CN104161529A - 足底压力分布检测系统及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种足底压力分布检测系统，包括：检测层，被构造为检测足底压力信号，并将检测到的足底压力信号转换成电信号；处理发送模块，被构造为接收所述检测层转换成的电信号，对接收到的电信号进行处理，且将经处理后的电信号发送到外界的接收设备。本发明还公开一种足底压力分布检测系统的制作方法。本发明的足底压力分布检测系统及其制作方法，使用的压电驻极体具有轻、薄、软的特点，其压电响应大，线性度高，在工作温度范围内受温度变化的影响小，受剪切力影响较小也即不受弯折的影响，适合于对足底压力分布的实时检测。

Description

足底压力分布检测系统及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种足底压力分布检测系统及其制作方法，其能够实时检测人体的足底压力分布。

背景技术

足底压力分布的研究广泛应用于各个领域，如生物力学、医疗临床、康复工程、骨科、矫形外科、体育训练、制鞋业等诸多领域，具有重要的科学意义及应用价值。近年来，足底压力分布检测技术得到快速发展，迄今为止已出现了几十种检测系统。这些检测系统采用的检测技术手段各不相同，其性能各有千秋，大概可分为四类：

一、脚印。利用具有弹性的橡胶或泡沫制成垫子，其上表面平滑，下表面有脊状凸起，每个凸起均匀间隔并涂上墨。当垫子上表面受力时，橡胶或泡沫发生形变，在支撑面留下墨痕线，墨痕线的宽度正比于受力大小。本方法的优点是简单易行、结果直观，但记录的是压力峰值，需进一步转化为定量结果，且测不出瞬时压力。

二、直接形象化技术，也称足压描记器或压力图。该技术是将一定厚度(通常为几毫米)的透明且具有弹性的塑料或橡胶制成垫子，置于刚性的透明材料(如厚玻璃)之上。垫子旁侧放置光源，当垫子受压时，光路也随之改变，从垫子下面看，光强正比于压力。经摄像机摄入、模数转换得到足压数字图象，像素的灰度值正比于此点的受力大小，再经进一步处理得到三维的足压透视图。垫子还可用液晶制成，其颜色随着受力大小而变化(从浅色到深蓝色)，然后将光波长转换为压力值；也可用深色橡胶制成，其底部包含许多椎形凸起，压力越大之处颜色越深。其它材料还有聚苯乙烯泡沫等。该技术可以实时测得压力分布瞬时值、接触区域及面积，其空间分辨率及压力分辨率较高，结果直观，但只能得到单侧一步的压力参数。

三、力板及负载单元。力板用一块平板作支撑面，下面用电阻应变片按一定方式排列，台面受压后电阻应变片因形变而引起电阻值变化，该变化所引起的微弱电流信号输入动态电阻应变仪处理。在此，应变仪与测力板的电阻应变片构成电桥电路，当电阻值发生变化时原来设定的电桥平衡被破坏，产生电流信号经应变仪放大、滤波后输入到放大器，最后得到三维的力矢量。如果将力板分成若干小的测量单元，用压电或压阻晶体制成传感单元，每个单元都能测量作用其上的压力，则整个系统就能测量压力分布。

但是，现有的几种足底压力分布检测技术中，“脚印”方法过于原始，所检测的数据单一，已经很少使用；“直接形象化技术”采用光学技术检测因足底压力造成的材料形变，系统结构复杂、成本较高；“力板及负载单元”方法采用电阻应变片和电桥电路，结构也较复杂。此外，这三种方法通常将检测系统固定在地面，受试者赤脚或穿鞋在系统表面行走，因此使用场所受限。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种足底压力分布检测系统，包括：检测层，被构造为检测足底压力信号，并将检测到的足底压力信号转换成电信号；处理发送模块，被构造为接收所述检测层转换成的电信号，对接收到的电信号进行处理，且将经处理后的电信号发送到外界的接收设备。

进一步地，所述检测层包括：压电驻极体层；若干第一电极，阵列排布在所述压电驻极体层的上表面上；若干第二电极，阵列排布在所述压电驻极体层的下表面上；若干第一导电线，其中，每个第一电极通过其对应的第一导电线电连接至所述处理发送模块；若干第二导电线，其中，每个第二电极通过其对应的第二导电线电连接至所述处理发送模块；其中，所述若干第一电极与所述若干第二电极对称设置；所述若干第一导电线与所述若干第二导电线对称设置。

进一步地，所述压电驻极体层采用的材料为聚丙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯。

进一步地，所述足底压力分布检测系统还包括：第一保护层，设置在所述检测层之上。

进一步地，所述足底压力分布检测系统还包括：第二保护层，设置在所述检测层之下。

进一步地，所述足底压力分布检测系统还包括：第一屏蔽层，设置于所述第一保护层与所述检测层之间；第二屏蔽层，设置于所述第二保护层与所述检测层之间。

进一步地，所述第一屏蔽层包括第一导电层、设置于所述第一导电层与所述检测层之间的第一绝缘层、第三导电线，其中，所述第一导电层通过所述第三导电线电连接至向所述处理发送模块提供电源的供电模块的负极；所述第二屏蔽层包括第二导电层、设置于所述第二导电层与所述检测层之间的第二绝缘层、第四导电线，其中，所述第二导电层通过所述第四导电线电连接至向所述处理发送模块提供电源的供电模块的负极。

本发明的另一目的还在于提供一种足底压力分布检测系统的制作方法，包括：在压电驻极体层的上表面形成阵列排布的若干第一电极和若干第一导电线，并在压电驻极体层的下表面形成阵列排布的若干第二电极和若干第二导电线；其中，所述若干第一电极与所述若干第二电极对称设置，所述若干第一导电线与所述若干第二导电线对称设置；且每个第一电极与其对应的第一导电线连接，每个第二电极与其对应的第二导电线连接；将第一屏蔽层与所述压电驻极体层的上表面固定黏结，并将第二屏蔽层与所述压电驻极体层的下表面固定黏结；将第一保护层与第一屏蔽层固定黏结，并将第二保护层与第二屏蔽层固定黏结；将每条第一导电线连接至处理发送模块，并将每条第二导电线连接至所述处理发送模块。

进一步地，所述第一屏蔽层包括第一导电层、第一绝缘层及第三导电线，其中，所述第一屏蔽层的制作方法包括：在所述压电驻极体层的上表面固定黏结一第一绝缘层；在所述第一绝缘层上固定黏结一第一导电层和一第三导电线，其中，所述第一导电层与所述第三导电线连接；将所述第三导电线连接至向所述处理发送模块提供电源的供电模块的负极。

进一步地，所述第二屏蔽层包括第二导电层、第二绝缘层及第四导电线，其中，所述第二屏蔽层的制作方法包括：在所述压电驻极体层的下表面固定黏结一第二绝缘层；在所述第二绝缘层上固定黏结一第二导电层和一第四导电线，其中，所述第二导电层与所述第四导电线连接；将所述第四导电线连接至向所述处理发送模块提供电源的供电模块的负极。

本发明的足底压力分布检测系统及其制作方法，使用的压电驻极体具有轻、薄、软的特点，其压电响应大，线性度高，在工作温度范围内受温度变化的影响小，受剪切力影响较小也即不受弯折的影响，适合于对足底压力分布的实时检测。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是根据本发明的实施例的足底压力分布检测系统的局部原理图；

图2是根据本发明的实施例的检测层的俯视图；

图3是根据本发明的实施例的检测层、屏蔽层和保护层的结构立体示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。

图1是根据本发明的实施例的足底压力分布检测系统的局部原理图。图2是根据本发明的实施例的检测层的俯视图。图3是根据本发明的实施例的检测层、屏蔽层和保护层的结构立体示意图。

请一并参照图1至图3，根据本发明的实施例的足底压力分布检测系统包括：检测层100和处理发送模块400。

具体而言，检测层100被构造为检测足底压力信号，并将检测到的足底压力信号转换成电信号。处理发送模块400被构造为接收检测层100转换成的电信号，并对接收到的电信号进行处理，并将经处理后的电信号发送到外界的接收设备(未示出)。这里，处理发送模块400可通过无线传输的方式将经处理后的电信号发送到外界的接收设备。所述外界的接收设备可例如是智能手机或者其它合适类型的接收设备。

检测层100整体呈“鞋垫”形状，其包括：压电驻极体层110、若干第一电极121、若干第二电极122、若干第一导电线131和若干第二导电线132。

压电驻极体层110整体呈“鞋垫”形状，其可由柔性材料形成，例如聚丙烯(Polypropylene，简称PP)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，简称PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(Polyethylene naphthalate，简称PEN)，但本发明并不限制于此，例如也可为其它合适类型的柔性材料。在本实施例中，压电驻极体层110可为一层包含有大量蜂窝状孔洞的封闭薄膜(简称，多孔膜)，在孔洞的上下表面分别沉积有大量的正负电荷。但本发明并不限制于此，例如，压电驻极体层110还可以为由多层多孔膜通过并联或串联的方式叠加而成，以增强灵敏度。

若干第一电极(例如，金属电极)121，阵列排布在压电驻极体层110的上表面上，以在压电驻极体层110的上表面上形成压电传感器阵列。若干第一导电线131也设置在压电驻极体层110的上表面上，并且若干第一导电线131之间并不互相电接触。每一第一电极121通过其对应的第一导电线131电连接至处理发送模块400。这里，应当说明的是，在图2中，与每一第一电极121对应的第一导电线131未在图中显示，其走向位于压电驻极体层110上表面的空白区域。

若干第二电极(例如，金属电极)122，阵列排布在压电驻极体层110的下表面上，以在压电驻极体层110的下表面上形成压电传感器阵列。若干第二导电线132也设置在压电驻极体层110的下表面上，并且若干第二导电线132之间并不互相电接触。每一第二电极122通过其对应的第二导电线132电连接至处理发送模块400。这里，应当说明的是，在图2中，与每一第二电极122对应的第二导电线132未在图中显示，其走向位于压电驻极体层110下表面的空白区域。

此外，在压电驻极体层110上表面的若干第一电极121和在压电驻极体层110下表面的若干第二电极122对称分布设置；在压电驻极体层110上表面的若干第一导电线131和在压电驻极体层110下表面的若干第二导电线132对称分布设置。

在压电驻极体层110表面具有电极的区域，压电驻极体层110上表面的若干第一电极121、压电驻极体层110、压电驻极体层110下表面的若干第二电极122共同形成压电传感单元(即将压力信号转换成电信号的转换单元)。在足底压力作用下，压电驻极体层110的多孔结构被压缩，内部电偶极矩密度发生变化，引起上、下表面的电极内的补偿电荷发生变化，从而将压力信号转换成电信号。在压电驻极体层110表面没有电极的区域，则无法采集电荷，因此不具备将压力信号转换成电信号的转换能力，不构成压电传感单元。

为了对检测层100形成电磁屏蔽，减小噪声干扰，根据本发明实施例的足底压力分布检测系统还包括第一屏蔽层210和第二屏蔽层220，其中，第一屏蔽层210设置于第一保护层310与检测层100之间，第二屏蔽层220设置于第二保护层320与检测层100之间。第一屏蔽层210和第二屏蔽层220都整体呈“鞋垫”形状。

第一屏蔽层210包括第一导电层(例如，金属层)211、设置于第一导电层211与检测层100之间的第一绝缘层212、第三导电线213，其中，第一导电层211通过第三导电线213电连接至向处理发送模块400提供电源的供电模块410的负极。第二屏蔽层220包括第二导电层221、设置于第二导电层221与检测层100之间的第二绝缘层222、第四导电线223，其中，第二导电层221通过第四导电线223电连接至向处理发送模块400提供电源的供电模块410的负极。

此外，为了保护检测层100和第一屏蔽层210，防止磨损，根据本发明的实施例的足底压力分布检测系统还包括第一保护层310，其中，第一保护层310整体呈“鞋垫”形状。该第一保护层310设置在第一屏蔽层210之上。这里，第一保护层310应当具备良好的力学性质，并能均匀地传递足压力。

进一步地，为了保护检测层100和第二屏蔽层220，防止磨损，根据本发明的实施例的足底压力分布检测系统还包括第二保护层320，其中，第二保护层320整体呈“鞋垫”形状。该第二保护层320设置在第二屏蔽层220之下。这里，第二保护层320应当具备良好的力学性质，并能均匀地传递足压力。

在本实施例中，第一保护层310、第一屏蔽层210、检测层100、第二屏蔽层220及第二保护层320的各层之间通过双面胶或者其他合适类型的黏结剂黏结固定。

以下将对根据本发明的实施例的足底压力分布检测系统的制作方法进行详细说明。

参照图1，根据本发明的实施例的足底压力分布检测系统的制作方法包括：

首先，在压电驻极体层110的上表面形成阵列排布的若干第一电极121和若干第一导电线131，同时在压电驻极体层110的下表面形成阵列排布的若干第二电极122和若干第二导电线132，其中，每个第一电极121与其对应的第一导电线131连接，每个第二电极122与其对应的第二导电线132连接。此外，在压电驻极体层110上表面的若干第一电极121和在压电驻极体层110下表面的若干第二电极122对称分布设置。在压电驻极体层110上表面的若干第一导电线131和在压电驻极体层110下表面的若干第二导电线132对称分布设置。

其次，将第一屏蔽层210与压电驻极体层110的上表面固定黏结，同时将第二屏蔽层220与压电驻极体层110的下表面固定黏结。

再次，将第一保护层310与第一屏蔽层210固定黏结，同时将第二保护层320与第二屏蔽层220固定黏结。

最后，将每条第一导电线131连接至处理发送模块400，同时将每条第二导电线132连接至处理发送模块400。

此外，上述的第一屏蔽层210的制作方法包括：

首先，在压电驻极体层110的上表面固定黏结一第一绝缘层212。

其次，在第一绝缘层212上固定黏结一第一导电层211和一第三导电线213，其中，第一导电层211与第三导电线213连接。

再次，将第三导电线213连接至向处理发送模块400提供电源的供电模块410的负极。

另外，上述的第二屏蔽层220的制作方法包括：

首先，在压电驻极体层110的下表面固定黏结一第二绝缘层222。

其次，在第二绝缘层222上固定黏结一第二导电层221和一第四导电线223，其中，第二导电层221与第四导电线223连接。

再次，将第四导电线223连接至向处理发送模块400提供电源的供电模块410的负极。

综上所述，根据本发明的实施例的足底压力分布检测系统及其制作方法，克服了传统足底压力分布检测系统的结构复杂、设计制作难度大、可靠性低等缺点，又克服了常用的压电材料灵敏度小，受温度影响大、成本高昂等缺点。并且，根据本发明的实施例的足底压力分布检测系统及其制作方法，使用的压电驻极体具有轻、薄、软的特点，其压电响应大，线性度高，在工作温度范围内受温度变化的影响小，受剪切力影响较小也即不受弯折的影响，适合于对足底压力分布的实时检测。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (10)

1.一种足底压力分布检测系统，其特征在于，包括：

检测层，被构造为检测足底压力信号，并将检测到的足底压力信号转换成电信号；

处理发送模块，被构造为接收所述检测层转换成的电信号，对接收到的电信号进行处理，且将经处理后的电信号发送到外界的接收设备。

2.根据权利要求1所述的足底压力分布检测系统，其特征在于，所述检测层包括：

压电驻极体层；

若干第一电极，阵列排布在所述压电驻极体层的上表面；

若干第二电极，阵列排布在所述压电驻极体层的下表面；

若干第一导电线，其中，每个第一电极通过其对应的第一导电线电连接至所述处理发送模块；

若干第二导电线，其中，每个第二电极通过其对应的第二导电线电连接至所述处理发送模块；

其中，所述若干第一电极与所述若干第二电极对称设置；所述若干第一导电线与所述若干第二导电线对称设置。

3.根据权利要求2所述的足底压力分布检测系统，其特征在于，所述压电驻极体层采用的材料为聚丙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯。

4.根据权利要求1所述的足底压力分布检测系统，其特征在于，还包括：第一保护层，设置在所述检测层之上。

5.根据权利要求1或4所述的足底压力分布检测系统，其特征在于，还包括：第二保护层，设置在所述检测层之下。

6.根据权利要求1所述的足底压力分布检测系统，其特征在于，还包括：

第一屏蔽层，设置于所述第一保护层与所述检测层之间；

第二屏蔽层，设置于所述第二保护层与所述检测层之间。

7.根据权利要求6所述的足底压力分布检测系统，其特征在于，所述第一屏蔽层包括第一导电层、设置于所述第一导电层与所述检测层之间的第一绝缘层、第三导电线，其中，所述第一导电层通过所述第三导电线电连接至向所述处理发送模块提供电源的供电模块的负极；所述第二屏蔽层包括第二导电层、设置于所述第二导电层与所述检测层之间的第二绝缘层、第四导电线，其中，所述第二导电层通过所述第四导电线电连接至向所述处理发送模块提供电源的供电模块的负极。

8.一种足底压力分布检测系统的制作方法，其特征在于，包括：

在压电驻极体层的上表面形成阵列排布的若干第一电极和若干第一导电线，并在压电驻极体层的下表面形成阵列排布的若干第二电极和若干第二导电线，其中，所述若干第一电极与所述若干第二电极对称设置；所述若干第一导电线与所述若干第二导电线对称设置，且每个第一电极与其对应的第一导电线连接，每个第二电极与其对应的第二导电线连接；

将第一屏蔽层与所述压电驻极体层的上表面固定黏结，并将第二屏蔽层与所述压电驻极体层的下表面固定黏结；

将第一保护层与第一屏蔽层固定黏结，并将第二保护层与第二屏蔽层固定黏结；

将每条第一导电线连接至处理发送模块，并将每条第二导电线连接至所述处理发送模块。

9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述第一屏蔽层包括第一导电层、第一绝缘层及第三导电线，其中，所述第一屏蔽层的制作方法包括：

在所述压电驻极体层的上表面固定黏结一第一绝缘层；

在所述第一绝缘层上固定黏结一第一导电层和一第三导电线，其中，所述第一导电层与所述第三导电线连接；

将所述第三导电线连接至向所述处理发送模块提供电源的供电模块的负极。

10.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述第二屏蔽层包括第二导电层、第二绝缘层及第四导电线，其中，所述第二屏蔽层的制作方法包括：

在所述压电驻极体层的下表面固定黏结一第二绝缘层；

在所述第二绝缘层上固定黏结一第二导电层和一第四导电线，其中，所述第二导电层与所述第四导电线连接；

将所述第四导电线连接至向所述处理发送模块提供电源的供电模块的负极。