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表面肌电传感器广泛应用于人体工程学、运动科学和医疗研究等领域,已经引起了全世界的广泛关注并得到了快速发展。然而,目前的表面肌电传感器由于电极的导电性及与皮肤的贴合性差,易引入应变干扰等问题,无法有效地识别运动强度,导致运动员很难判断肌肉运动是否达标,医生很难判断病人肌肉恢复状况是否良好等。本论文前期利用不同的导电材料和结构制备了导电凝胶/PDMS电极、银+PDMS复合电极与镓铟锡液态金属+PDMS复合电极,并对其阻抗和应变电学稳定性进行了表征,发现凝胶/PDMS电极的阻抗小,与商业的Ag/Ag Cl凝胶电极相当,但是凝胶弹性电极的初始电阻为2.31MΩ,电阻大,而且在30%拉伸应变下电极电阻变化43.5%,应变电学性能干扰大,而且凝胶失水不利于长时间连续使用;银+PDMS复合电极的阻抗较大,初始电阻为1.09Ω,导电性优异,但是在30%拉伸应变下电极电阻变化56.4%,应变电学性能干扰大;镓铟锡液态金属+PDMS复合电极的导电性优异,初始电阻为16.52mΩ,且由于液态金属几乎无弹性模量,所以大量混合对电极的弹性影响小,并且拉伸时,液态金属在弹性基底PDMS中流动,不会造成导电通路断开的情况,所以拉伸30%时电阻仅变化1.91%,拉伸稳定性优异,而且由于液态金属溢出PDMS表面,使得液态金属直接与皮肤接触,因此电极-皮肤的阻抗小,与商业Ag/Ag Cl凝胶电极的阻抗相当。但是正因为液态金属溢出样品表面,会造成电极污染皮肤。通过总结前期实验中弹性电极的优缺点,最终制备了三层结构弹性表面肌电电极(PDMS/Ga In Sn+PDMS/银包镍+PDMS)。电极底层由导电磁性颗粒(银包镍粉)与PDMS组成,垂直磁场下,银包镍粉在未固化的PDMS中形成了垂直方向的导电柱,从人体皮肤中收集电信号电荷,并通过中间层(Ga In Sn+PDMS)传输到后端信号处理电路,顶层PDMS封装电极,起到电学保护的作用。该三层结构弹性表面肌电电极厚度约200μm,垂向和横向电阻率仅分别为0.237mΩ.cm和1.635mΩ.cm,使得电极与皮肤间有良好的贴合性和低的阻抗(150Hz时其阻抗值约47.23kΩ)。更为重要的是,在30%的皮肤拉伸应变下其阻抗值仅变化了10%,反复拉伸1500次无明显衰减。应用示范的结果显示,肱二头肌压10 kg到30kg力的过程中,电极信噪比增加了8.97d B,分别比传统的Ag/Ag Cl凝胶电极和铜电极相比提高了196%和154%;当测试者分别从10厘米和50厘米的高度跳下,贴于腓肠肌电极的信噪比(SNR)提高了22.53dB,分别比传统Ag/Ag Cl和铜电极提高了206%和330%,充分展示了基于该电极的表面肌电传感器在评估运动强度上的优势和应用潜力,证明了由于应变不敏感,信号的信噪比得以保留,使得肌电电极能够区分不同的运动强度,这使我们的电极成为体育和医学领域人体健康监测的特殊候选者。