CN105890822B - 一种压力测量脚垫 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压力测量脚垫，该压力测量脚垫上的压力传感器采用模块化设计，每个压力传感器模块包括称重式压力传感器和膜片式压力传感器，所述称重式压力传感器为压力应变片，所述膜片式压力传感器为集成了多个膜片压力测点的压力膜片。本发明提供的压力测量脚垫，同时利用了称重式压力传感器和膜片式压力传感器，称重式压力传感器用于测量脚部压力绝对大小，膜片式压力传感器用于测量双脚与地面接触轮廓和相对压力分布，通过将压力传感器模块化设计，使得压力垫易于被拆分运输以及易于扩展压力垫的测量区域大小。

Description

一种压力测量脚垫
技术领域
本发明属于运动及医疗技术领域，特别是涉及一种压力测量脚垫。
背景技术
在运动及医疗领域中，对于脚部压力的测量可用于指导运动员的脚部发力及患者的康复性训练。已有的脚部压力测试技术主要包括：利用压力应变片技术制成的称重装置，测量双脚压力的数值。其压力大小测量精准，可以得到双脚压力的总和，但无法细致测量脚与地面的接触区域和压力在地面上的分布情况。利用膜片式压力传感器制成的压力垫，用于测试双脚于地面的接触区域和压力在该区域上的分布情况，由于力在压力垫上被分散，其压力测量无法给出每只脚对于地面压力的精确大小。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术的不足，提供一种同时测量脚部压力绝对大小、双脚与地面接触轮廓和相对压力分布的压力测量脚垫。
为了实现上述目的，本发明提供了一种压力测量脚垫，包括至少一块压力板，所述压力板包括压力板底板、至少一个传感器底壳、至少一个传感器模块、至少一块压力板信号采集板，其中，所述传感器底壳固定于压力板底板上；所述传感器模块和压力板信号采集板固定于传感器底壳上；所述压力板信号采集板设有采集接口及输出接口，其通过采集接口与所述传感器模块连接，以实现信号采集，再通过输出接口将数据输出；所述传感器模块包括胶垫、称重式压力传感器和膜片式压力传感器，所述称重式压力传感器和膜片式压力传感器设置于胶垫和传感器底壳之间。
进一步的，所述传感器模块的称重式压力传感器为压力应变片，所述压力应变片用于测量压力的精确大小，所述膜片式压力传感器为压力膜片，所述压力膜片提供一定面积的压力测量，用于测量脚部在地面上的轮廓及脚部压力的相对分布趋势，压力膜片上设置有多个压力测点，每个测点都相当于一个实际上提供测量功能的膜片传感器；所述胶垫包括上胶垫和下胶垫，所述传感器模块的具体结构为：从上至下包括上胶垫、下胶垫、压力膜片、压力膜片垫板、压力板上盖、应变片垫板及压力应变片，其中，所述上胶垫下表面设有多个固定孔，所述下胶垫上表面设有多个与上述固定孔对应的固定柱，两者通过压合连接固定，另外，所述下胶垫、压力膜片、压力膜片垫板及压力板上盖与所述传感器底壳通过等高螺丝连接，所述应变片垫板及压力应变片叠设于所述压力板上盖与所述传感器底壳之间，所述压力应变片设置于所述传感器底壳的凹槽中；所述上胶垫、下胶垫、压力膜片垫板为硅胶或橡胶材质，确保脚部压力以原有的分布趋势传递至压力膜片；所述压力板上盖和应变片垫板为硬质材料，使压力应变片作为整个压力传感器模块的支撑结构，以测量压力的精确大小。
进一步的，所述等高螺丝还设有等高螺丝护套用于保护等高螺丝。
进一步的，所述等高螺丝分为光滑部分和螺纹部分，所述等高螺丝的光滑部分的长度大于下胶垫、压力膜片、压力膜片垫板及压力板上盖的厚度之和，使得压力板上盖与传感器底壳之间存在间隙，传感器底壳对压力板上盖并不提供支撑力。
进一步的，所述传感器模块的压力应变片为4个，分别设于传感器底壳的四个角的凹槽中。
进一步的，所述下胶垫固定柱正对压力膜片测点，使压力在测点部位适当分布，但不影响压力膜片上的压力分布趋势。
进一步的，所述压力板包括并排的4个传感器底壳，每个传感器底上设有2个传感器模块，所述传感器模块分别通过接口和压力板信号采集板连接。
进一步的，所述压力板为一块时，所述压力板信号采集板的输出接口以有线或无线的方式与上位机直接通讯连接。
进一步的，所述压力板为两块或多块时，所述压力测量脚垫还包括基座，所述两块或多块压力板并排固设于基座上，所述基座在多块压力板的一侧还设置有基座信号采集板，所述基座信号采集板设有采集接口及输出接口，通过采集接口与压力板信号采集板的输出接口连接，通过输出接口以有线或无线的方式与上位机通讯连接。
进一步的，所述基座信号采集板外还可设置有基座信号采集板盖板。
进一步的，所述压力测量脚垫还设置有左灯条和右灯条，当压力板为一块时，所述压力板信号采集板还设置有处理器；当压力板为两块或两块以上时，所述基座信号采集板还设置有处理器；上述处理器通过输出接口分别与左灯条与右灯条相连，所述处理器通过采集到的数据计算双脚的压力大小，所述左灯条和右灯条通过LED灯的亮灯数量或者亮度描述左右脚压力百分比，所述LED灯随脚部压力百分比的增加而逐步点亮，当运动员的左脚压力较高，其右脚压力较小，则左灯条亮灯区域较长，右灯条亮灯区域较短，当重力完全集中于一只脚上时，则一边的灯条完全亮起而另外一边的灯条完全熄灭。
进一步的，所述左灯条及右灯条为包括多个LED灯的灯管，或者为一整体的LED灯管。
本发明的有益效果：
1、本发明提供的压力测量脚垫，同时利用了称重式压力传感器和膜片式压力传感器，称重式压力传感器用于测量脚部压力绝对大小，膜片式压力传感器用于测量双脚与地面接触轮廓和相对压力分布，能测量出每只脚对于地面压力的精确大小；
2、通过使用等高螺丝实现了脚部压力以原有的分布趋势传递至膜片式压力传感器以及脚部压力以原有大小传递至称重式压力传感器；
3、通过将压力传感器模块化设计，使得压力垫易于被拆分运输以及易于扩展压力垫的测量区域大小。
附图说明
图1为本发明的使用场景示意图；
图2为实施例1的压力测量脚垫的结构示意图；
图3为实施例1中压力板的结构示意图；
图4为实施例1中传感器模块的结构示意图；
图5为实施例1的等高螺丝连接部位的截面示意图；
图6a为实施例1的传感器模块主视图；
图6b为实施例1的下胶垫与压力膜片连接部位的截面放大示意图；
图7为实施例1的压力膜片的结构示意图；
图8为实施例1的左灯条及右灯条使用状态示意图；
图9为实施例1的左灯条及右灯条的一种具体结构示意图；
图10为实施例1的信号采集流程方框示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对发明进一步说明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明的使用场景结构示意图，运动员或患者站在压力测量脚垫101上进行运动，压力测量脚垫101则检测运动员或患者各只脚的精确压力大小102、每只脚和地面的接触区域以及每只脚在压力测量脚垫上的压力分布103，压力测量脚垫用过接口将数据传输至上位机，并生成双脚压力大小、接触区域和压力分布的图像。
实施例1
如图2及图3所示，本实施例提供的该种压力测量脚垫，包括压力板201、基座202、左灯条203及右灯条204，本实施例中，所述压力板201设有四块，分别是第一压力板2011、第二压力板2012、第三压力板2013、第四压力板2014，压力板201的作用为采集压力信号，所述第一压力板2011、第二压力板2012、第三压力板2013、第四压力板2014分别并排固设于基座202之上，所述左灯条203及右灯条204分别设于第一压力板2011及第四压力板2014外侧，所述每个压力板201上分别包括四个传感器底壳302，每个传感器底壳302上设有两个传感器模块303，所述基座202上还设有基座信号采集板205及基座信号采集板盖板206，所有基座信号采集板205设有处理器及多个采集接口和多个输出接口，所述基座信号采集板205的采集接口分别与第一压力板2011、第二压力板2012、第三压力板2013、第四压力板2014设置的压力板信号采集板304的输出接口相连，所述基座信号采集板205的输出接口分别与左灯条203及右灯条204相接，还通过输出接口采用有线或无线的方式与上位机通讯连接，所述基座信号采集板盖板206设于基座信号采集板205之上，对其起保护作用。
如图3所示，所述压力板201包括压力板底板301、四个传感器底壳302、八个传感器模块303、一块压力板信号采集板304，所述传感器底壳301分别为并排设置的第一传感器底壳3021、第二传感器底壳3022、第三传感器底壳3023及第四传感器底壳3024，其分别固定于压力板底板301上，每个所述传感器底壳302分别安放有两个传感器模块303，其底部还设置有放置压力板信号采集板304的凹槽305，所述压力板信号采集板304上设有多个采集接口，其一端还设有输出接口，所述压力板信号采集板304的采集接口分别与各传感器模块303连接，以实现信号采集，所述压力板信号采集板304的输出接口与上述基座信号采集板205的采集接口连接，以将从各传感器模块303采集到的数据传送到基座信号采集板205。
如图4所示，其为本实施例中传感器模块的结构示意图。所述传感器模块303从上至下包括：上胶垫401、下胶垫402、压力膜片403、压力膜片垫板404、压力板上盖405、应变片垫板406及压力应变片407，其中，所述上胶垫401下表面设有多个固定孔，所述下胶垫402上表面设有多个与上述固定孔对应的固定柱4021，两者通过压合连接固定，另外，所述下胶垫402、压力膜片403、压力膜片垫板404及压力板上盖405与所述传感器底壳302通过等高螺丝408连接，所述应变片垫板406及压力应变片407分别为4个，其叠设于所述压力板上盖405与所述传感器底壳302之间，所述压力应变片407设置于所述传感器底壳302四个角上设置的凹槽中，所述凹槽限制压力应变片407不能水平位移；所述上胶垫401、下胶垫402、压力膜片垫板404为硅胶或橡胶材质，确保脚部压力以原有的分布趋势传递至压力膜片403；所述压力板上盖405和应变片垫板406为硬质材料，使压力应变片407作为整个压力传感器模块303的支撑结构，以测量压力的精确大小。
如图5所示，其为本实施例的等高螺丝连接部位的截面示意图。所述等高螺丝408分为光滑部分4081和螺纹部分4082，所述光滑部分4081的长度大于下胶垫402、压力膜片403、压力膜片垫板404、压力板上盖405的厚度之和，使得压力板上盖405与传感器底壳302之间存在间隙，传感器底壳302对压力板上盖并405不直接提供支撑力，由压力应变片407作为整个压力传感器模块303的支撑结构。
如图6a所示，其为本实施例的传感器模块主视图，压力板上盖405完全由压力应变片407提供支撑力，而传感器底壳302对压力板上盖405不直接提供支撑力，因此，通过压力应变片407可测得压力数值的精确大小。
如图6b所示,其为本实施例的下胶垫与压力膜片连接部位的截面放大示意图，所述下胶垫402固定柱4021正对压力膜片403测点，使压力在测点部位适当分布，但不影响压力膜片403上的压力分布趋势。
如图7所示，其为本实施例的压力膜片的结构示意图，所述压力膜片403上集成了多个压力膜片测点4031，每个压力膜片测点4031实际提供了压力的测量功能。压力膜片403上还集成了电路和信号接口4032，信号接口4032连接于压力板信号采集板304的采集接口上，并通过压力板信号采集板304建立起与基座信号采集板205的模拟信号通道。
如图8所示，其为本实施例的左灯条及右灯条使用状态示意图，所述左灯条203和右灯条204设置于压力测量胶垫101两侧，并分别与基座信号采集板(图中未标示)相连，所述基座信号采集板设置有处理器及多个采集接口和多个输出接口，所述处理器通过输出接口分别与左灯条203与右灯条204相连，所述处理器将采集接口获取的数据计算双脚的压力大小，所述左灯条203和右灯条204通过LED灯的亮灯数量或者亮度描述左右脚压力百分比，所述LED灯随脚部压力百分比的增加而逐步点亮，如图所示，当运动员的左脚压力较高，其右脚压力较小，则左灯条203亮灯区域较长，右灯条204亮灯区域较短，当重力完全集中于一只脚上时，则一边的灯条完全亮起而另外一边的灯条完全熄灭。
如图9所示，其为本实施例的左灯条及右灯条的一种具体结构示意图，所述左灯条及右灯条为分布有多个LED灯901的灯管，用于显示左右脚的压力分布情况，其LED灯901随脚部压力百分比的增加而逐步点亮。另外，所述左灯条及右灯条可采用整体的LED灯管，通过整体LED灯管的明暗情况来描述左右脚压力的分布情况。
如图10所示，其为本实施例的信号采集流程方框示意图，所述基座信号采集板上设置有多个采集接口，可横向连接若干个压力板信号采集板，所述压力板信号采集板分别与所在压力板上所有的传感器模块相连，提供传感器模块的信号采集功能。通过增加压力板及传感器模块数量，可提供更大的测量范围。所述基座信号采集板采集数据后进行计算，并将计算结果通过输出接口以有线或无线的方式发送至上位机，上位机利用该数据进行进一步的分析或视觉呈现。在本实施例中，基座信号采集板还根据数据计算双脚压力分布情况，并通过输出接口连接灯条接口控制左灯条和右灯条进行视觉呈现。

Claims (10)

1.一种压力测量脚垫，其特征在于，包括至少一块压力板，所述压力板包括压力板底板、至少一个传感器底壳、至少一个传感器模块、至少一块压力板信号采集板，其中，所述传感器底壳固定于压力板底板上；所述传感器模块和压力板信号采集板固定于传感器底壳上；所述压力板信号采集板设有采集接口及输出接口，其通过采集接口与所述传感器模块连接，以实现信号采集，再通过输出接口将数据输出；所述传感器模块包括胶垫、称重式压力传感器和膜片式压力传感器，所述称重式压力传感器和膜片式压力传感器设置于胶垫和传感器底壳之间。
2.根据权利要求1所述的一种压力测量脚垫，其特征在于，所述传感器模块的称重式压力传感器为压力应变片，所述膜片式压力传感器为压力膜片，压力膜片上设置有多个压力测点，每个测点都相当于一个实际上提供测量功能的膜片传感器；所述胶垫包括上胶垫和下胶垫，所述传感器模块的具体结构为：从上至下包括上胶垫、下胶垫、压力膜片、压力膜片垫板、压力板上盖、应变片垫板及压力应变片，其中，所述上胶垫下表面设有多个固定孔，所述下胶垫上表面设有多个与上述固定孔对应的固定柱，两者通过压合连接固定，另外，所述下胶垫、压力膜片、压力膜片垫板及压力板上盖与所述传感器底壳通过等高螺丝连接，所述应变片垫板及压力应变片叠设于所述压力板上盖与所述传感器底壳之间，所述压力应变片设置于所述传感器底壳的凹槽中。
3.根据权利要求2所述的一种压力测量脚垫，其特征在于，所述等高螺丝还设有等高螺丝护套。
4.根据权利要求2所述的一种压力测量脚垫，其特征在于，所述等高螺丝分为光滑部分和螺纹部分，所述等高螺丝的光滑部分的长度大于下胶垫、压力膜片、压力膜片垫板及压力板上盖的厚度之和。
5.根据权利要求2所述的一种压力测量脚垫，其特征在于，所述传感器模块的压力应变片为4个，分别设于传感器底壳的四个角的凹槽中。
6.根据权利要求2所述的一种压力测量脚垫，其特征在于，所述下胶垫的固定柱正对压力膜片测点。
7.根据权利要求1所述的一种压力测量脚垫，其特征在于，所述压力板包括并排的4个传感器底壳，每个传感器底壳上设有2个传感器模块，所述传感器模块分别通过接口和压力板信号采集板连接。
8.根据权利要求1所述的一种压力测量脚垫，其特征在于，所述压力板为一块时，所述压力板信号采集板的输出接口以有线或无线的方式与上位机直接通讯连接。
9.根据权利要求1所述的一种压力测量脚垫，其特征在于，所述压力板为两块或多块时，所述压力测量脚垫还包括基座，所述两块或多块压力板并排固设于基座上，所述基座在多块压力板的一侧还设置有基座信号采集板，所述基座信号采集板设有采集接口及输出接口，通过采集接口与压力板信号采集板的输出接口连接，通过输出接口以有线或无线的方式与上位机通讯连接。
10.根据权利要求9所述的一种压力测量脚垫，其特征在于，所述压力测量脚垫还设置有左灯条和右灯条，所述压力板信号采集板或基座信号采集板还设置有处理器，所述处理器通过输出接口分别与左灯条与右灯条相连，所述左灯条及右灯条为包括多个LED灯的灯管，或者为一整体的LED灯管。
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