内容简介
本书系统讲解了可穿戴传感器基础理论、关键技术与应用实践。全书以“材料- 结构- 工艺- 应用”为主线，深入剖析可穿戴传感器的核心技术：从碳纳米材料、金属氧化物等敏感材料的设计优化，到压阻式、电容式等传感单元的结构创新，再到微纳加工、激光光刻等先进制造工艺，最终落脚于人体体征监测系统级应用设计。
本书内容新颖，涵盖行业最新研究成果与技术进展；理论实践并重，既系统阐述基础原理，又通过复合传感材料测试、微波式传感结构设计等典型案例进行实证分析；最后，本书还通过人体体征监测系统设计案例，有机整合材料、结构、工艺及测试方法，帮助读者构建系统化的技术认知。
本书适合柔性电子、智能传感等领域的研究人员以及相关企业的工程技术人员参考。
目录
第1章 可穿戴传感器基础 001～061
1.1 可穿戴传感器基本概念与种类 002
1.1.1 可穿戴传感器概述 002
1.1.2 常见可穿戴传感器的分类 003
1.2 可穿戴传感器常见性能指标 037
1.2.1 灵敏度 037
1.2.2 测量范围与量程 038
1.2.3 响应时间 038
1.2.4 迟滞特性 039
1.2.5 分辨率与精度 039
1.2.6 长期稳定性 040
1.2.7 抗干扰能力 040
1.2.8 能耗效率 041
1.3 可穿戴传感器检测机理分析 041
1.3.1 电容式传感机理研究 041
1.3.2 压阻式传感机理研究 042
1.3.3 微波式传感机理研究 044
1.3.4 压电式传感机理研究 048
1.3.5 摩擦电式传感机理研究 051
1.4 可穿戴传感器应用场景与未来发展 052
1.4.1 民用领域可穿戴传感器应用 052
1.4.2 军事领域可穿戴传感器应用 053
1.4.3 可穿戴传感器的未来发展 054
参考文献 055
第2章 可穿戴传感器敏感材料选取与设计 062～097
2.1 碳纳米材料及其衍生复合材料 063
2.1.1 碳纳米复合多功能材料的制备方法 063
2.1.2 碳纳米复合多功能材料的性能表征 065
2.2 金属氧化物及其衍生物纳米材料 068
2.2.1 金属氧化物及其衍生物纳米材料的制备方法 069
2.2.2 金属氧化物及其衍生物纳米材料的性能表征 072
2.3 高分子聚合物纳米材料 074
2.3.1 高分子聚合物薄膜材料的制备和优化 075
2.3.2 高分子聚合物薄膜纳米材料的测试结果 078
2.4 磁性金属有机物框架纳米材料 083
2.4.1 基于金属有机框架的磁性复合材料的制备 083
2.4.2 基于金属有机框架的磁性复合材料的特性分析 085
2.5 复合传感材料案例分析与测试 089
参考文献 095
第3章 可穿戴传感器结构设计与优化 098～137
3.1 电阻式传感检测单元结构设计与分析 099
3.1.1 电阻式可穿戴传感器设计技巧和原则 099
3.1.2 压阻式压力传感器性能测试 100
3.2 电容式传感检测单元结构设计与分析 103
3.2.1 MIM 电容式传感单元结构设计 103
3.2.2 MIM 电容式传感器性能测试 104
3.3 微波谐振式传感检测单元结构设计与分析 105
3.3.1 传感检测最优敏感频点标定 106
3.3.2 单层微波检测单元设计与优化 107
3.3.3 多层射频谐振器结构设计与优化 114
3.3.4 多层微型双工结构设计与优化 118
3.3.5 平面并联叉指电容式微波结构设计与优化 121
参考文献 135
第4章 可穿戴传感单元加工工艺与技术 138～170
4.1 微纳加工技术 139
4.1.1 微纳光刻工艺 139
4.1.2 电容式传感器加工技术及工艺优化案例分析 140
4.1.3 微波式传感器加工技术及工艺优化案例分析 143
4.1.4 优化IPD 加工技术加工微波传感器案例 150
4.2 柔性电子加工技术 152
4.2.1 打印转移工艺 152
4.2.2 物理涂层工艺 158
4.2.3 激光光刻工艺 160
4.2.4 化学沉积工艺 163
4.2.5 磁控溅射工艺 165
参考文献 167
第5章 可穿戴传感器实际应用案例分析 171～232
5.1 传感测试实验分析与测试过程 172
5.1.1 射频传感检测实验仿真分析 172
5.1.2 射频传感测试平台搭建与测试流程 174
5.2 呼吸检测传感应用 180
5.2.1 电容式呼吸检测应用测试 180
5.2.2 微波式呼吸检测应用测试 183
5.3 汗液检测传感应用 185
5.3.1 电容式汗液检测应用 185
5.3.2 微波式汗液检测应用 187
5.4 坐姿检测传感应用 188
5.4.1 久坐人群的健康监测应用 188
5.4.2 智能坐垫坐姿传感阵列算法分析 190
5.4.3 人体不同位置关节实时检测 193
5.5 超疏水抗冻水下运动检测传感应用 195
5.5.1 水下可穿戴凝胶传感器制备与表征 195
5.5.2 超疏水凝胶应变传感器性能测试 208
5.6 手部动作识别传感应用 219
5.6.1 复合石墨烯应变传感器制备与表征 219
5.6.2 机器学习辅助的手部运动识别应用 220
参考文献 231
前言/序言
在数字化时代浪潮中，可穿戴传感器作为前沿科技的重要组成部分，正在深刻改变人类生活方式。这一技术不仅为日常生活带来便捷与创新，更在医疗健康监测、运动状态分析、人机智能交互等领域展现出巨大的应用潜力。
近年来，可穿戴传感器技术呈现爆发式发展态势，其显著特征体现在以下三个方面：
① 多学科深度融合：与生物医学、材料科学、电子工程等领域的交叉创新，催生了众多突破性理论和方法。
② 技术创新活跃：在功能材料、器件结构、制造工艺等方面持续取得重要突破。
③ 应用场景持续拓展：从最初的健康监测扩展到智能服装、虚拟现实等新兴领域。
我国在该领域的发展尤为瞩目，已建立起从基础研究到产业化的完整创新链条，形成了具有国际竞争力的研发体系。在此背景下，本书基于作者团队多年的教学科研和工程实践积累，系统梳理了可穿戴传感器的最新技术进展和工程应用案例，旨在为相关领域的研究人员和工程技术人员提供系统的理论指导和实用的技术参考。
本书主要特点如下。
① 本书涵盖了可穿戴传感器中的新型柔性材料、传感机制与加工工艺优化，以及数据处理与算法分析等方面内容，重点介绍了不同类型的可穿戴传感器的前沿研究成果和实例分析，有助于读者掌握相关领域的最新发展动态。
② 强调理论知识与实际应用的紧密关联，充分呈现可穿戴传感器高性能、多功能、舒适化、个性化的发展趋势, 突出展示该技术领域的最新突破和创新成果。
③ 将作者团队长期积累的科研与工程实践成果巧妙地融入到本书内容中, 涵盖了可穿戴传感器领域前沿典型案例，注重介绍新型可穿戴传感器在医疗健康、运动健身、智能生活等领域的创新应用，提升读者对相关技术应用的理解与把握。
本书主要内容如下：
第1 章主要介绍可穿戴传感器的基础知识，首先简要介绍可穿戴传感器的基本概念和不同种类的传感器，并分析可穿戴传感器的常见性能指标和传感检测机理。通过分析目前可穿戴传感器领域的国内外研究现状，简要概述其在民用和军事领域的实际应用，并探讨可穿戴传感器的发展趋势。
第2 章从可穿戴传感器的敏感材料的设计出发，分析碳纳米材料、金属氧化物材料、高分子聚合物材料以及磁性金属有机物框架纳米材料的设计过程和传感性能分析，给出复合传感材料设计的实际案例和测试结果分析。
第3 章介绍不同传感单元的设计与结构优化过程，并以压阻式压力传感器为例，展示其在不同压力条件下的出色表现，如超高灵敏度、高线性度、稳定的响应稳定性；通过调节MIM 电容式传感单元的孔径大小和间距来实现高灵敏度检测；最后给出单层、多层和平面叉指型微波式传感结构设计案例。
第4 章以可穿戴传感器的加工工艺和关键技术为内容展开，以电容式和微波式传感器加工技术为案例，介绍了微纳加工工艺技术和性能优化流程。简要概述不同柔性电子加工技术，包括打印转移、物理涂层、激光光刻、化学沉积、磁控溅射等加工工艺的前沿研究成果。
第5 章以第2～4 章的研究内容为基础，介绍面向人体体征监测的可穿戴传感器系统级应用设计方法。重点讲解射频传感测试平台的搭建和测试流程，并针对呼吸检测、汗液检测、坐姿检测、超疏水抗冻水下运动检测和基于机器学习辅助的手部动作识别检测等案例，给出了具体性能测试和应用分析。
本书由北京邮电大学信息与通信工程学院于赫副研究员编写，内容参考了许多专家、学者对最新前沿领域的科学研究论文和著作的总结，以及融合了本课题组近几年取得的阶段性成果。特别感谢哈尔滨工业大学王琮教授、北京邮电大学的彭木根教授给予的帮助指导，同时课题组的研究生刘钰冰、周冠亚、肖长云焜、宋霖等为本书的编写进行了调研，并整理了相关图文素材，在此一并表示感谢。
鉴于笔者水平有限，书中难免存在一些疏漏之处，敬请广大读者提出宝贵意见。
于赫
