膝关节对人体来说至关重要,因为它的结构和功能相当复杂,且是人体最大的滑车关节。在日常生活、工作、劳动,尤其是体育运动中,膝关节都起着非常重要的作用。在球类、田径等体育项目中,姿势不当、重心不稳、负荷过重、准备运动不足以及下肢肌群疲劳等原因经常引发膝关节损伤继而引发下肢功能障碍甚至下肢瘫痪；膝关节周围的控制肌群决定了膝关节的安全,因此研究膝关节的控制肌群将对康复医学、病理诊断、运动科学和体育教学等领域产生深远的影响,对预防膝关节劳损和病变有着直接的意义。要研究膝关节的控制肌群,就需要在运动过程中采集肌群的运动信息。基于肌电信号的采集和分析只能够在某种程度上描述神经肌肉的运动。尽管相对于利用针电极通过刺入肌肉体接触肌纤维而得到肌电信号,表面肌电信号的采集使用面电极,具有无创伤性和无副作用等改善,但无论是肌电信号还是表面肌电信号都很容易受到人体自身导电性、心电信号、体温变化和个体体质差异等因素的影响,再加上肌电信号本身非常微弱并且频谱分布很窄,信息采集往往缺乏可靠性和一致性,并且采集过程需要昂贵的设备和安静的环境,难以在真实的运动过程中进行采集和监测。针对目前采集肌群信息的研究局限于肌电信号和表面肌电信号的现状,本文提出了一种新的采集方法：在运动过程全方位采集膝关节控制肌群的压电信息,准确获取肌群的力学运动学参数,以定量揭示膝关节控制肌群的生物力学特征和动力学规律。本文专门设计并制作了基于PVDF的膝关节控制肌群电信息采集传感器。PVDF压电薄膜具有质轻、柔软、极薄、耐冲击和抗腐蚀等优点,并且特别适合工作于动态环境。经过测试和仿真的对比,传感器的悬臂梁最终采用了圆形简支悬臂梁结构。针对传感器的性能开发了信号调理电路,并测试了传感器的性能：压力信号在500N-1500N之间,传感器有良好的输出；激励频率控制在750Hz左右,将获得偏差最小的传感器响应频率；激励频率低于6Hz或者高于2000Hz,传感器响应频率的偏差将超过5%。研究膝关节临床解剖学,设计了传感器阵列布置方案并利用运动紧身裤进行加工。利用深蹲运动进行了动态测试,证明了该采集方法经济、可靠、实用,能够有效采集和监测人体运动时膝关节控制肌群的电信息。