A Novel Induction‐Type Pressure Sensor based on Magneto‐Stress Impedance and Magnetoelastic Coupling Effect for Monitoring Hand Rehabilitation

材料科学 压力传感器 电磁感应 灵敏度(控制系统) 电阻抗 感应耦合 声学 线性 稳健性(进化) 压力(语言学) 光电子学 核磁共振 电气工程 电子工程 机械工程 物理 工程类 电磁线圈 语言学 哲学 生物化学 化学 基因
作者
Zihao Zhu,Diana Estévez,Tangfeng Feng,Yanlin Chen,Yunlong Li,Huijie Wei,Yuchen Wang,Yunfei Wang,Lizhong Zhao,Syed Arsalan Jawed,Faxiang Qin
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (34) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/smll.202400797
摘要

Abstract Visualization of training effectiveness is critical to patients’ confidence and eventual rehabilitation. Here, an innovative magnetoinductive pressure sensor is proposed for monitoring hand rehabilitation in stroke hemiplegic patients. It couples the giant magneto and stress‐impedance effects of a square spiral amorphous wire with the giant magnetoelastic effect of a polymer magnet (NdFeB@PDMS). The addition of the magnetoelastic layer results in a sensitivity improvement of 178%, a wide sensing range (up to 1 MPa), fast response/recovery times (40 ms), and excellent mechanical robustness (over 15 000 cycles). Further integration with an LC oscillation circuit enables frequency adjustment into the MHz range resulting in a sensitivity of 6.6% kPa −1 and outstanding linearity ( R 2 = 0.99717) over a stress range of up to 100 kPa. When attached to a commercial split‐fingerboard, the sensor is capable of dynamically monitoring the force in each finger, providing a reading of the rehabilitation process. Unlike conventional inductive sensors, the sensor is based on an inductive force‐responsive material (amorphous wire), which significantly boosts the sensitivity. The approach also demonstrates the potential of magnetoelasticity in static pressure sensing, which is highly sensitive to dynamic pressure only through electromagnetic induction. This makes it more suitable for long‐term and continuous human health monitoring.

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