CN115804586A - 一种平板式足底压力检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平板式足底压力检测系统，包括：外包装结构包括第一包装层和第二包装层；主支撑结构包括第一支撑层和第二支撑层，第一支撑层设置有第一凹槽与第二凹槽，第二支撑层设置有第三凹槽；压力传感结构包括第一压力传感器和第二压力传感器，第一压力传感器设置于第一凹槽中，第二压力传感器设置于第二凹槽中，压力传感结构设置有电极触点；数据处理器设置于第三凹槽中，数据处理器包括弹簧针印刷电路板，弹簧针印刷电路板和电极触点连接。主支撑结构设置于第一包装层和第二包装层中间，第一支撑层位于第二支撑层的上层。平板式足底压力检测系统，适用于监测下肢损伤患者的足底压力。

Description

一种平板式足底压力检测系统

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及一种平板式足底压力检测系统。

背景技术

人在站立或行走过程中，足底都会承受一定的压力，足底压力的分布状态可以反映出人的健康状态。通常，在医疗领域，尤其在跟踪下肢损伤等患者的受伤情况以及恢复状态，医生采取观察和按压方式进行主观分析治疗。这种方法低效、粗略，而监测患者足底压力分布状态可以直观地反馈出患者受伤程度，便于医生提出高效精准的治疗方案。

已有的光学成像和地毯式足底压力监测系统，受限于测试时间、测试环境以及复杂的测试过程，成本高。现将多个柔性压力传感器集成于智能鞋垫用于足底压力检测已被广泛研究，将智能鞋垫应用于医疗检测领域还涉及到与压力传感器连接的外延导线排布、载有数据采集、信息处理及无线传输的硬件模块排布、充电线路的排布以及患者适用性等问题。如现有将智能鞋垫集成于鞋内，硬件模块则置于鞋面的合适位置，外延导电导线则呈曲折状，存在硬件及导线易损坏、寿命短等问题；同时，下肢损伤患者因绑带有防护器具穿脱智能鞋也较为困难。中国专利CN110987142A提出了一种便携式足形足压检测仪及测量方法其主要的技术方案是采用多个压电传感器感应足底压力信号，人站立于踩踏面板上时足部与压电检测单元接触，压电检测单元采集到足底压力，并将足底压力转换为的电信号，所述电信号经过放大调理整流和A/D转换后转化为足底压力检测信号。该技术采用压电式压力传感器，相比于压阻式压力传感器，后续仍需设直流放大器，且存在漏电现象，成本也相对较高。因此，开展低成本且便于下肢损伤患者监测足底压力的检测装置有重要的发展意义。

发明内容

基于此，有必要针对如何精准便捷检测下肢损伤患者足底压力的问题，提供一种平板式足底压力检测系统，所述平板式足底压力检测系统包括：

外包装结构，所述外包装结构包括第一包装层和第二包装层；

主支撑结构，所述主支撑结构包括第一支撑层和第二支撑层，所述第一支撑层设置有第一凹槽与第二凹槽，所述第二支撑层设置有第三凹槽；

压力传感结构，所述压力传感结构包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器设置于所述第一凹槽中，所述第二压力传感器设置于第二凹槽中，所述压力传感结构设置有电极触点；

数据处理器，所述数据处理器设置于所述第三凹槽中，所述数据处理器包括弹簧针印刷电路板，所述弹簧针印刷电路板和所述电极触点连接；

所述主支撑结构设置于所述第一包装层和所述第二包装层中间，所述第一支撑层位于所述第二支撑层的上层。

在其中一个实施例中，所述第一包装层表面印有两个传感区域，所述第二包装层和所述第一包装层的形状和尺寸相同。

在其中一个实施例中，所述第一凹槽和所述第二凹槽对称设置在所述第一支撑层上，所述第一凹槽和第二凹槽的位置分别在层面方向上与两个所述传感区域一对一的相互对齐；所述第一凹槽设置有第一触点孔，所述第二凹槽处设置有第二触点孔。

在其中一个实施例中，所述外包装结构、所述主支撑结构和所述压力传感结构在层面结构上都分为前端的足掌区、中端的足弓区、以及后端的足跟区；所述第一凹槽和第二凹槽设置在所述第一支撑层与所述第一包装层上所述传感区域层面位置上对应位置，用于放置所述第一压力传感器和所述第二压力传感器；所述第三凹槽设置在所述第二支撑层用于放置所述印刷电路板；所述电极触点设置在所述压力传感结构的足弓区。

在其中一个实施例中，所述弹簧针印刷电路板包括第一弹簧针印刷电路板和第二弹簧针印刷电路板，所述第一弹簧针印刷电路板的弹簧针通过所述第一触点孔贯穿于所述第一支撑层，所述第二弹簧针印刷电路板的弹簧针通过所述第二触点孔贯穿于所述第一支撑层。

在其中一个实施例中，所述压力传感结构包括传感层、中间层和电极层，所述传感层位于所述中间层上方，所述电极层位于所述中间层下方。

在其中一个实施例中，所述传感层上设置有压感点位；所述电极层包括叉指电极，所述压感点位和所述叉指电极在层面方向上一对一的相互对齐，所述叉指电极连接有电极触点，所述电极触点设置于第一触点孔和第二触点孔处。

在其中一个实施例中，所述数据处理器包括第一电路板和第二电路板、印刷电路板、数据处理模块、数据采集模块、数据传输模块和电池，所述第一压力传感器与所述第一弹簧针印刷电路板连接，所述第二压力传感器与所述第二弹簧针印刷电路板连接，所述第一电路板和所述第一弹簧针印刷电路板连接，所述第二电路板和所述第二弹簧针印刷电路板连接，所述第一电路板和所述第二电路板分别与所述印刷电路板连接，所述印刷电路板上设置有数据传输模块、数据采集模块、数据处理模块和电池。

在其中一个实施例中，所述第二支撑层上设置有开关和充电口，所述开关和印刷电路板连接，所述充电口和所述电池连接。

在其中一个实施例中，包括：终端设备，所述数据处理器和所述终端设备连接。

本发明提供了一种低成本且足底压力传感器可拆卸的平板式足底压力检测系统，整个检测装置灵活、易便携、不受测试场地、测试时间等客观因素影响，可更好地满足下肢损伤患者监测足底压力。通过结构设计，本平板式足底压力检测系统中的足底压力传感器灵活且可拆卸，便于更换；测试者站立在指定测量区域内，并为按照足底形状设计排布的传感区域，检测位置多且更加精准；同时，各个传感区域的足底压力信号经模拟并转化为数字信号，无线传输至手机等终端，可通过热力图、力值图等显示方式直观反映出足底每个位点受力的相对大小，方便快捷；采取压阻式压力传感结构且制备过程无需复杂特殊的加工工艺，制备成本低。

附图说明

图1为本发明提供的平板式足底压力检测系统一实施例的整体外观图；

图2为本发明提供的平板式足底压力检测系统一实施例的结构图；

图3为本发明提供的平板式足底压力检测系统一实施例的第一支撑层图；

图4为本发明提供的平板式足底压力检测系统一实施例的第一支撑层放置压力传感结构图。

图5为本发明提供的平板式足底压力检测系统一实施例的第二支撑层图；

图6为本发明提供的平板式足底压力检测系统一实施例的第二支撑层装配图；

图7为本发明提供的平板式足底压力检测系统一实施例的压力传感器中压感层和电极层的结构图；

图8为本发明提供的平板式足底压力检测系统一实施例的压力传感结构图；

附图标号：

1-第一包装层；

2-传感区域；

3-第二包装层；

4-第一支撑层；

5-第二支撑层；

6-第一凹槽；

7-第二凹槽；

8-第一触点孔；

9-第二触点孔；

10-第一压力传感器；

11-第二压力传感器；

12-压感点位；

13-叉指电极；

14-传感层；

15-中间层；

16-电极层；

17-第三凹槽；

18-开关；

19-充电口；

20-第一弹簧针印刷电路板；

21-第二弹簧针印刷电路板；

22-第一电路板；

23-第二电路板；

24-印刷电路板；

25-数据处理模块；

26-电池；

27-数据传输模块；

28-数据采集模块；

29-电极触点。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅附图1，本发明一实施例提供了一种平板式足底压力检测系统，其特征在于，所述平板式足底压力检测系统包括：

外包装结构，所述外包装结构包括第一包装层1和第二包装层3；

主支撑结构，所述主支撑结构包括第一支撑层4和第二支撑层5，所述第一支撑层4设置有第一凹槽6与第二凹槽7，所述第二支撑层5设置有第三凹槽17；

压力传感结构，所述压力传感结构包括第一压力传感器10和第二压力传感器11，所述第一压力传感器10设置于所述第一凹槽6中，所述第二压力传感器11设置于第二凹槽7中，所述压力传感结构设置有电极触点29；

数据处理器，所述数据处理器设置于所述第三凹槽17中，所述数据处理器包括弹簧针印刷电路板，所述弹簧针印刷电路板和所述电极触点29连接。

所述主支撑结构设置于所述第一包装层1和所述第二包装层3中间，所述第一支撑层4位于所述第二支撑层5的上层。

在该实施例中，本发明提出的平板式足底压力检测系统整体外观如图1所示，平板装置侧面外观由上到下包括第一包装层1、第一支撑层4、第二支撑层5和第二包装层3，如图2所示。可将第一压力传感器10和第二压力传感器11按左右脚直接放置于第一凹槽6，第二凹槽7，此时使第一压力传感器10和第二压力传感器11中的电极触点29可与弹簧针接触，完成压力传感结构和数据处理器的连接并用于检测足底压力，足底压力传感器可拆卸且可替换。

第一包装层1：表面印有足底形状的两个传感区域2，与下层第一压力传感器10和第二压力传感器11的放置位置在层面方向上相一致，显示出平板式足底检测装置的测量区域。

第一支撑层4：按照左右脚形状，机加工出带有放置足底压力传感器的第一凹槽6和第二凹槽7，第一凹槽6和第二凹槽7的深度与第一压力传感器10和第二压力传感器11的深度相一致。同时，在第一凹槽6和第二凹槽7左右脚足弓区的位置预留出第一触点孔8和第二触点孔9位置，便于第二支撑层5中的弹簧针贯穿于支撑层6中，如图3所示。将第一压力传感器10放置于第一凹槽6内部，将第二压力传感器11放置于第二凹槽7内部，如图4所示。

第二支撑层5：按照各印刷电路板24排布方式，机加工出带有放置印刷电路板24的第三凹槽17，如图5所示。如图6所示，各部分印刷电路板24的排布方式(从左到右)：载有将与左脚足底第一压力传感器10连接的第一弹簧针印刷电路板20、载有与印刷电路板24连接的第一电路板22、载有数据处理模块25、数据传输模块27、数据采集模块28和电池26的印刷电路板24、载有与印刷电路板24连接的第二电路板23、载有将与右脚足底第二压力传感器11连接的第二弹簧针印刷电路板21；除此之外，在第二支撑层5外部设置有开关18和充电口19。此外，载有与压力传感结构接触的弹簧针高于第二支撑层5上表面并能够使其贯穿于第一支撑层4的第一凹槽6和第二凹槽7中，其余部分的第三凹槽17深度与载有各模块的印刷电路板24厚度相一致。

第二包装层3：与第一包装层1具有相同的外轮廓与相同的材质，将平板的下表面进行包装。

在其中一个实施例中，所述第一包装层1表面印有两个传感区域2，所述第二包装层3和所述第一包装层1的形状和尺寸相同。

在其中一个实施例中，所述第一凹槽6和所述第二凹槽7对称设置在所述第一支撑层4上，所述第一凹槽6和第二凹槽7的位置分别在层面方向上与两个所述传感区域2一对一的相互对齐；所述第一凹槽6设置有第一触点孔8，所述第二凹槽7处设置有第二触点孔9。

在其中一个实施例中，所述外包装结构、所述主支撑结构和所述压力传感结构在层面结构上都分为前端的足掌区、中端的足弓区、以及后端的足跟区；所述第一凹槽和第二凹槽设置在所述第一支撑层与所述第一包装层上所述传感区域层面位置上对应位置，用于放置所述第一压力传感器和所述第二压力传感器；所述第三凹槽设置在所述第二支撑层用于放置所述印刷电路板；所述电极触点29设置在所述压力传感结构的足弓区。

在其中一个实施例中，所述弹簧针印刷电路板包括第一弹簧针印刷电路板20和第二弹簧针印刷电路板21，所述第一弹簧针印刷电路板20的弹簧针通过所述第一触点孔8贯穿于所述第一支撑层4，所述第二弹簧针印刷电路板21的弹簧针通过所述第二触点孔9贯穿于所述第一支撑层4。

在其中一个实施例中，所述压力传感结构包括传感层14、中间层15和电极层16，所述传感层14位于所述中间层15上方，所述电极层16位于所述中间层15下方。

在该实施例中，平板式足底压力检测系统还包括足底压力传感结构的制备，所述的足底压力传感结构包括传感层14、中间层15、电极层16，由上到下依次由传感层14、中间层15、电极层16组成，如图8所示，其中，

传感层14：配制好分散均匀且稳定的石墨烯传感层14浆料，采用丝网印刷工艺，将传感材料印刷至PET基材，后置于烘箱在80℃下干燥≥15h完成传感层14的制备，传感位点的排布，如图7所示；

中间层15：采用合适厚度的PET基材，参照预先设计的传感层14图案设计相应的中间层15结构，利用激光切割完成中间层15的制备；

电极层16：采取叉指电极13结构，设计电极线路，加工出符合要求的FPC电极层16，并在每个叉指电极13的终端加设电极触点29，电极触点29的区域位于足弓位置，如图7示。

采取接触式的传感原理，按照足底压力传感结构的外部轮廓，完成传感层14、中间层15、电极层16三者的组装，将组装完成的样件置于烘箱，60℃下≥3h。

在其中一个实施例中，包括：所述传感层14上设置有压感点位12；

所述电极层16包括叉指电极13，所述压感点位12和所述叉指电极13在层面方向上一对一的相互对齐，所述叉指电极13连接有电极触点29，所述电极触点29在电极层16的位置与第一触点孔8和第二触点孔9相对应。

在该实施例中，多个所述压感点位12与多个所述叉指电极13的层面方向是指电极层、中间层、压感层的层叠方向。多个所述压感点位12与多个所述叉指电极13在层面方向上一对一的相互对齐，且是指在层面方向上，多个所述压感点位12与多个所述叉指电极13的投影能够相互重叠。

在其中一个实施例中，所述数据处理器包括与第一压力传感器10连接的第一弹簧针印刷电路板20、第一电路板22和第二电路板23、印刷电路板24、与第二压力传感器11连接的第二弹簧针印刷电路板21、第一数据处理模块25、数据传输模块27和电池26。

在其中一个实施例中，所述第一电路板22和所述第一弹簧针印刷电路板20连接；所述第二电路板23和所述第二弹簧针印刷电路板21连接；所述第一电路板22和所述第二电路板23分别与所述印刷电路板24连接，所述印刷电路板24上设置有数据传输模块27、数据采集模块28、数据处理模块25和电池26。

在其中一个实施例中，所述第二支撑层5上设置有开关18和充电口19，所述开关18和印刷电路板24连接，所述充电口19和电池26连接。

在其中一个实施例中，所述平板式足底压力检测系统通过所述数据处理器和终端设备连接，将足底压力数据传输至终端设备，在终端设备上显示出被检测者足底整体受力的热力图以及具体每个传感区域2所受压力的相对力值大小。

检测足底压力：

打开平板式足底压力检测系统总开关18，匹配蓝牙，使检测装置与手机/平板电脑终端预先完成连接。被检测患者可直接站立于平板检测装置指示的足底传感区域2，此时，手机/平板电脑终端可直接呈现出被检测者足底整体受力的热力图，也可切换出具体每个传感位点所受压力的相对力值大小。

本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

(1)平板式足底压力检测系统，适用于监测下肢损伤患者的足底压力；通过结构设计，本平板式足底压力检测系统中的足底压力传感器灵活且可拆卸，便于更换；不仅如此，拆卸的足底压力传感器也可用于智能跑鞋中，适用范围广；

(2)将足底压力传感结构集成于平板足底压力检测装置中，操作空间大，可将关联的硬件模块等集成于平板内部；并设置总开关18和充电口19，可按需打开检测装置且应用常规Micro/Type-C接口充电线即可对装置进行充电，操作简单，普适性强；

(3)测试者站立在指定测量区域内，并为按照足底形状设计排布的传感区域2，检测位置多且更加精准；同时，各个传感区域2的足底压力信号经模拟并转化为数字信号，无线传输至手机等终端，可通过热力图、力值图等显示方式直观反映出足底每个位点受力的相对大小，方便快捷；

(4)采取压阻式压力传感结构且制备过程无需复杂特殊的加工工艺，制备成本低。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种平板式足底压力检测系统，其特征在于，所述平板式足底压力检测系统包括：

外包装结构，所述外包装结构包括第一包装层和第二包装层；

主支撑结构，所述主支撑结构包括第一支撑层和第二支撑层，所述第一支撑层设置有第一凹槽与第二凹槽，所述第二支撑层设置有第三凹槽；

压力传感结构，所述压力传感结构包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器设置于所述第一凹槽中，所述第二压力传感器设置于第二凹槽中，所述压力传感结构设置有电极触点；

数据处理器，所述数据处理器设置于所述第三凹槽中，所述数据处理器包括弹簧针印刷电路板，所述弹簧针印刷电路板和所述电极触点连接；

所述主支撑结构设置于所述第一包装层和所述第二包装层中间，所述第一支撑层位于所述第二支撑层的上层。

2.根据权利要求1所述的平板式足底压力检测系统，其特征在于，

所述第一包装层表面印有两个传感区域，所述第二包装层和所述第一包装层的形状和尺寸相同。

3.根据权利要求2所述的平板式足底压力检测系统，其特征在于，

所述第一凹槽和所述第二凹槽对称设置在所述第一支撑层上，所述第一凹槽和第二凹槽的位置分别在层面方向上与两个所述传感区域一对一的相互对齐；所述第一凹槽设置有第一触点孔，所述第二凹槽处设置有第二触点孔。

4.根据权利要求3所述的平板式足底压力检测系统，其特征在于，

所述外包装结构、所述主支撑结构和所述压力传感结构在层面结构上都分为前端的足掌区、中端的足弓区、以及后端的足跟区；所述第一凹槽和第二凹槽设置在所述第一支撑层与所述第一包装层上所述传感区域层面位置上对应位置，用于放置所述第一压力传感器和所述第二压力传感器；所述第三凹槽设置在所述第二支撑层用于放置所述印刷电路板；所述电极触点设置在所述压力传感结构的足弓区。

5.根据权利要求4所述的平板式足底压力检测系统，其特征在于，

所述弹簧针印刷电路板包括第一弹簧针印刷电路板和第二弹簧针印刷电路板，所述第一弹簧针印刷电路板的弹簧针通过所述第一触点孔贯穿于所述第一支撑层，所述第二弹簧针印刷电路板的弹簧针通过所述第二触点孔贯穿于所述第一支撑层。

6.根据权利要求1所述的平板式足底压力检测系统，其特征在于，

所述压力传感结构包括传感层、中间层和电极层，所述传感层位于所述中间层上方，所述电极层位于所述中间层下方。

7.根据权利要求6所述的平板式足底压力检测系统，其特征在于，包括：

所述传感层上设置有压感点位；

所述电极层包括叉指电极，所述压感点位和所述叉指电极在层面方向上一对一的相互对齐，所述叉指电极连接有电极触点，所述电极触点设置于第一触点孔和第二触点孔处。

8.根据权利要求1所述的平板式足底压力检测系统，其特征在于，

所述数据处理器包括第一电路板和第二电路板、印刷电路板、数据处理模块、数据采集模块、数据传输模块和电池，所述第一压力传感器与所述第一弹簧针印刷电路板连接，所述第二压力传感器与所述第二弹簧针印刷电路板连接，所述第一电路板和所述第一弹簧针印刷电路板连接，所述第二电路板和所述第二弹簧针印刷电路板连接，所述第一电路板和所述第二电路板分别与所述印刷电路板连接，所述印刷电路板上设置有数据传输模块、数据采集模块、数据处理模块和电池。

9.根据权利要求8所述的平板式足底压力检测系统，其特征在于，

所述第二支撑层上设置有开关和充电口，所述开关和印刷电路板连接，所述充电口和所述电池连接。

10.根据权利要求1所述的平板式足底压力检测系统，其特征在于，所述平板式足底压力检测系统包括：

终端设备，所述数据处理器和所述终端设备连接。

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