CN105708481A

CN105708481A - 一种基于pvdf的鞋内置动态足底压力传感器

Info

Publication number: CN105708481A
Application number: CN201610024649.6A
Authority: CN
Inventors: 田雨农; 夏阳; 范丽新
Original assignee: Dalian Roiland Technology Co Ltd
Current assignee: Dalian Roiland Technology Co Ltd
Priority date: 2016-01-13
Filing date: 2016-01-13
Publication date: 2016-06-29

Abstract

一种基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器，属于穿戴式足底压力测试技术领域，涉及一种基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器。本发明突破了以往医疗机构监测诊断的空间范围限制，能够方便地实现对动态人体足底压力的日常监测，可为人体足部医疗保健、运动姿态矫正及科学制鞋提供有效的理论依据。本发明包括第一层保护层、第二层保护层、双面胶、聚脂薄膜、传感单元、PET膜及输出端，所述的第一层保护层、第二层保护层、双面胶及聚脂薄膜从上至下依次设置，在第一层保护层与第二层保护层之间设置有若干个传感单元，每个传感单元均由PVDF薄膜及设置在PVDF薄膜的上、下表面的银涂层制成，每个传感单元均通过银涂层与输出端相连。

Description

一种基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器

技术领域

本发明属于穿戴式足底压力测试技术领域，涉及一种基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器。

背景技术

众所周知，可穿戴设备被业内喻为继智能手机和平板电脑之后新的产业增长点。现在市面上比较有代表性的智能穿戴产品有智能手环、智能手表和智能眼镜。这些可穿戴设备使用在人体的上半身，为了完善智能穿戴设备的使用范围，智能鞋是有效的补充。同时，穿戴式足底压力测试技术是近年来迅速发展的新型医疗监测技术，其突破了以往医疗机构监测诊断的空间范围限制，能够方便地实现对人体足底动态压力的日常监测，可为人体足部医疗保健、运动姿态矫正及科学制鞋提供依据。

传统的动态足底压力采集所采用的传感器有电阻式、电容式及压电式等类型。电阻式传感器输出的电阻信号应转换为电压信号，并经放大后才能使用，对数据采集设备的参数匹配要求较高；电容式传感器设计方法难度较大，电容信号标定及电路均较为复杂；压电式传感器，由于输出的是电压信号，其在电路设计及信号采集上相对简单，因而压电传感器应用较为广泛。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器,该传感器具有独特的热电效应和压电效应，信号易识别、制作成本低、容易加工和处理、重量轻、柔性好。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器,包括第一层保护层、第二层保护层、双面胶、聚脂薄膜、传感单元、PET（聚对苯二甲酸乙二酯）膜及输出端，所述的第一层保护层、第二层保护层、双面胶及聚脂薄膜从上至下依次设置，且均为鞋垫形状，在第一层保护层与第二层保护层之间设置有若干个传感单元，每个传感单元均由PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜及设置在PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜的上、下表面的银涂层制成，每个传感单元均通过银涂层与输出端相连，PET（聚对苯二甲酸乙二酯）膜为局部加强膜，设置于第二层保护层的下表面、与输出端相对应。

所述的输出端分为两种，一种为插拔式输出端，另一种为铆接式输出端。

所述的传感单元的数量为八个，其中五个设置在与脚掌对应的位置，一个设置在与脚心对应的位置，两个设置在与脚后跟对应的位置。

所述的第一、第二层保护层及聚脂薄膜的厚度均为2mm。

所述的PET（聚对苯二甲酸乙二酯）膜的厚度为500μm。

所述的传感单元的厚度为28μm或50μm。

所述的第一、第二层保护层的材质为PET（聚对苯二甲酸乙二酯）。

所述的压力传感器可集成于鞋垫，或集成在鞋底的上部，成为鞋的一部分。

所述的鞋底由硅橡胶制成，在鞋底的顶部设置有若干个均匀分布的凸起，凸起为两种不同的硬度，且两种不同的硬度的凸起交错排列。

本发明的有益效果：

本发明可广泛应用于穿戴式足底压力测试产品中，突破了以往医疗机构监测诊断的空间范围限制，能够方便地实现对动态人体足底压力的日常监测，可为人体足部医疗保健、运动姿态矫正及科学制鞋提供有效的理论依据。

附图说明

图1为本发明的基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器的结构示意图；

图2为本发明的基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器的局部剖视图；

图3为本发明的插拔式输出端的结构示意图；

图4为本发明的铆接式输出端的结构示意图；

图5为本发明的基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器集成于鞋垫的结构示意图；

图6为本发明的基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器受纵向力的工作原理图；

图7为本发明的基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器集成在鞋底的结构示意图；

图8为本发明的基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器受横向力的工作原理图；

图中，1—第一层保护层，2—第一银涂层，3—PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜，4—第二银涂层，5—第二层保护层，6—双面胶，7—聚脂薄膜，8—PET（聚对苯二甲酸乙二酯）膜，9—输出端，10—基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器，11—鞋垫，12—鞋底。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1~图2所示，一种基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器,包括第一层保护层1、传感单元、第二层保护层5、双面胶6、聚脂薄膜7、PET（聚对苯二甲酸乙二酯）膜8及输出端9，所述的第一层保护层1、第二层保护层5、双面胶6及聚脂薄膜7从上至下依次设置，且均为鞋垫形状，在第一层保护层1与第二层保护层5之间设置有八个传感单元，其中五个传感单元设置在与脚掌对应的位置，一个传感单元设置在与脚心对应的位置，两个传感单元设置在与脚后跟对应的位置（传感单元的数量和排布方式不仅限于此，可根据信息采集量的增加而进行调整）；每个传感单元均由PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜3及第一、第二银涂层制成，PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜3为圆形，第一银涂层2设置在PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜3的上表面，第二银涂层4设置在PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜3的下表面，每个传感单元的压电信号均通过第一、第二银涂层进行传导，第一、第二银涂层一直延伸到输出端9，即每个传感单元均通过第一、第二银涂层与输出端9相连，使用时，输出端9从鞋跟处导出；PET（聚对苯二甲酸乙二酯）膜8为局部加强膜，设置于第二层保护层5的下表面、与输出端9相对应。

所述的第一、第二层保护层及聚脂薄膜7的厚度均为2mm。

所述的PET（聚对苯二甲酸乙二酯）膜8的厚度为500μm。

所述的传感单元的厚度为28μm或50μm。

如图3所示，所述的输出端9为插拔式输出端，使用时所述的插拔式输出端与后电路板相连接：输出端9直接插入后电路板的母连接头。

如图4所示，所述的输出端9为铆接式输出端，使用时所述的铆接式输出端与后电路板相连接：传感器的电极与后电路板的通孔电极对齐，并通过专用铆件直接铆接。

如图5所示，所述的压力传感器集成于鞋垫11、主要受纵向力，其工作原理如图6所示：所述的压力传感器的变形方向（厚度方向）与压力传感器内部电场方向平行，该模式下外加作用力F的作用方向与PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜3的极化方向P平行，即PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜3仅在纵向力作用下产生伸缩变形，并在PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜3的两个极面上激发电荷Q，此时PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜3上、下极面间产生电压V；图5中的T、L、W分别代表PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜3的厚度方向、长度方向及宽度方向。

如图7所示，所述的压力传感器集成在鞋底12的上部，成为鞋的一部分，所述的鞋底12由硅橡胶制成，在鞋底12的顶部设置有若干个均匀分布的圆柱形凸起，用于支撑压力传感器,为了使得所述的压力传感器沿水平方向变形，凸起为两种不同的硬度，且两种不同的硬度的凸起交错排列；人体站立或行走时，脚底对鞋底12施加竖直力，由于脚底和所述的压力传感器都是柔性的，且鞋底12以凸起支撑着所述的压力传感器，这会使得所述的压力传感器在鞋底12凸起间的凹陷处拉伸变形，以便使压电传感器产生电压信号；

所述的压力传感器与鞋底12集成在一起、受纵向力和横向力，受纵向力的工作原理如图6所示，受横向力的工作原理如图8所示：所述的压力传感器的变形方向（长度方向）与压力传感器内部电场方向垂直，该模式下当有外加作用力F（挤压力）沿PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜3的极化方向作用在PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜3上时，PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜3产生横向变形、并在其两个极面上激发电荷Q，此时PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜3上、下极面间即产生电压V；图6中的T、L、W分别代表PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜3的厚度方向、长度方向及宽度方向。

下面结合附图说明本实施例的具体工作过程。

如图1~图8所示，本发明的基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器10对动态测试非常灵敏，人在行走或跑步时，鞋的底部时刻承受着变化的外加作用力，这些变化的外加作用力促使由PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜3在厚度方向和垂直于厚度方向产生变形，其内部会产生极化现象，同时它的两个相对的表面上会产生正负相反的电荷，变形量决定PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜3表面电荷量多少，当外加作用力去掉后它又会恢复到不带电的状态，即由PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜3形变引起的电压变化；然后将人行走或跑步过程中的电压变化经过过滤、收集、放大等处理转化为压力信号，从而实现了动态压力分布的采集，以便获取其行走习惯（内翻、外翻等）、足部骨骼发育情况、是否为扁平足、是否为病态足等相关信息。

Claims

1.一种基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器,其特征在于，包括第一层保护层、第二层保护层、双面胶、聚脂薄膜、传感单元、PET膜及输出端，所述的第一层保护层、第二层保护层、双面胶及聚脂薄膜从上至下依次设置，且均为鞋垫形状，在第一层保护层与第二层保护层之间设置有若干个传感单元，每个传感单元均由PVDF薄膜及设置在PVDF薄膜的上、下表面的银涂层制成，每个传感单元均通过银涂层与输出端相连，PET膜为局部加强膜，设置于第二层保护层的下表面、与输出端相对应。

2.根据权利要求1所述的基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器，其特征在于所述的若干个传感单元的输出端分为两种，一种为插拔式输出端，另一种为铆接式输出端。

3.根据权利要求1所述的基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器，其特征在于所述的传感单元的数量为八个，其中五个设置在与脚掌对应的位置，一个设置在与脚心对应的位置，两个设置在与脚后跟对应的位置。

4.根据权利要求1所述的基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器，其特征在于所述的第一、第二层保护层及聚脂薄膜的厚度均为2mm。

5.根据权利要求1所述的基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器，其特征在于所述的PET膜的厚度为500μm。

6.根据权利要求1所述的基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器，其特征在于所述的传感单元的厚度为28μm或50μm。

7.根据权利要求1所述的基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器，其特征在于所述的第一、第二层保护层的材质为PET。

8.根据权利要求1所述的基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器，其特征在于所述的压力传感器集成于鞋垫，或集成在鞋底的上部，成为鞋的一部分。

9.根据权利要求8所述的基于PVDF的鞋内置动态足底压力传感器，其特征在于所述的鞋底由硅橡胶制成，在鞋底的顶部设置有若干个均匀分布的凸起，凸起为两种不同的硬度，且两种不同的硬度的凸起交错排列。