CN105942981B - 人体压力分布测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种人体压力分布测量系统，该人体压力分布测量系统包括弹性缓冲层、压力测量装置和位于该弹性缓冲层下方的支撑件；其中压力测量装置包括力敏传感器组；信号放大模块；A/D转换器模块；数据处理模块；以及压力显示模块；其中，该力敏传感器组、信号放大模块、A/D转换器模块、数据处理模块和压力显示模块依次串联连接。本发明的有益效果在于将弹性缓冲层下表面各个分布点的压力还原为弹性缓冲层上表面各个分布点的压力，测得人体压力分布，可以更加精确地测得人体压力分布，进而得到用户睡眠参数。

Description

人体压力分布测量系统
技术领域
本发明涉及压力测量领域，更具体地，本发明涉及一种人体压力分布测量系统。
背景技术
伴随着人们对生活质量要求的提高，人们对睡眠质量也逐渐重视起来。舒适的寝具对睡眠质量具有非常重要的影响，然而传统的寝具均为量产的，市场上也仅存在几种不同规格的床和床垫的寝具。由于不同用户的体型不同，在用户躺在床上时，其身体各个部位对床的压力大小及压力分布亦均不相同。单一设计的寝具不可能适合所有潜在用户，因此私人订制的寝具应运而生。
在私人订制寝具时，通常需要对用户的人体压力分布进行测量，即用户躺在床架上，然后对诸如用户的脚部、臀部、肩部和头部等部位的压力进行测量，从而个性化地设计寝具。然而，这种私人订制的方式忽略了一个重要的细节，即用户在日常睡眠过程中，是睡在床垫上的。因此，在用户实际使用该私人订制的寝具时，由于床垫的弹性系统和软硬度有所不同，因此，实际效果会受到严重影响。
因此，确有必要提供一种人体压力分布测量系统，可以考虑到用户的实际使用场景，得到准确的人体压力分布结果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种人体压力分布测量系统。
为了实现上述目的，本发明提供了一种人体压力分布测量系统，该系统包括弹性缓冲层、压力测量装置和位于该弹性缓冲层下方的支撑件；
其中该压力测量装置包括：
夹在该弹性缓冲层与该支撑件之间，用于测量该弹性缓冲层的下表面各个分布点的压力值的力敏传感器组；
用于将该力敏传感器组生成的传感信号放大的信号放大模块；
用于将该信号放大模块输出的放大传感信号转化为数字信号的A/D转换器模块；
用于将该数字信号还原成该弹性缓冲层上表面各个分布点的压力值的数据处理模块；以及
用于显示该弹性缓冲层上表面各个分布点的压力值的压力显示模块；
其中，该力敏传感器组、信号放大模块、A/D转换器模块、数据处理模块和压力显示模块依次串联连接。
在其中一个实施例中，该数据处理模块利用该弹性缓冲层的下表面各个分布点的压力与上表面各个分布点的压力的一一对应的映射关系，将该数字信号还原成该弹性缓冲层上表面各个分布点的压力值。
在其中一个实施例中，该力敏传感器组包括称重传感器组，该称重传感器组包括压力应变传感器组、气压传感器组、液压传感器组和光纤传感器组中的至少一种。
在其中一个实施例中，该弹性缓冲层包括乳胶层、弹簧层、凝胶层、记忆棉层、棉花层和布层中的至少一种。
在其中一个实施例中，该力敏传感器组包括振动传感器阵列。
在其中一个实施例中，该振动传感器阵列包括压电薄膜阵列、压电陶瓷阵列和光纤振动传感器阵列中的至少一种。
在其中一个实施例中，该力敏传感器组包括压阻材料阵列和压阻材料阵列驱动电路。
在其中一个实施例中，该支撑件包括多个可独立调节高度的自调节支撑单元；或者由多个可独立调节高度的自调节支撑单元构成。
在其中一个实施例中，该数据处理模块通过一主控模块与该自调节支撑单元连接；该主控模块接收该数据处理模块传送的数据，并根据该数据控制该自调节支撑单元的高度。
在其中一个实施例中，该自调节支撑单元为支撑凸起；该支撑凸起受该主控模块的控制，通过电机驱动调节自身高度。
在其中一个实施例中，该自调节支撑单元为气囊；该气囊受该主控模块的控制，通过充放气调节自身高度。
在其中一个实施例中，该力敏传感器组包括气压传感器组，且分布在该气囊内。
在其中一个实施例中，该弹性缓冲层为床垫；该支撑件为床。
本发明的有益效果在于：将弹性缓冲层下表面各个分布点的压力还原为弹性缓冲层上表面各个分布点的压力，测得人体压力分布，可以更加精确地测得人体压力分布，进而得到用户睡眠参数。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明人体压力分布测量系统进行更详细的描述，其中：
图1为根据本发明一实施例的人体压力分布测量系统的结构示意图；
图2为根据图1所示压力分布测量系统的压力分布测量装置的结构示意方框图；
图3为根据本发明另一实施例的支撑件的立体示意图；
图4所示为根据图3所示支撑件的自调节支撑单元的立体示意图；以及
图5为根据本发明又一实施例的人体压力分布测量系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不作为本发明保护范围的限制。
本发明一实施例提供了一种人体压力分布测量系统100，图1为根据本发明第一实施例的人体压力分布测量系统100的结构示意图。如图1所示，人体压力分布测量系统100包括弹性缓冲层102、压力测量装置(本图未示出其整体结构，详见图2)和位于弹性缓冲层102下方的支撑件106。
在本实施例中，该弹性缓冲层102为床垫；该支撑件106为床。
如图1－2所示，压力测量装置104包括：
夹在弹性缓冲层102与支撑件106之间，用于测量弹性缓冲层102的下表面各个分布点的压力值的力敏传感器组1040；
用于将力敏传感器组1040生成的传感信号放大的信号放大模块1042；
用于将信号放大模块1042输出的放大传感信号转化为数字信号的A/D转换器模块1044；
用于将数字信号还原成弹性缓冲层102上表面各个分布点的压力值的数据处理模块1046；以及
用于显示弹性缓冲层102上表面各个分布点的压力值的压力显示模块1048；
其中，如图2所示，力敏传感器组1040、信号放大模块1042、A/D转换器模块1044、数据处理模块1046和压力显示模块1048依次串联连接。
如图1所示，力敏传感器组1040的尺寸与弹性缓冲层102相同。然而，图1仅示例性地描述了力敏传感器组1040的尺寸。力敏传感器组1040的尺寸只要满足其可以测量到所有的人体压力即可，换言之，力敏传感器组1040应该覆盖弹性缓冲层102上表面有可能产生人体压力的所有位置。其中，这里的“覆盖”表示弹性缓冲层102受力面的垂直向下的空间域。
在人体压力分布测量过程A中，首先，用户躺在弹性缓冲层102上表面上，弹性缓冲层102受压，对位于弹性缓冲层102和支撑件106之间的力敏传感器组1040产生压力。力敏传感器组1040受压产生传感信号，并将传感信号传送给信号放大模块1042；信号放大模块1042对该传感信号进行滤波放大，并将放大后的传感信号经A/D转换器模块1044进行A/D转换，生成计算机可识别的数字信号，并将数字信号输送到数据处理模块1046。至此，数据处理模块1046得到的数字信号为弹性缓冲层102下表面各分布点的压力，即人体压力和弹性缓冲层102本身的压力的叠加。因此，数据处理模块1046需要将该数字信号还原成弹性缓冲层102的上表面各分布点的压力值。
作为对该实施例的改进，数据处理模块1046利用弹性缓冲层102的下表面各个分布点的压力与上表面各个分布点的压力的一一对应的映射关系，将A/D转换器模块1044生成的数字信号还原成弹性缓冲层102上表面各个分布点的压力值。
具体地，数据处理模块1046可以得到弹性缓冲层102下表面各个分布点的压力分布，由于弹性缓冲层102的上表面各个分布点的压力和下表面各个分布点的压力具有一一对应的映射关系，通过上表面各个分布点的压力对下表面各个分布点的压力的映射，再加上弹性缓冲层的弹性形变补偿，可精确的上下表面的映射矩阵。利用这个映射矩阵，可以通过数据处理模块1046得到在用户躺在弹性缓冲层102时，弹性缓冲层102上表面各个分布点的压力，也就得到了在用户躺在弹性缓冲层102时用户的各个部分所产生的压力。
当用户躺在弹性缓冲层102上时，可以将用户视为连续的质量块，把这个连续的质量块离散化，同时把弹性缓冲层102下表面的压力值离散化，简化成和弹性缓冲层102上表面对应的压力分布点。由于弹性缓冲层102的上表面各个分布点的压力和下表面各个分布点的压力具有一个一一对应的映射关系。即在对应的位置上弹性缓冲层102上表面的压力值为An，弹性缓冲层102下表面的压力值为Bn，An和Bn有如下的一个关系：即B＝PA；
其中，B1……Bn是弹性缓冲层102下表面的压力值，A1……An是弹性缓冲层102上表面的压力值，由于弹性缓冲层102的上表面各个分布点的压力和下表面各个分布点的压力具有一个一一对应的映射关系，所以矩阵P是一个满秩矩阵。所以存在以下关系，即A＝P＾(－1)B；
通过这个映射就可以通过弹性缓冲层102下面的压力测量值B得到弹性缓冲层102上表面的压力测量值，即人体的实际压力值A。由于不同种类的弹性缓冲层102对应的矩阵P和P＾(－1)是不一样的，因此通过修改矩阵P可以适用不同的弹性缓冲层102。
在其中一个实施例中，力敏传感器组1040为称重传感器组，称重传感器是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。具体地，称重传感器组包括压力应变传感器组、气压传感器组、液压传感器组和光纤传感器组中的至少一种。
在其中一个实施例中，弹性缓冲层102包括乳胶层、弹簧层、凝胶层、记忆棉层、棉花层和布层中的至少一种。
在另一个实施例中，力敏传感器组1040为振动传感器阵列。具体地，振动传感器阵列包括压电薄膜阵列、压电陶瓷阵列和光纤振动传感器阵列中的至少一种。
替换性地，力敏传感器组1040包括压阻材料阵列和压阻材料阵列驱动电路。
在其中一个实施例中，如图3所示，支撑件106包括多个可独立调节高度的自调节支撑单元1062；或者由多个可独立调节高度的自调节支撑单元1062构成。
上述人体压力分布测量过程A中，由于用户躺在弹性缓冲层102的表面上时，弹性缓冲层102处于静态，因此属于静态压力值分布测量。为了更准确地测量人体压力分布，需要对动态压力值分布进行测量，即依次将支撑件106的各个部分依次上升再下降，并且在上升和下降的同时，测量人体压力值的分布，此过程即为人体压力分布测量过程B，即动态压力分布测量过程。结合动态压力值分布和静态压力值的分布，可以更加精确的得到人体压力分布值，进而获得更好的睡眠参数，订制更人性化的弹性缓冲层102和支撑件106，具体地，订制更人性化的床和床垫。
因此，如图3所示，在本实施例中，支撑件106为包括多个可独立高度的自调节支撑单元1062的床。其中整个床面由连续排列的自调节支撑单元1062构成。
在其中一个实施例中，在人体压力分布测量过程A结束后，需要自行执行人体压力分布测量过程B。因此，数据处理模块1046通过一主控模块(图中未示出)与该自调节支撑单元1062连接；主控模块接收数据处理模块1046传送的数据，并根据该数据控制自调节支撑单元1062的高度。其中数据处理模块1046可以根据接收到的数字信号判断是否有用户躺在弹性缓冲层102上，以及用户是否稳定的躺在弹性缓冲层102上。并且当人体压力分布测量过程A完毕后，会生成包含启动人体压力分布测量过程B指令的数据，并将该数据传送给主控模块。
执行人体压力分布测量过程B的有益效果在于：可以结合静态测量和动态测量，更精确地得到用户的睡眠参数。此外，由于数据处理模块1046可在过程A完毕后生成数据，指示执行人体压力分布测量过程B，因此无需人工干预，可以自动执行整个测试过程(过程A和过程B)。
具体地，如图4所示，自调节支撑单元1062包括支撑凸起1062a；该支撑凸起1062a受主控模块的控制，通过电机驱动调节自身高度。
自调节支撑单元1062还包括位于支撑凸起1062a下方，用于调节支撑凸起1062a高度的螺母1062b和丝杆1062c。该螺母1062b和丝杆1062c相互配合，受主控模块的控制调节该支撑凸起1062a的高度。
作为上述实施例的替换性方案，如图5所示，该自调节支撑单元1062为气囊1062d。该气囊1062d受该主控模块的控制，通过充放气调节自身高度。其中充放气可以通过气泵或者其他可实现等同功能的装置实现，在这里不作限制。
优选地，力敏传感器组1040为气压传感器组，且分布在该气囊1062d内，即在每个气囊1062d内分布有一个或多个力敏传感器。当用户躺在弹性缓冲层102上时，弹性缓冲层102会对气囊1062d产生压力，气囊1062d内部气压会变大，从而气压传感器组会检测到弹性缓冲层102下表面各个分布点的压力。力敏传感器组1040位于该气囊1062d内的有益效果在于可以节省空间。在其他实施例中，力敏传感器组1040紧贴在弹性缓冲层102的底部，即位于弹性缓冲层102和支撑件106之间。
根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (13)

1.一种人体压力分布测量系统，其特征在于，所述人体压力分布测量系统包括弹性缓冲层、压力测量装置和位于所述弹性缓冲层下方的支撑件；
其中所述压力测量装置包括：
夹在所述弹性缓冲层与所述支撑件之间，用于测量所述弹性缓冲层的下表面各个分布点的压力值的力敏传感器组；
用于将所述力敏传感器组生成的传感信号放大的信号放大模块；
用于将所述信号放大模块输出的放大传感信号转化为数字信号的A/D转换器模块；
用于将所述数字信号还原成所述弹性缓冲层上表面各个分布点的压力值的数据处理模块；以及
用于显示所述弹性缓冲层上表面各个分布点的压力值的压力显示模块；
其中，所述力敏传感器组、信号放大模块、A/D转换器模块、数据处理模块和压力显示模块依次串联连接；
所述力敏传感器组还用于：在支撑件的各个部分依次上升再下降过程中测量所述弹性缓冲层的下表面各个分布点的压力值。
2.根据权利要求1所述的人体压力分布测量系统，其特征在于，所述数据处理模块利用所述弹性缓冲层的下表面各个分布点的压力与上表面各个分布点的压力的一一对应的映射关系，将所述数字信号还原成所述弹性缓冲层上表面各个分布点的压力值。
3.根据权利要求1所述的人体压力分布测量系统，其特征在于，所述力敏传感器组包括称重传感器组，所述称重传感器组包括压力应变传感器组、气压传感器组、液压传感器组和光纤传感器组中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的人体压力分布测量系统，其特征在于，所述弹性缓冲层包括乳胶层、弹簧层、凝胶层、记忆棉层、棉花层和布层中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的人体压力分布测量系统，其特征在于，所述力敏传感器组包括振动传感器阵列。
6.根据权利要求5所述的人体压力分布测量系统，其特征在于，所述振动传感器阵列包括压电薄膜阵列、压电陶瓷阵列和光纤振动传感器阵列中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的人体压力分布测量系统，其特征在于，所述力敏传感器组包括压阻材料阵列和压阻材料阵列驱动电路。
8.根据权利要求1所述的人体压力分布测量系统，其特征在于，所述支撑件包括多个可独立调节高度的自调节支撑单元；或者由多个可独立调节高度的自调节支撑单元构成。
9.根据权利要求8所述的人体压力分布测量系统，其特征在于，所述数据处理模块通过主控模块与所述自调节支撑单元连接；所述主控模块接收所述数据处理模块传送的数据，并根据所述数据控制所述自调节支撑单元的高度。
10.根据权利要求9所述的人体压力分布测量系统，其特征在于，所述自调节支撑单元为支撑凸起；所述支撑凸起受所述主控模块的控制，通过电机驱动调节自身高度。
11.根据权利要求9所述的人体压力分布测量系统，其特征在于，所述自调节支撑单元为气囊；所述气囊受所述主控模块的控制，通过充放气调节自身高度。
12.根据权利要求11所述的人体压力分布测量系统，其特征在于，所述力敏传感器组包括气压传感器组，且分布在所述气囊内。
13.根据权利要求1所述的压力分布测量系统，其特征在于，所述弹性缓冲层为床垫；所述支撑件为床。
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