CN108398140A - 一种基于导电皮革的记录行走步数的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于导电皮革的记录行走步数的方法,用于监测穿戴皮鞋的人的行走步数,包括以下步骤:将导电皮革设于所述皮鞋鞋底,通过对导电皮革不断施加和释放压力时,导电皮革三维多级结构形变产生的电流信号周期来记录行走的步数。该方法简单,成本低,易于推广使用;且皮革材料早已普及且生产工艺成熟,以其作为平台去记录行走步数,可以实现对行走步数的实时记录,这有利于使用者根据行走步数合理的规划运动锻炼。
Description
技术领域
本发明属于柔性电子领域,具体涉及一种基于导电皮革的记录行走步数的方法。
背景技术
人们生活水平不断提高的同时三高(高血压、高血脂、高血糖)人群不断增加,并有逐步往低龄化发展的趋势。这引起了人们对身体锻炼和运动保健的广泛关注。跑步是一项有着广泛群众基础、历史悠久的体育运动。例如慢跑时所提供的氧气是静坐时的8-12倍,能提高人体通气和换气能力,增加肺活量和呼吸功能,从而起到锻炼心脏、保护心脏的作用。科学合理的运动锻炼需要我们了解自己的运动情况。随着科技水平的不断提高,可穿戴智能设备开始兴起并伴随着科学健身的潮流渐渐地融入我们的日常生活。现有技术中,暂时没有基于皮鞋的记录行走步数的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于导电皮革的记录行走步数的方法,解决上述现有技术问题中的一个或者多个。
本发明提供一种基于导电皮革的记录行走步数的方法,用于监测穿戴皮鞋的人的行走步数,包括以下步骤:
α1、将导电皮革设于所述皮鞋鞋底,通过对导电皮革不断施加和释放压力时,所述导电皮革三维多级结构形变产生的电流信号周期来记录行走的步数。
导电皮革可以作为单独的组件设于皮鞋的底部,也可以制成皮鞋鞋底的一部分。导电皮革的电流信号变化由导线传输至相应的信号接收和释放装置。
在一些实施方式中,导电皮革以单个单元、多个单元组成阵列或者整体附着的方式设于所述皮鞋鞋底。
具体的,导电皮革以单个矩形、圆形或者不规则形状的单元设于皮鞋鞋底的某个位置,或者将上述单元组成矩形、圆形或者不规则的阵列设于皮鞋鞋底,或者根据皮鞋鞋底的形状整体附着在底部。
在一些实施方式中,导电皮革包括第一皮革,所述第一皮革包括第一皮革本体和导电材料,所述第一皮革本体与所述导电材料复合。
在一些实施方式中,第一皮革本体为蓝湿皮、天然革、合成革或人造革中的一种,所述第一皮革的电阻大小范围为100Ω/cm2-7kΩ/cm2。
在一些实施方式中,第一皮革可通过控制附着导电材料的量对其电阻进行有效的控制,第一皮革的电阻大小范围为100Ω/cm2-7kΩ/cm2。其中,优选为500Ω/cm2-2kΩ/cm2。
在一些实施方式中,导电皮革包括第二皮革和第三皮革,所述第二皮革和所述第三皮革通过粘合或缝纫固定,所述第二皮革包括第二皮革本体和导电材料,所述第二皮革本体与所述导电材料复合,所述第三皮革包括第三皮革本体和导电材料,所述第三皮革本体与所述导电材料复合。
在一些实施方式中,第二皮革本体为蓝湿皮、天然革、合成革或人造革中的一种,所述第三皮革本体为蓝湿皮、天然革、合成革或人造革中的一种。
在一些实施方式中,第二皮革和第三皮革可通过控制附着导电材料的量对其电阻进行有效的控制,第二皮革和第三皮革的电阻大小范围为100Ω/cm2-7kΩ/cm2。其中,优选为500Ω/cm2-2kΩ/cm2。
在一些实施方式中,导电材料为金属纳米材料、纳米碳材料、导电聚合物中一种或多种。
其中,纳米金属材料包括银纳米线、铜纳米线、金纳米线等,纳米碳材料包括石墨烯、单臂碳纳米管、多壁碳纳米管、炭黑等,导电聚合物包括聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚对苯撑、聚对苯撑乙烯和聚双炔等。
优选的,导电材料为碳纳米管、银纳米线、铜纳米线、金纳米线、石墨烯。
其中,由于皮革本体具有的官能团羧基、氨基、羟基、巯基、双硫键等,上述的导电材料中碳纳米管和石墨烯,可以通过化学键或者氢键等的分子间相互作用力与皮革本体结合在一起,或者通过静电吸附与皮革本体结合在一起,以增强导电材料与皮革本体的结合。
在一些实施方式中,复合的方法为抽滤、浸渍、旋涂、喷涂、蘸涂或印刷中的一种或多种。
具体的,比如抽滤:将皮革本体裁剪至砂芯漏斗直径大小相匹配,置于砂芯漏斗上,用循环水泵对导电材料配制的溶液抽滤,通过控制抽滤的次数,即控制每块皮革上面导电材料的质量,最后通过清洗、烘干。
在一些实施方式中,皮鞋内还设有微型电流测量器,该微型电流测量器通过导线与导电皮革连接。对导电皮革施加一定的电压后,施加在导电皮革上的压力引起的皮质材料的多级结构的变化转化为电流信号,而微型电流测量器获得的电流信号通过内置的蓝牙、射频、无线网络模块将电流信号传输至移动终端(电脑或者手机)。
在一些实施方式中,施加在设于皮鞋鞋底的导电皮革的工作电压为人体的安全的电压,为1V-35V。
在一些实施方式中,设于皮鞋鞋底的导电皮革测量压力的范围为0.25kPa-50kPa,其中优选为1kPa-30kPa。
本发明的有益效果:
1、本发明实施例的方法简单,成本低,易于推广使用;
2、本发明实施例中的皮革材料早已普及且生产工艺成熟,以其作为平台去记录行走步数,可以实现对行走步数的实时记录,这有利于使用者根据行走步数合理的规划运动锻炼;
3、本发明实施例中的皮革材料的三维多级结构有使它成为柔性压力传感的巨大潜力,凭借导电皮革材料舒适、耐磨、价格低廉、透气性好等特性,具有着潜在的消费市场。
附图说明
图1为实施例1中导电皮革中第二皮革的示意图;
图2为实施例1中附着酸化单壁碳纳米管的量对导电皮革的电阻的关系曲线图;
图3为实施例1中恒定压力下导电皮革电压和电流的关系图;
图4为实施例1中导电皮革的电流变化比率与时间的关系曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下实施例只是用于更加清楚地说明本发明的性能,而不能仅局限于下面的实施例。
实施例1:
一种基于导电皮革的记录行走步数的方法,包括以下步骤:
S1、将0.8ml的酸化单壁碳纳米管水分散液用涂覆的方法与第二皮革本体复合,得到第二皮革,将0.8ml的酸化单壁碳纳米管水分散液用涂覆的方法与第三皮革本体复合,得到第三皮革,将第二皮革和第三皮革通过聚乙烯醇(PVA)固定相对位置,得到导电皮革。
如图1所示,导电皮革中的第二皮革(或第三皮革)是单个矩形单元。将导电皮革设置在皮鞋鞋底的脚掌处,导电皮质材料的电流信号由导线传输至微型电流测量器,获得的电流信号通过内置的蓝牙、射频、无线网络模块将信号传输至移动终端(电脑或者手机),设备终端对数据进行处理。
其中,可以通过控制负载在皮革上酸化单壁碳纳米管的量来调控皮革的电阻。如图2所示,当酸化单壁碳纳米管水分散液为0.1mL,皮革的电阻为2.6333±0.611kΩ/cm2;当酸化单壁碳纳米管水分散液为0.2mL,皮革的电阻为0.51667±0.12662kΩ/cm2;当酸化单壁碳纳米管水分散液为0.3mL,皮革的电阻为0.19867±0.06407kΩ/cm2;当酸化单壁碳纳米管水分散液为0.5mL,皮革的电阻为0.18333±0.02887kΩ/cm2;当酸化单壁碳纳米管水分散液为0.6mL,皮革的电阻为0.11867±0.00902kΩ/cm2;当酸化单壁碳纳米管水分散液为0.7mL,皮革的电阻为0.075±0.02551kΩ/cm2;当酸化单壁碳纳米管水分散液为0.8mL,皮革的电阻为0.04433±0.01258kΩ/cm2;当酸化单壁碳纳米管水分散液为0.9mL,皮革的电阻为0.03367±0.01137kΩ/cm2。
检测施加在所述导电皮质材料上的压力的方法,包括以下步骤:
S2、将导电皮革设于所述皮鞋鞋底,通过对导电皮革不断施加和释放压力时,导电皮革三维多级结构形变产生的电流信号周期来记录行走的步数。
如图3所示,分别在0.32kPa、1.6kPa、8kPa、24kPa下,电压和电流呈线性关系,由此可得在恒定的压力下器件的电阻值不变。
如图4所示,当压力P分别在3.2KPa、8KPa和16KPa下,电流变化比率与时间的关系曲线。其中,一个电流变化周期(或电流变化比率周期),就是行走的一步。通过记录电流变化周期(或电流变化比率周期),来进行记录行走的步数。
具体的,
实施例2:
将银纳米线水分散液喷涂在第一皮革本体上,通过控制喷涂银纳米线的量调控该皮质材料的电阻,得到第一皮革作为导电皮革,而导电皮革以整体附着的方式与皮鞋鞋底通过缝纫连接。在恒定的压力下,工作电压与测得的电流呈线性关系(即电阻恒定)。在恒定的电压下(5V),对皮鞋底部导电皮革不断施加和释放压力时其三维多级结构产生的形变导致电流信号变化,收集到的电流信号经过处理后可应用于计步。
本发明提供的实施例的方法简单,成本低,易于推广使用;皮革材料的三维多级结构有使它成为柔性压力传感的巨大潜力,凭借皮革材料舒适、耐磨、价格低廉、透气性好等特性,用其制备的皮鞋有着潜在的消费市场;而且皮革早已普及且生产工艺成熟,以其作为平台去记录行走步数,可以实现对行走步数的实时记录,这有利于使用者根据行走步数合理的规划运动锻炼。
以上表述仅为本发明的优选方式,应当指出,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些也应视为本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于导电皮革的记录行走步数的方法,用于监测穿戴皮鞋的人的行走步数,其特征在于,包括以下步骤:
α1、将导电皮革设于所述皮鞋鞋底,通过对导电皮革不断施加和释放压力时,所述导电皮革三维多级结构形变产生的电流信号周期来记录行走的步数。
2.根据权利要求1所述的一种基于导电皮革的记录行走步数的方法,其特征在于,所述导电皮革以单个单元、多个单元组成阵列或者整体附着的方式设于所述皮鞋鞋底。
3.根据权利要求2所述的一种基于导电皮革的记录行走步数的方法,其特征在于,所述导电皮革包括第一皮革,所述第一皮革包括第一皮革本体和导电材料,所述第一皮革本体与所述导电材料复合。
4.根据权利要求3所述的一种基于导电皮革的记录行走步数的方法,其特征在于,所述第一皮革本体为蓝湿皮、天然革、合成革或人造革中的一种,所述第一皮革的电阻大小范围为100Ω/cm2-7kΩ/cm2。
5.根据权利要求2所述的一种基于导电皮革的记录行走步数的方法,其特征在于,所述导电皮革包括第二皮革和第三皮革,所述第二皮革和所述第三皮革通过粘合或缝纫固定,所述第二皮革包括第二皮革本体和导电材料,所述第二皮革本体与所述导电材料复合,所述第三皮革包括第三皮革本体和导电材料,所述第三皮革本体与所述导电材料复合。
6.根据权利要求5所述的一种基于导电皮革的记录行走步数的方法,其特征在于,所述第二皮革本体为蓝湿皮、天然革、合成革或人造革中的一种,所述第三皮革本体为蓝湿皮、天然革、合成革或人造革中的一种。
7.根据权利要求5所述的一种基于导电皮革的记录行走步数的方法,其特征在于,所述第二皮革的电阻大小范围为100Ω/cm2-7kΩ/cm2,所述第三皮革的电阻大小范围为100Ω/cm2-7kΩ/cm2。
8.根据权利要求3至7中任一权利要求所述的一种基于导电皮革的记录行走步数的方法,其特征在于,所述导电材料为金属纳米材料、纳米碳材料、导电聚合物中一种或多种。
9.根据权利要求3至7中任一权利要求所述的一种基于导电皮革的记录行走步数的方法,其特征在于,所述复合的方法为抽滤、浸渍、旋涂、喷涂、蘸涂或印刷中的一种或多种。
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