本發明屬于多功能柔性光纖制備，具體涉及一種光電協同柔性光纖傳感器的制備方法與應用。
背景技術：
1、隨著科學技術的發展，便攜式可穿戴器件在當前時代占據著越來越重要的位置。一維的柔性光纖在便攜可穿戴領域中占據著重要地位，柔性光纖的特點是在外界物理、化學等刺激作用下產生形變響應并帶來相應功能，具有響應速度快、響應范圍寬、靈敏度高等優點。柔性光纖傳感器在柔性驅動和傳感等領域具有極大的應用前景。大多數柔性光纖只注重于對單一光信號的傳輸，而多功能柔性光纖在普通柔性光纖的基礎上，具有多信號協同傳感的能力而受到廣泛的關注，使其成為人機交互、人造皮膚、軟機器人和生物醫學工程的優秀候選材料。
2、與常規可拉伸光纖相比，光電協同柔性光纖的一個主要優點是通過同時監測傳感器的光信號和電信號變化，得到更準確的傳感信號并具有更廣闊的應用場景。但目前還未有以濕法紡絲或熔融紡絲電極與塑料柔性光纖結合制備光電協同光纖傳感器的相關報道。
技術實現思路
1、本發明的目的在于提供一種光電協同柔性光纖傳感器的制備方法與應用，該制備流程簡單，制備的光電協同柔性光纖傳感器能夠實現同步傳輸光信號和電信號，可制備可視化交互傳感設備，監測人體關節運動。
2、本發明的目的可以通過以下技術方案實現：
3、本發明提供一種光電協同柔性光纖傳感器的制備方法，包括如下步驟：
4、步驟1、光纖預制體模具的塑料套管沿軸向中心放置一根聚四氟乙烯棒，熱塑性彈性體倒入塑料套管，模具加熱至熱塑性彈性體完全熔融，冷卻成型后去除模具和聚四氟乙烯棒得中空包層預制體；
5、步驟2、熱塑性彈性體添加炭黑經過濕法紡絲或熔融紡絲形成成型纖維，備用；
6、步驟3、中空包層預制體置于拉絲塔加熱爐內，將步驟2得到的成型纖維單根垂直送入中空包層預制體的中空部分，同步熱拉絲，冷卻后得成品。
7、進一步地，所述熱塑性彈性體為tpu(聚氨酯)、tps(苯乙烯類熱塑性彈性體，如sebs、sbs)、eva(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)和tpo(聚烯烴類熱塑性彈性體)中的一種。
8、進一步地，所述聚四氟乙烯棒的直徑為2-10mm。
9、進一步地，所述光纖預制體模具中的塑料套管材質為特氟龍，直徑為10-40mm。
10、進一步地，步驟1中，所述模具加熱的溫度為80-240℃。熱塑性彈性體為eva時，加熱的溫度為80-120℃，熱塑性彈性體為tpu時，加熱的溫度為120-180℃，熱塑性彈性體為tps時，加熱的溫度為160-200℃，熱塑性彈性體為tpo時，加熱的溫度為180-240℃。
11、進一步地，步驟2中，所述濕法紡絲的制備步驟如下：
12、熱塑性彈性體和炭黑溶于有機溶劑，攪拌均勻得到紡絲液，紡絲液中炭黑和熱塑性彈性體的質量比為5-25：100，濕法紡絲后取出凝固浴中成型纖維，干燥備用；
13、所述熔融紡絲的制備步驟如下：
14、將炭黑與熱塑性彈性體按質量比為5-25：100混合后置于熔融擠出機中，120-220℃下熔融并擠出紡絲，得到成型纖維，冷卻備用。
15、熱塑性彈性體材料為tpu時，控制熔融擠出溫度為120-200℃，熱塑性彈性體材料為tps時，控制熔融擠出溫度為160-220℃，熱塑性彈性體為eva時，控制熔融擠出溫度為100-160℃，熱塑性彈性體材料為tpo時，控制熔融擠出溫度為150-200℃。
16、進一步地，所述紡絲液的固含量為10-40％。
17、進一步地，所述有機溶劑為甲苯、n,n-二甲基甲酰胺、三氯甲烷、二氯甲烷、丙酮、環己烷和四氫呋喃中的一種。優選為n,n-二甲基甲酰胺，n,n-二甲基甲酰胺具有良好的溶解性，能夠將熱塑性彈性體溶解，將炭黑分散，形成均勻的紡絲液，有助于提高濕法紡絲的成功率。
18、進一步地，所述凝固浴為去離子水和乙醇中的一種。該凝固浴能夠與有機溶劑互溶從而將紡絲纖維中的有機溶劑交換出來，利于紡絲纖維的成型與退火。
19、進一步地，所述成型纖維的單根纖維直徑為50-500μm。
20、進一步地，所述拉絲塔加熱爐的熱拉絲溫度為80-220℃。步驟1中的熱塑性彈性體為eva時，設置熱拉絲溫度為80-120℃，熱塑性彈性體為tpu時，設置熱拉絲溫度為100-160℃，熱塑性彈性體為tps時，設置熱拉絲溫度為160-200℃，熱塑性彈性體為tpo時，設置熱拉絲溫度為180-220℃。
21、進一步地，所述成品的光纖直徑為200um～2000um。
22、本發明還提供一種光電協同柔性光纖傳感器的應用，如上所述的制備方法制備得到的光電協同柔性光纖傳感器用于制備可視化交互傳感設備，監測人體關節運動。該人體關節運動包括頸部關節、肘部關節、手指關節、膝蓋關節。
23、制備的光電協同柔性光纖傳感器具有獨特的機械響應特性，如在拉伸時表現出的光學與電學信號雙傳感，這是柔性光纖與其中含有的濕法紡絲彈性電極協同拉伸所致。這種獨特的光纖結構既達到了光電協同傳感的功能，又對柔性電極起到封裝作用，使光纖傳感器耐用性更高。
24、本技術方案成功地將柔性電極與具有良好導光性的熱塑性彈性體相結合，形成同時具有光響應和電響應的光電協同傳感柔性光纖傳感器，適用于各種先進應用場景，如可穿戴技術、軟機器人和人機交互界面。
25、本發明的有益效果：
26、(1)本發明提供的光電協同柔性光纖傳感器的制備方法簡單，其機械協同拉伸應變可以達到520％，光纖包層拉伸斷裂率可達860％。
27、(2)本發明制備的光電協同柔性光纖傳感器機械拉伸時，其光強信號衰減而電壓信號增長，且整個變化過程可逆。
28、(3)本發明制備的光電協同柔性光纖傳感器在檢測彎曲與拉伸時具有獨特優勢，當手腕向內側彎曲時光纖彎曲且拉伸，此時光強和電阻都發生變化，當手腕向外側彎曲時光纖彎曲但不拉伸，此時只有光強信號變化而電阻信號不變，實現對手腕動作的精準檢測。
29、(4)本發明制備的光電協同柔性光纖傳感器具有柔性和抗疲勞性等優異性能，作為光纖傳感設備用于監測人體關節運動，在光纖通信、傳感檢測、生物醫療等領域有著巨大的應用潛力。
1.一種光電協同柔性光纖傳感器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種光電協同柔性光纖傳感器的制備方法，其特征在于，所述熱塑性彈性體為tpu、tps、eva和tpo中的一種。
3.根據權利要求1所述的一種光電協同柔性光纖傳感器的制備方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯棒的直徑為2-10mm；
4.根據權利要求1所述的一種光電協同柔性光纖傳感器的制備方法，其特征在于，步驟1中，所述模具加熱的溫度為80-240℃。
5.根據權利要求1所述的一種光電協同柔性光纖傳感器的制備方法，其特征在于，步驟2中，所述濕法紡絲的制備步驟如下：
6.根據權利要求5所述的一種光電協同柔性光纖傳感器的制備方法，其特征在于，所述紡絲液的固含量為10-40％。
7.根據權利要求1所述的一種光電協同柔性光纖傳感器的制備方法，其特征在于，所述成型纖維的單根纖維直徑為50-500μm。
8.根據權利要求1所述的一種光電協同柔性光纖傳感器的制備方法，其特征在于，所述拉絲塔加熱爐的熱拉絲溫度為80-220℃。
9.根據權利要求1所述的一種光電協同柔性光纖傳感器的制備方法，其特征在于，所述成品的光纖直徑為200um～2000um。
10.一種光電協同柔性光纖傳感器的應用，其特征在于，如權利要求1-9任一項所述的制備方法制備得到的光電協同柔性光纖傳感器用于制備可視化交互傳感設備，監測人體關節運動。