柔性传感器制备方法、传感器、面部表情识别系统及方法
本发明属于面部表情识别，尤其涉及一种柔性传感器制备方法、传感器、面部表情识别系统及方法。
背景技术：
1、面部表情识别在情感认知中起着至关重要的作用，传统的面部表情识别往往通过采集面部肌肉拉伸动作信号、采集面部肌电信号等单一信号来识别面部表情，单一的传感器信号中能够提取的面部表情特征相对较少，传感器信号数据量也相对有限，以及采集过程中容易受到外界因素的干扰，抗干扰性差，导致对面部表情识别准确率下降。
2、发明人发现，设置多模传感器同时采集面部电容信号和肌电信号的方式，可以解决面部表情识别时采用单一信号采集传感器存在的问题；但是，因多模传感器中，用于采集电容信号的膜层和用于采集肌电信号的膜层之间势必会存在干扰，会影响传感器的电容响应，从而降低电容性能和传感器性能，不能保证对面部表情识别的准确率。
技术实现思路
1、本发明为了解决上述问题，提出了一种柔性传感器制备方法、传感器、面部表情识别系统及方法，考虑到微结构对电容性能的促进作用，选择聚偏二氟乙烯作为材料使用混合液相分离法制备多孔电极，介电层采用静电纺丝方法制备一层较薄的纺丝膜，构成了电极层与介电层双耦合的微结构，显著提高了传感器性能；同时，为了形成电双层效应提高电容的响应，传感器的介电层选用了聚乙烯醇掺杂不同浓度的1-丁基-2，3-二甲基咪唑氯盐；制备的柔性传感器结合了双耦合的微结构和电双层效应的优势，能够保证电容性能和传感器性能，保证了对面部表情识别的准确率。
2、为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种柔性传感器制备方法，采用如下技术方案：
3、一种柔性传感器制备方法，制备介电层，在制备好介电层的两侧设置电容传感器的电极；在电容传感器极板的外侧镀银以制备采集肌电信号的电极；
4、采用静电纺丝方法制备一层纺丝膜，构成电极层与介电层双耦合的微结构；所述介电层选用聚乙烯醇掺杂不同浓度的1-丁基-2，3-二甲基咪唑氯盐进行制备；所述电极为多孔电极，选择聚偏二氟乙烯作为材料使用混合液相分离法进行制备。
5、进一步的，所述电极的制备包括：使用聚偏二氟乙烯膜为基底，利用磁控溅射在聚偏二氟乙烯薄膜上沉积ag为电极。
6、进一步的，进行多孔膜的制备，包括：取聚偏二氟乙烯加入5.5gn，n-二甲基甲酰胺在70°下搅拌直至完全溶解，后加入3g正辛烷，将混合溶液在130°下搅拌直至混合均匀；
7、之后进行旋涂的步骤，取一玻璃片，将该玻璃片加热到130°，接着将配置好的溶液滴在玻璃片上旋涂15s，旋涂结束后在空气中静置1min，最后将玻璃片放入水中冷却，直至薄膜变为白色从玻璃片上剥离为止。
8、进一步的，进行ag薄膜的制备，包括：利用磁控溅射在多孔膜上沉积ag；将腔体压力泵至5×10-3pa后，通入20sccm流量的氩气，在1pa的工作气压下，将直流电源设置为50w，溅射15分钟。
9、进一步的，将配置好的溶液滴在玻璃片上在600转～1600转的速度下旋涂15s。
10、进一步的，所述介电层的制备包括：取2g聚乙烯醇颗粒加入18g去离子水，在90°800转的条件下搅拌8个小时直至聚乙烯醇完全溶解，得到10wt％的聚乙烯醇溶液；在所制备的聚乙烯醇溶液中加入不同质量分数的1-丁基-2，3-二甲基咪唑氯盐离子液体，搅拌至完全溶解，得到聚乙烯醇/1-丁基-2，3-二甲基咪唑氯盐前驱体溶液；静电纺丝以流速为0.5ml/h，外加电压为19kv；不锈钢基板上的铝箔作为静电纺丝纤维膜的接收底座；收集器与注射器保持在12厘米的距离上；所获得的产品在室温下干燥。
11、进一步的，以聚乙烯醇/1-丁基-2，3-二甲基咪唑氯盐的静电纺丝膜为介电层，用聚偏二氟乙烯进行液相分离制备的多孔膜为电极层，组装三明治结构的传感器。
12、为了实现上述目的，第二方面，本发明还提供了一种柔性传感器，采用如下技术方案：
13、一种传感器，采用如第一方面中所述的柔性传感器制备方法制备得到。
14、为了实现上述目的，第三方面，本发明还提供了一种面部表情识别系统，采用如下技术方案：
15、一种面部表情识别系统，包括相互连接的柔性传感器、数据采集电路和上位机；所述柔性传感器采用如第二方面中所述的传感器。
16、为了实现上述目的，第四方面，本发明还提供了一种面部表情识别系统方法，采用如下技术方案：
17、一种面部表情识别方法，采用了如第三方面中所述的面部表情识别系统，包括：利用柔性传感器采集面部的电容信号和肌电信号；根据电容信号和肌电信号，利用预设的神经网络模型进行面部表情识别。
18、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
19、本发明中制备用于采集面部电容信号的电容式传感器，在制备好的电容式传感器的极板外侧设置有用于采集面部肌电信号的电极；其中，考虑到微结构对电容性能的促进作用，选择聚偏二氟乙烯作为材料使用混合液相分离法制备多孔电极，介电层采用静电纺丝方法制备一层较薄的纺丝膜，构成了电极层与介电层双耦合的微结构，显著提高了传感器性能。同时，为了形成电双层效应提高电容的响应，传感器的介电层选用了聚乙烯醇掺杂不同浓度的1-丁基-2，3-二甲基咪唑氯盐；本发明制备的柔性传感器结合了双耦合的微结构和电双层效应的优势，在进行面部表情识别的信息采集时，能够保证超高的灵敏度和超宽的压力检测范围，能够保证电容性能和传感器性能，保证了对面部表情识别的准确率。
技术特征：
1.柔性传感器制备方法，其特征在于，制备电容式传感器，在制备好的电容传感器极板的外侧设置用于采集面部肌电信号的电极；
2.如权利要求1所述的柔性传感器制备方法，其特征在于，所述电极的制备包括：使用聚偏二氟乙烯膜为基底，利用磁控溅射在聚偏二氟乙烯薄膜上沉积ag为电极。
3.如权利要求2所述的柔性传感器制备方法，其特征在于，进行多孔膜的制备，包括：取聚偏二氟乙烯加入5.5gn，n-二甲基甲酰胺在70°下搅拌直至完全溶解，后加入3g正辛烷，将混合溶液在130°下搅拌直至混合均匀；
4.如权利要求3所述的柔性传感器制备方法，其特征在于，进行ag薄膜的制备，包括：利用磁控溅射在多孔膜上沉积ag；将腔体压力泵至5×10-3pa后，通入20sccm流量的氩气，在1pa的工作气压下，将直流电源设置为50w，溅射15分钟。
5.如权利要求3所述的柔性传感器制备方法，其特征在于，将配置好的溶液滴在玻璃片上在600转～1600转的速度下旋涂15s。
6.如权利要求1所述的柔性传感器制备方法，其特征在于，所述介电层的制备包括：取2g聚乙烯醇颗粒加入18g去离子水，在90°800转的条件下搅拌8个小时直至聚乙烯醇完全溶解，得到10wt％的聚乙烯醇溶液；在所制备的聚乙烯醇溶液中加入不同质量分数的1-丁基-2，3-二甲基咪唑氯盐离子液体，搅拌至完全溶解，得到聚乙烯醇/1-丁基-2，3-二甲基咪唑氯盐前驱体溶液；静电纺丝以流速为0.5ml/h，外加电压为19kv；不锈钢基板上的铝箔作为静电纺丝纤维膜的接收底座；收集器与注射器保持在12厘米的距离上；所获得的产品在室温下干燥。
7.如权利要求1所述的柔性传感器制备方法，其特征在于，以聚乙烯醇/1-丁基-2，3-二甲基咪唑氯盐的静电纺丝膜为介电层，用聚偏二氟乙烯进行液相分离制备的多孔膜为电极层，组装三明治结构的传感器。
8.传感器，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的柔性传感器制备方法制备得到。
9.一种面部表情识别系统，其特征在于，包括相互连接的柔性传感器、数据采集电路和上位机；所述柔性传感器采用了如权利要求8所述的传感器。
10.一种面部表情识别方法，其特征在于，采用了如权利要求9所述的面部表情识别系统，包括：利用柔性传感器采集面部的电容信号和肌电信号；根据电容信号和肌电信号，利用预设的神经网络模型进行面部表情识别。
技术总结
本发明属于面部表情识别技术领域，提出了一种柔性传感器制备方法、传感器、面部表情识别系统及方法，考虑到微结构对电容性能的促进作用，选择聚偏二氟乙烯作为材料使用混合液相分离法制备多孔电极，介电层采用静电纺丝方法制备一层较薄的纺丝膜，构成了电极层与介电层双耦合的微结构，显著提高了传感器性能。同时，为了形成电双层效应提高电容的响应，传感器的介电层选用了聚乙烯醇掺杂不同浓度的1‑丁基‑2，3‑二甲基咪唑氯盐；本发明制备的柔性传感器结合了双耦合的微结构和电双层效应的优势，在进行面部表情识别的信息采集时，能够保证超高的灵敏度和超宽的压力检测范围，能够保证电容性能和传感器性能，保证了对面部表情识别的准确率。
技术研发人员：牛闳森,郜建强,李阳,高嵩,张春伟,岳文静,阚皞
受保护的技术使用者：济南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5