Dual Mode Strain–Temperature Sensor with High Stimuli Discriminability and Resolution for Smart Wearables

材料科学 可穿戴计算机 拉伤 热电偶 结构健康监测 温度测量 光电子学 声学 复合材料 计算机科学 物理 嵌入式系统 量子力学 医学 内科学
作者
Huiyun Xiao,Shengbin Li,Zidong He,Yuanzhao Wu,Zhiyi Gao,Chao Hu,Siqi Hu,Shengding Wang,Chao Liu,Jie Shang,Meiyong Liao,Denys Makarov,Yiwei Liu,Run‐Wei Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (16) 被引量:109
标识
DOI:10.1002/adfm.202214907
摘要

Abstract Strain and temperature are important physiological parameters for health monitoring, providing access to the respiration state, movement of joints, and inflammation processes. The challenge for smart wearables is to unambiguously discriminate strain and temperature using a single sensor element assuring a high degree of sensor integration. Here, a dual‐mode sensor with two electrodes and tubular mechanically heterogeneous structure enabling simultaneous sensing of strain and temperature without cross‐talk is reported. The sensor structure consists of a thermocouple coiled around an elastic strain‐to‐magnetic induction conversion unit, revealing a giant magnetoelastic effect, and accommodating a magnetic amorphous wire. The thermocouple provides access to temperature and its coil structure allows to measure impedance changes caused by the applied strain. The dual‐mode sensor also exhibits interference‐free temperature sensing performance with high coefficient of 54.49 µV °C−1, low strain and temperature detection limits of 0.05% and 0.1 °C, respectively. The use of these sensors in smart textiles to monitor continuously breathing, body movement, body temperature, and ambient temperature is demonstrated. The developed multifunctional wearable sensor is needed for applications in early disease prevention, health monitoring, and interactive electronics as well as for smart prosthetics and intelligent soft robotics.
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