉伸绝缘层上方设可拉伸电极层和处理电路层，可拉伸电极层和处理电路层上方分别通过可拉伸电连接线与肌肉电极电连接，处理电路层分别与可拉伸电极层和肌肉电极电连接，整体形成一体式的可贴式柔性检测贴结构；包括打印可拉伸应变传感器层、涂覆制作水凝胶层、形成可拉伸绝缘层等制备步骤；安装使用便捷，具有柔韧性可贴性，具多功能运动探测系统需求，更好满足对竞技体育运动员关节角度、运动速度、肌肉功能状态，运动疲劳分析等探测需求。

主权项：1.一种用于竞技运动员运动探测的可贴式柔性检测贴制备方法，其特征在于：可贴式柔性检测贴包括可拉伸应变传感器层、水凝胶层、可拉伸绝缘层、可拉伸电极层、处理电路层以及肌肉电极和可拉伸电连接线，其中可拉伸应变传感器层设于水凝胶层上方，可拉伸绝缘层设于可拉伸应变传感器层上方，可拉伸绝缘层上方设可拉伸电极层和处理电路层，可拉伸电极层和处理电路层上方分别通过可拉伸电连接线与肌肉电极电连接，处理电路层分别与可拉伸电极层和肌肉电极电连接，整体形成一体式的可贴式柔性检测贴结构；可贴式柔性检测贴包括如下制备步骤：01：将导电纳米金线与聚二甲基硅氧烷或水凝胶按照质量比1-5：5通过机械搅拌混合成导电的凝胶态，通过挤出式打印机或者丝网印刷机，打印出可拉伸应变传感器层；02：利用涂覆技术将水凝胶涂覆在可拉伸应变传感器层背面，并在60～100度温度下进行烘烤处理5～60分钟，形成水凝胶层，且水凝胶层上粘贴有10～100微米厚的聚酰亚胺塑料膜；03：利用旋涂的方法在可拉伸应变传感器层正面制备液态的弹性高分子膜，并在60～120度温度下进行烘烤处理20～60分钟，形成可拉伸绝缘层；04：对上述步骤01～步骤03形成的多层复合薄膜进行预先拉伸，利用物理气相沉积的方法制备导电金属金，获得具备褶皱结构的可拉伸电极层，进行拉伸时，褶皱可以展开，进而金膜不会断裂；05：按照上述步骤04的方法制备出可拉伸电极层，将其浸入装有聚二甲基硅氧烷的模具内，利用绝缘的聚二甲基硅氧烷进行封装，实现可拉伸电极层表面金膜的绝缘封装，并在60～120度进行烘烤处理20～60分钟，脱模后，形成可拉伸电连接线；06：将导电金属纳米颗粒或纳米线与水凝胶按照质量比1-5：5通过机械搅拌混合，静置10～30分钟，将可拉伸电连接线一头与其连通，并在60～100度进行烘烤处理5～60分钟，形成肌电电极与可拉伸电连接线的连接结构；07：将处理电路层通过聚二甲基硅氧烷固定于可拉伸绝缘层之上，通过导电胶将处理电路层的信号输入端通过导电胶与可拉伸电连接线电连接，可拉伸电连接线和可拉伸电极电连接，处理电路层的信号输出端通过蓝牙或导电线与显示装置相连接。

全文数据：用于竞技运动员运动探测的可贴式柔性检测贴及制备方法技术领域本发明涉及一种运动训练监控检测系统，尤其是涉及一种使用于竞技体育运动员运动探测的可贴式柔性检测系统。背景技术随着传感器、大数据、物联网、人工智能等技术的快速发展，运动训练监控的智能化发展也成为推动竞技体育运动成绩的又一“利器”。对于竞技运动来说，智能体育设备的核心就是实现对运动员身体机能和运动参数的探测。运动员的运动探测通常可以分为图像法和传感器法，图像法采用在运动员的身体布置反光标志点，利用多台摄像机记录人在运动时各标志点的运动轨迹，进而分析得到训练运动员的运动角度、速度和加速度等数据信息；一般来说图像法存在着需要配合摄像头、操作复杂、比较费时，很难满足“不局限空间、便捷操作”要求等缺陷问题。而传感器法通常采用在运动员各个关节处安装传感器，再通过传感器实时精确地获得运动员各个关节部位的运动参数，进而进行运动角度、速度、加速度、受力等的分析。虽然传感器法容易与可穿戴设备集成，是运动监控过程中便捷、实时的探测关节运动的最有竞争力的方法；然而目前的传感器普遍采用为刚性的MEMS（微机电系统）传感器，其模量达到上百GPa，与人体、运动员的服装不兼容，另外现有的远动员关节运动探测的系统，一般也没有将运动状态的探测与肌肉运动状态信息相结合，无法达到更好进行综合评价运动员的训练状态，而且安装及其复杂。发明内容本发明为解决现有竞技体育训练对运动员身体机能和运动参数的探测存在着操作复杂，需要配合摄像头等设备，或者采用刚性的MEMS传感器与人体或运动员服装兼容性差，未能将运动状态的探测与肌肉运动状态信息相结合，不能达到更好进行综合评价运动员的训练状态等现状而提供的一种安装使用便捷，具有柔韧性可贴性，具多功能运动探测系统需求，更好满足对竞技体育运动员关节角度、运动速度、肌肉功能状态，运动疲劳分析等探测需求的用于竞技体育运动员运动探测的可贴式柔性检测系统。本发明为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种用于竞技运动员运动探测的可贴式柔性检测贴，其特征在于：包括可拉伸应变传感器层、水凝胶层、可拉伸绝缘层、可拉伸电极层、处理电路层以及肌肉电极和可拉伸电连接线，其中可拉伸应变传感器层设于水凝胶层上方，可拉伸绝缘层设于可拉伸应变传感器层上方，可拉伸绝缘层上方设可拉伸电极层和处理电路层，可拉伸电极层和处理电路层上方分别通过可拉伸电连接线与肌肉电极电连接，处理电路层分别与可拉伸电极层和肌肉电极电连接，整体形成一体式的可贴式柔性检测贴结构。安装使用便捷，具有柔韧性可贴性，具多功能运动探测系统需求，更好满足对竞技体育运动员关节角度、运动速度、肌肉功能状态，运动疲劳分析等探测需求；能够进行拉伸、可贴附性，集成了柔性电极、可拉伸应变传感器层、处理电路层、肌肉电极具有表面肌电探测电极和人体阻抗探测电极功能，更好满足对竞技体育运动员关节角度、运动速度、肌肉力学分析、人体疲劳等多种探测的需求，具有很好的应用潜力。作为优选，所述的可拉伸应变传感器层采用为基于石墨烯与聚二甲基硅氧烷按照质量比1-2：10构成的复合材质结构的电阻式应变传感器。提高传感器的可拉伸使用效果。作为优选，所述的水凝胶层底面粘贴设有聚酰亚胺塑料保护膜。提高使用前的保护安全有效性。作为优选，所述的可拉伸绝缘层采用为聚二甲基硅氧烷材质结构。聚二甲基硅氧烷材质具有高达110%的高拉伸性，提高绝缘层的拉伸使用有效性。作为优选，所述的肌电电极采用银纳米线与水凝胶按照质量比1-5：5复合而成的材质结构。提高肌肉电极的粘贴性效果。作为优选，所述的可拉伸电极层为在可拉伸绝缘层上制备褶皱结构的导电金膜。提高可拉伸电极层制成后的拉伸使用有效性。作为优选，所述的处理电路层通过聚二甲基硅氧烷固定设于可拉伸绝缘层之上，处理电路层的信号输入端通过导电胶与可拉伸电连接线电连接，可拉伸电连接线和可拉伸电极层电连接，处理电路层的信号输出端通过蓝牙或导电线与显示装置相连接。聚二甲基硅氧烷材质具有高达110%的高拉伸性，提高绝缘层及可拉伸电极层、可拉伸电连接线的拉伸使用有效性。作为优选，所述的处理电路层采用芯片型号为AD5933的阻抗测量芯片。提高阻抗测量处理简单便捷性。作为优选，所述的肌肉电极设有两个，两个肌肉电极之间具有空间隔开距离。提高分别对测量运动员身体的不同位置阻抗变化信息，可以监控运动员的出汗、脂肪等信息的变化测量有效性。本发明的另一个发明目的在于提供一种用于竞技运动员运动探测的可贴式柔性检测贴制备方法，其特征在于：包括如下制备步骤01：将导电纳米金线与聚二甲基硅氧烷或水凝胶按照质量比1-5：5通过机械搅拌混合成导电的凝胶态，通过挤出式打印机或者丝网印刷机，打印出可拉伸应变传感器层；02：利用涂覆技术将水凝胶涂覆在可拉伸应变传感器层背面，并在60～100度温度下进行烘烤处理5～60分钟，形成水凝胶层，且水凝胶层上粘贴有10～100微米厚的聚酰亚胺塑料膜；03：利用旋涂的方法在可拉伸应变传感器层正面制备液态的弹性高分子膜，并在60～120度温度下进行烘烤处理20～60分钟，形成可拉伸绝缘层；04：对上述步骤1～步骤3形成的多层复合薄膜进行预先拉伸，利用物理气相沉积的方法制备导电金属金，获得具备褶皱结构的可拉伸电极层，进行拉伸时，褶皱可以展开，进而金膜不会断裂；05：按照上述步骤4的方法制备出可拉伸电极层，将其浸入装有聚二甲基硅氧烷的模具内，利用绝缘的聚二甲基硅氧烷进行封装，实现可拉伸电极层表面金膜的绝缘封装，并在60～120度进行烘烤处理20～60分钟，脱模后，形成可拉伸电连接线；06：将导电金属纳米颗粒或纳米线与水凝胶按照质量比1-5：5通过机械搅拌混合，静置10～30分钟，将可拉伸电连接线一头与其连通，并在60～100度进行烘烤处理5～60分钟，形成肌电电极与可拉伸电连接线的连接结构；07：将处理电路层通过聚二甲基硅氧烷固定于可拉伸绝缘层之上，通过导电胶将处理电路层的信号输入端通过导电胶与可拉伸电连接线电连接，可拉伸电连接线和可拉伸电极电连接。提高可贴式柔性检测贴的制备及检测使用可靠有效性。可以探测运动员关节运动的角度，且通过电阻变化的速率，能间接测量出关节的运动速度等信息，由于可拉伸电连接线可以拉伸，可以将肌电电极粘贴于参与运动的肌肉上，进而获得不同肌肉的运动力学信息。本发明的有益效果是：安装使用便捷，具有柔韧性可贴性，具多功能运动探测系统需求，更好满足对竞技体育运动员关节角度、运动速度、肌肉功能状态，运动疲劳分析等探测需求；能够进行拉伸、可贴附性，集成了柔性电极、可拉伸应变传感器层、处理电路层、肌肉电极具有表面肌电探测电极和人体阻抗探测电极功能，满足对竞技体育运动员关节角度、运动速度、肌肉力学分析、人体疲劳等多种探测的需求，具有很好的应用潜力。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。图1是本发明用于竞技运动员运动探测的可贴式柔性检测贴的结构示意图。具体实施方式实施例1：图1所示的实施例中，一种用于竞技运动员运动探测的可贴式柔性检测贴，包括可拉伸应变传感器层10、水凝胶层20、可拉伸绝缘层30、可拉伸电极层40、处理电路层70以及肌肉电极50和可拉伸电连接线60，其中可拉伸应变传感器层设于水凝胶层上方，可拉伸绝缘层设于可拉伸应变传感器层上方，可拉伸绝缘层上方设可拉伸电极层和处理电路层，可拉伸电极和处理电路层上方分别通过可拉伸电连接线与肌肉电极电连接，处理电路层分别与可拉伸电极层和肌肉电极电连接，整体形成一体式的可贴式柔性检测贴结构。可拉伸电连接线60为褶皱结构的导电金Au膜，且表面封装有聚二甲基硅氧烷（PDMS），其拉伸范围为110%；可拉伸应变传感器层采用为基于石墨烯与聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合材质按照质量比1-5：5结构的电阻式应变传感器。石墨烯与聚二甲基硅氧烷（PDMS）按照质量比1-5：5进行复合而成。水凝胶层有良好的粘性，与皮肤生物兼容性良好，可获得良好的与运动员肌肤之间的生物粘贴性，而其他胶没这个特点；水凝胶层底面粘贴设有聚酰亚胺塑料保护膜。可拉伸绝缘层采用为聚二甲基硅氧烷材质结构的弹性高分子材料结构，当然也可以是采用PDMS、SEBS或TPE等弹性高分子材料。肌电电极采用银纳米线与水凝胶按照质量比1-5：5复合而成的材质结构。银纳米线与水凝胶按照质量比1-5：5进行复合而成。可拉伸电极层为在可拉伸绝缘层上制备褶皱结构的导电金膜。处理电路层通过聚二甲基硅氧烷固定设于可拉伸绝缘层之上，处理电路层的信号输入端通过导电胶与可拉伸电连接线电连接，可拉伸电连接线和可拉伸电极层电连接。处理电路层采用芯片型号为AD5933的阻抗测量芯片。处理电路层的信号输出端通过蓝牙或导电线与显示装置相连接。处理电路层采用现有技术中使用AD5933的阻抗测量芯片的阻抗测量电路进行对可拉伸应变传感器层电阻的探测；以及对通过两个肌肉电极实现人体的阻抗探测；人体的肌电信号探测，从而实现满足对竞技体育运动员关节角度、运动速度、肌肉功能状态，运动疲劳分析等探测需求；电阻、阻抗及肌电信号测量单元可以选择现有技术中商业化的AD5933阻抗测量芯片进行测量，可实现高精度电阻或阻抗检测。处理电路层包括AD5933的阻抗测量芯片、商用的电阻或阻抗检测与放大电路、模数转换电路、蓝牙模块及电源的电路困控制集成，主要用于实现对可拉伸应变传感器层电阻的探测；以及对通过两个肌肉电极实现人体的阻抗探测；人体的肌电信号探测，通过蓝牙模块与智能手机或智能终端APP蓝牙传输检测处理数据，获得对竞技体育运动员的训练监控探测。肌肉电极设有两个，两个肌肉电极之间具有空间隔开距离，提高对不同位置的阻抗变化检测，检测监控获得运动员的出汗、脂肪等信息变化。实施例2：一种用于竞技运动员运动探测的可贴式柔性检测贴制备方法，包括如下制备步骤：01：将导电纳米金线与聚二甲基硅氧烷、水凝胶通过机械搅拌按照质量比1-5：5混合成导电的凝胶态，通过挤出式打印机或者丝网印刷机，打印出可拉伸应变传感器层；02：利用涂覆技术将水凝胶涂覆在可拉伸应变传感器层背面，并在60度温度下进行烘烤处理20分钟，形成水凝胶层，且水凝胶层上粘贴有30微米厚的聚酰亚胺塑料膜；当然也可以是采用在60～100度温度下进行烘烤处理5～60分钟，形成水凝胶层，且水凝胶层上粘贴有10～100微米厚的聚酰亚胺塑料膜；03：利用旋涂的方法在可拉伸应变传感器层正面制备液态的弹性高分子膜，并在80度温度下进行烘烤处理40分钟，形成可拉伸绝缘层；当然也可以是采用在60～120度温度下进行烘烤处理20～60分钟，形成可拉伸绝缘层；04：对上述步骤01～步骤03形成的多层复合薄膜进行预先拉伸，利用物理气相沉积的方法制备导电金属金，获得具备褶皱结构的可拉伸电极层，进行拉伸时，褶皱可以展开，进而金膜不会断裂；05：按照上述步骤04的方法制备出可拉伸电极层，将其浸入装有聚二甲基硅氧烷的模具内，利用绝缘的聚二甲基硅氧烷（PDMS）进行封装，实现可拉伸电极层表面金膜的绝缘封装，并在100度进行烘烤处理30分钟，脱模后，形成可拉伸电连接线；当然也可以是采用将其浸入装有聚二甲基硅氧烷的模具内，利用绝缘的聚二甲基硅氧烷进行封装，实现可拉伸电极层表面金膜的绝缘封装，并在60～120度进行烘烤处理20～60分钟，脱模后，形成可拉伸电连接线；06：将导电金属纳米颗粒或纳米线与水凝胶按照质量比1-5：5通过机械搅拌混合，静置10～30分钟，将可拉伸电连接线一头与其连通，并在80度进行烘烤处理50分钟，形成肌电电极与可拉伸电连接线的连接结构；当然也可以是采用静置10～30分钟，将可拉伸电连接线一头与其连通，并在60～100度进行烘烤处理5～60分钟，形成肌电电极与可拉伸电连接线的连接结构；07：将处理电路层通过聚二甲基硅氧烷固定于可拉伸绝缘层之上，通过导电胶将处理电路层的信号输入端通过导电胶与可拉伸电连接线电连接，可拉伸电连接线和可拉伸电极电连接。使用时，在使用本发明的可贴式柔性检测贴或可贴式柔性检测系统时，撕掉塑料保护膜，可以将探测系统直接粘贴在关节的皮肤上，比如运动员进行手臂弯曲，可拉伸应变传感器层被拉伸，其长度发生变化，电阻发生改变，进而可以探测运动员关节运动的角度，且通过电阻变化的速率，能间接测量出关节的运动速度等信息，由于可拉伸电连接线60可以拉伸，可以将肌电电极50粘贴于参与运动的肌肉上，进而获得不同肌肉的运动力学信息；同时两个肌电电极50分别可以测量运动员身体的不同位置阻抗变化信息，可以监控运动员的出汗、脂肪等信息的变化，进而通过不同位置的信息反应出疲劳状态；此外，当运动员出现痉挛时，可以通过肌电电极50对运动员进行电刺激，进而缓解痉挛的状态。与现有技术相比，本发明能够进行拉伸、可贴附，集成了柔性电极、可拉伸应变传感器、处理电路、表面肌电探测、人体阻抗探测，满足对竞技体育运动员关节角度、运动速度、肌肉力学分析、人体疲劳等多种探测的需求，具有很好的应用潜力。以上内容和结构描述了本发明产品的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解。上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本发明范围之内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

权利要求：1.一种用于竞技运动员运动探测的可贴式柔性检测贴，其特征在于：包括可拉伸应变传感器层、水凝胶层、可拉伸绝缘层、可拉伸电极层、处理电路层以及肌肉电极和可拉伸电连接线，其中可拉伸应变传感器层设于水凝胶层上方，可拉伸绝缘层设于可拉伸应变传感器层上方，可拉伸绝缘层上方设可拉伸电极层和处理电路层，可拉伸电极层和处理电路层上方分别通过可拉伸电连接线与肌肉电极电连接，处理电路层分别与可拉伸电极层和肌肉电极电连接，整体形成一体式的可贴式柔性检测贴结构。2.按照权利要求1所述的用于竞技运动员运动探测的可贴式柔性检测贴，其特征在于：所述的可拉伸应变传感器层采用为基于石墨烯与聚二甲基硅氧烷按照质量比1-2：10复合材质结构的电阻式应变传感器。3.按照权利要求1所述的用于竞技运动员运动探测的可贴式柔性检测贴，其特征在于：所述的水凝胶层底面粘贴设有聚酰亚胺塑料保护膜。4.按照权利要求1所述的用于竞技运动员运动探测的可贴式柔性检测贴，其特征在于：所述的可拉伸绝缘层采用为聚二甲基硅氧烷材质结构。5.按照权利要求1所述的用于竞技运动员运动探测的可贴式柔性检测贴，其特征在于：所述的肌电电极采用银纳米线与水凝胶按照质量比1-5：5复合而成的材质结构。6.按照权利要求1所述的用于竞技运动员运动探测的可贴式柔性检测贴，其特征在于：所述的可拉伸电极层为在可拉伸绝缘层上制备褶皱结构的导电金膜。7.按照权利要求1所述的用于竞技运动员运动探测的可贴式柔性检测贴，其特征在于：所述的处理电路层通过聚二甲基硅氧烷固定设于可拉伸绝缘层之上，处理电路层的信号输入端通过导电胶与可拉伸电连接线电连接，可拉伸电连接线和可拉伸电极层电连接，处理电路层的信号输出端通过蓝牙或导电线与显示装置相连接。8.按照权利要求7所述的用于竞技运动员运动探测的可贴式柔性检测贴，其特征在于：所述的处理电路层采用芯片型号为AD5933的阻抗测量芯片。9.按照权利要求7所述的用于竞技运动员运动探测的可贴式柔性检测贴，其特征在于：所述的肌肉电极设有两个，两个肌肉电极之间具有空间隔开距离。10.一种用于竞技运动员运动探测的可贴式柔性检测贴制备方法，其特征在于：包括如下制备步骤01：将导电纳米金线与聚二甲基硅氧烷或水凝胶按照质量比1-5：5通过机械搅拌混合成导电的凝胶态，通过挤出式打印机或者丝网印刷机，打印出可拉伸应变传感器层；02：利用涂覆技术将水凝胶涂覆在可拉伸应变传感器层背面，并在60～100度温度下进行烘烤处理5～60分钟，形成水凝胶层，且水凝胶层上粘贴有10～100微米厚的聚酰亚胺塑料膜；03：利用旋涂的方法在可拉伸应变传感器层正面制备液态的弹性高分子膜，并在60～120度温度下进行烘烤处理20～60分钟，形成可拉伸绝缘层；04：对上述步骤01～步骤03形成的多层复合薄膜进行预先拉伸，利用物理气相沉积的方法制备导电金属金，获得具备褶皱结构的可拉伸电极层，进行拉伸时，褶皱可以展开，进而金膜不会断裂；05：按照上述步骤4的方法制备出可拉伸电极层，将其浸入装有聚二甲基硅氧烷的模具内，利用绝缘的聚二甲基硅氧烷进行封装，实现可拉伸电极层表面金膜的绝缘封装，并在60～120度进行烘烤处理20～60分钟，脱模后，形成可拉伸电连接线；06：将导电金属纳米颗粒或纳米线与水凝胶按照质量比1-5：5通过机械搅拌混合，静置10～30分钟，将可拉伸电连接线一头与其连通，并在60～100度进行烘烤处理5～60分钟，形成肌电电极与可拉伸电连接线的连接结构；07：将处理电路层通过聚二甲基硅氧烷固定于可拉伸绝缘层之上，通过导电胶将处理电路层的信号输入端通过导电胶与可拉伸电连接线电连接，可拉伸电连接线和可拉伸电极电连接，，处理电路层的信号输出端通过蓝牙或导电线与显示装置相连接。

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