CN117848554A - 一种头面部穿戴压力测量设备及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及可穿戴设备技术领域，具体公开了一种头面部穿戴压力测量设备及系统，包括人头模型和柔性传感器。其中，人头模型包括硬质底壳和柔性皮肤层，柔性皮肤层设于硬质底壳外；柔性传感器设于柔性皮肤层的检测区域外，且柔性传感器包括绝缘垫布和多根导电丝线，多根导电丝线横纵交错的织于绝缘垫布，且横纵交叉点处的两导电丝线由绝缘垫布隔开以作为压力检测点。应用本发明提供的头面部穿戴压力测量设备及系统，柔性传感器与人头模型具有良好的贴合度，从而能够满足头面部穿戴设备的压力检测需求。另外，柔性传感器与头面部穿戴设备直接接触，因而能够获得更准确的压力分布边界，避免间接测量带来的压力分散问题，提升了压力测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及可穿戴设备技术领域，更具体地说，涉及一种头面部穿戴压力测量设备及系统。
背景技术
头面部穿戴压力测量作为穿戴舒适度评价的客观描述，对穿戴舒适度评估起着至关重要的作用，能够从更客观的角度描述穿戴舒适度，量化方案之间的差异，指导设计方案修改。
现有的柔性压力测量方案大多是PET(聚对苯二甲酸乙二酯)薄膜印刷碳基银浆电路作为传感点，其无法满足面部大曲面测量的柔软度、精度、以及贴合度。另外，现有压力传感器形状多为规则形状，无法满足自由度较高的定制需求。
综上所述，如何有效地解决现有压力传感器难以有效测量头面部穿戴压力等问题，是目前本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种头面部穿戴压力测量设备及系统，该头面部穿戴压力测量设备及系统的结构设计可以有效地解决现有压力传感器难以有效测量头面部穿戴压力的问题。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种头面部穿戴压力测量设备，包括：
人头模型，包括硬质底壳和设于所述硬质底壳外的柔性皮肤层；
柔性压力传感器，设于所述柔性皮肤层的检测区域外，所述柔性压力传感器包括绝缘垫布和多根导电丝线，多根所述导电丝线横纵交错的织于所述绝缘垫布，且横纵交叉点处的两根所述导电丝线由所述绝缘垫布隔开以作为压力检测点。
可选地，上述头面部穿戴压力测量设备中，所述压力检测点的密度范围为2～10点/cm2。
可选地，上述头面部穿戴压力测量设备中，所述柔性压力传感器的厚度范围为0.5mm～3mm。
可选地，上述头面部穿戴压力测量设备中，所述导电丝线的线径范围为0.2mm～0.8mm。
可选地，上述头面部穿戴压力测量设备中，所述柔性皮肤层包括硅胶层或泡棉层。
可选地，上述头面部穿戴压力测量设备中，所述检测区域包括额面区、头顶区、耳周区及后脑区，所述柔性压力传感器包括与所述额面区对应的额面部、与所述头顶区对应的头顶部、与所述耳周区对应的耳周部及与所述后脑区对应的后脑部，且所述额面部具有与眼部避位的通孔，所述耳周部具有与耳朵避位的通孔。
可选地，上述头面部穿戴压力测量设备中，所述导电丝线为包括导电金属丝和纤维丝的混纺丝线。
可选地，上述头面部穿戴压力测量设备中，所述纤维丝为超疏水纤维丝，且所述混纺丝线包括多根所述超疏水纤维丝，并分别围绕所述导电金属丝设置。
可选地，上述头面部穿戴压力测量设备中，所述超疏水纤维丝为纳米纤维丝。
本发明提供的头面部穿戴压力测量设备包括人头模型和柔性压力传感器。其中，人头模型包括硬质底壳和柔性皮肤层，柔性皮肤层设于硬质底壳外；柔性压力传感器设于柔性皮肤层的检测区域外，且柔性压力传感器包括绝缘垫布和多根导电丝线，多根导电丝线横纵交错的织于绝缘垫布，且横纵交叉点处的两导电丝线由绝缘垫布隔开以作为压力检测点。
应用本发明提供的头面部穿戴压力测量设备，人头模型能够模拟头面部，测试时将头面部穿戴设备稳定穿戴在该头面部穿戴压力测量设备上，则人头模型表面的柔性压力传感器与可穿戴设备接触并受到挤压，接触区域的挤压力会使柔性压力传感器形成的压力检测点(即导电丝线的横纵交叉点)输出变化的电信号，则通过配套的采集器完成电信号变化的采集，并通过处理器处理后即可获得相应的压力测试结果。综上，本发明提供的头面部穿戴压力测量设备，柔性压力传感器具有良好的柔性，其与人头模型具有良好的贴合度，从而满足头面部穿戴设备的压力检测需求。另外，柔性压力传感器与头面部穿戴设备直接接触，因而能够获得更准确的压力分布边界，避免间接测量带来的压力分散问题，提升了压力测量精度。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种头面部穿戴压力测量系统，该头面部穿戴压力测量系统包括上述任一种头面部穿戴压力测量设备。由于上述的头面部穿戴压力测量设备具有上述技术效果，具有该头面部穿戴压力测量设备的头面部穿戴压力测量系统也应具有相应的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个具体实施例的头面部穿戴压力测量设备的主视结构示意图；
图2为图1的侧视示意图；
图3为图1的头面部穿戴压力测量设备的剖视结构示意图；
图4为图3中柔性压力传感器的局部剖视结构示意图；
图5为图4中导电丝线的结构示意图；
图6为本发明一个具体实施例的头面部穿戴压力测量系统的使用示意图；
图7为测量获得压力云图。
附图中标记如下：
头面部穿戴压力测量设备100，采集器200，采集处理器300；
人头模型10，硬质底壳11，柔性皮肤层12；
柔性压力传感器20，绝缘垫布21，导电丝线22，导电金属丝221，纤维丝222，额面部201，头顶部202，耳周部203，后脑部204。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种头面部穿戴压力测量设备及系统，以有效测量头面部穿戴压力。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供头面部穿戴压力测量设备及系统可用于头面部穿戴设备的穿戴压力测试，具体头面部穿戴设备包括但不限于头戴耳机、VR(虚拟现实眼镜)、AR(增强现实眼镜)、MR(混合现实眼镜)等设备。
请参阅图1-图4，图1为本发明一个具体实施例的头面部穿戴压力测量设备的主视结构示意图；图2为图1的侧视示意图；图3为图1的头面部穿戴压力测量设备的剖视结构示意图；图4为图3中柔性压力传感器的局部剖视结构示意图。
在一个具体实施例中，本发明提供的头面部穿戴压力测量设备100包括人头模型10和柔性压力传感器20。其中，人头模型10包括硬质底壳11和柔性皮肤层12，硬质底壳11用于模拟骨骼支撑，柔性皮肤层12设于硬质底壳11外，用于模拟皮肤，其能够受压变形。人头模型10的具体形状可通过大数据分析获得。柔性压力传感器20设于柔性皮肤层12的检测区域外，检测区域的具体位置可根据头面部穿戴设备的穿戴位置及穿戴方式等相应设置。柔性压力传感器20包括绝缘垫布21和多根导电丝线22，多根导电丝线22横纵交错的织于绝缘垫布21，且横纵交叉点处的两导电丝线22由绝缘垫布21隔开以作为压力检测点。采用绝缘垫布21为基体，其具有良好的柔性，能够与人头模型10良好贴合。导电丝线22织于绝缘垫布21，即绝缘垫布21能够对导电丝线22起到支撑定位作用，横纵交叉点处的两根导电丝线22由绝缘垫布21隔开，其在头面部穿戴设备稳定穿戴于人头模型10上时，受头面部穿戴设备的挤压作用两根导线的间距会发生变化，因而能够输出变化的电信号，如二者之间变化的电阻值等，即横纵交叉点处可作为该柔性压力传感器20的检测点，通过采集检测点变化的电信号即可反应该处压力情况。
应用本发明提供的头面部穿戴压力测量设备100，人头模型10能够模拟头面部，测试时将头面部穿戴设备稳定穿戴在该头面部穿戴压力测量设备100上，则人头模型10表面的柔性压力传感器20与可穿戴设备接触并受到挤压，接触区域的挤压力会使柔性压力传感器20形成的压力检测点即导电丝线22的横纵交叉点输出变化的电信号，则通过配套的采集器200完成电信号变化的采集，并通过处理器处理后即可获得相应的压力测试结果。综上，本发明提供的头面部穿戴压力测量设备100，柔性压力传感器20具有良好的柔性，其与人头模型10具有良好的贴合度，从而满足头面部穿戴设备的压力检测需求。
另外，柔性压力传感器20与头面部穿戴设备直接接触，相较于压力传感器内置的方案，如压力传感器设于软胶层与支撑层之间，其不与被测头面部穿戴设备直接接触，而是通过被测头面部穿戴设备压迫软胶层，软胶层将压力传递至压力传感器。由于压力在软胶层传递时并不会完全按照压力的方向垂直传递，而是会横向扩散，导致压力传感器采集的压力图像和压力数值均会出现20～65％不等的偏差。且扩散程度受软胶层厚度和受压面积影响，无法后期通过软件算法有效预测消除。而本申请中，柔性压力传感器20与待测的头面部穿戴设备直接接触，因而能够获得更准确的压力分布边界，避免间接测量带来的压力分散问题，提升了压力测量精度。
再者，导电丝线22织于绝缘垫布21，具体可以将导电丝线22直接和绝缘垫布21一同纺织，避免了二次封装带来的厚度增加。
在一个具体实施例中，压力检测点的密度范围为2～10点/cm2，即每平方厘米范围内导电丝线22横纵交叉点的数量为2～10个。具体压力检测点的密度可以为2点/cm2、3点/cm2、4点/cm2、5点/cm2、6点/cm2、7点/cm2、8点/cm2、9点/cm2、10点/cm2等。压力检测点的密度控制在上述范围，能够兼顾检测精度及处理计算量。在其他实施例中，压力检测点的密度也可以根据检测需要相应调整。
在一个实施例中，柔性压力传感器20的厚度范围为0.5mm～3mm。具体的，柔性压力传感器20的厚度为0.5mm、0.8mm、1mm、1.3mm、1.5mm、1.8mm、2mm、2.3mm、2.5mm、2.7mm、3mm等。结合导电丝线22的线径及绝缘垫布21的厚度，将柔性压力传感器20的厚度控制在0.5mm～3mm，能够获得良好的检测效果。另外，根据柔性压力传感器20的量程设计，可以相应设置绝缘垫布21的厚度。在其他实施例中，柔性压力传感器20的厚度也可以根据检测需要相应调整。
在一个实施例中，导电丝线22的线径范围为0.2mm～0.8mm。具体的，导电丝线22的线径为0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm等。导电丝线22的线径在上述数值范围内，能够兼顾柔性压力传感器20的柔软度和塑性变形能力，因而能够稳定贴附于人头模型10表面，以精确反应穿戴压力。在其他实施例中，导电丝线22的线径也可以根据检测需要相应调整。
在一个实施例中，柔性皮肤层12包括硅胶层或泡棉层。采用硅胶层或泡面层能够真实模拟皮肤状态，从而在头面部穿戴设备稳定穿戴于人头模型10上时，柔性皮肤层12能够真实模拟皮肤受压变形状态。在其他实施例中，柔性皮肤层12也可以采用其他软质可变性材料。
在一个实施例中，柔性皮肤层12的厚度范围可以为1mm～16mm。具体的，柔性皮肤层12的厚度为1mm、3mm、5mm、8mm、10mm、13mm、16mm等。柔性皮肤层12的厚度在上述数值范围内时，能够更好的模拟皮肤真实状态。
在一个实施例中，硬质底壳11采用PC(聚碳酸脂)或尼龙。采用上述材料，硬度较高不易变形，因而能够良好模拟骨骼支撑状态，且成本较低，重量较轻。在其他实施例中，硬质底壳11也可以采用其他塑料等硬质不易变形的材料。
在一个实施例中，请参阅图2，检测区域包括额面区、头顶区、耳周区及后脑区，柔性压力传感器20包括与额面区对应的额面部201、与头顶区对应的头顶部202、与耳周区对应的耳周部203及与后脑区对应的后脑部204，且额面部201具有与眼部避位的通孔，耳周部203具有与耳朵避位的通孔。额面部201、头顶部202、耳周部203和后脑部204可以连接呈整体，即可以采用一体式柔性压力传感器20，也可以为分别单独设置的分体结构。上述检测区域能够覆盖90％的头型。在其他实施例中，检测区域也可以根据头面部穿戴设备的穿戴位置相应设置，并不局限于上述设定。
在一个实施例中，请一并参阅图5，导电丝线22为包括导电金属丝221和纤维丝222的混纺丝线。为满足导电纤维的导电特性，在纤维丝222中混入导电金属丝221，并且通过调整导电金属丝221的线径，以使柔性压力传感器20在满足一定柔软度的前提下，获得可塑变形能力，从而在贴合曲率变化较大的测量区域时更容易稳定贴附，提高压力测量准确性。
在一个实施例中，纤维丝222为超疏水纤维丝，且混纺丝线包括多根超疏水纤维丝，并分别围绕导电金属丝221设置。采用多根超疏水纤维丝围绕导电金属丝221，利用超疏水纤维丝的防水特性，使得导向丝线具有防水功能。
在一个实施例中，超疏水纤维丝为纳米纤维丝。利用纳米纤维丝的超疏水特性以时导电丝线22具有防水功能，且纳米纤维丝制备工艺简单。在其他实施例中，也可以通过在纤维丝222表面成型超疏水层等方式获得超疏水纤维丝。
基于上述实施例中提供的头面部穿戴压力测量设备100，本发明还提供了一种头面部穿戴压力测量系统，请参阅图6，该头面部穿戴压力测量系统包括采集器200、采集处理器300和上述实施例中任意一种头面部穿戴压力测量设备100，采集器200与采集处理器300电连接。由于该头面部穿戴压力测量系统采用了上述实施例中的头面部穿戴压力测量设备100，所以该头面部穿戴压力测量系统的有益效果请参考上述实施例。
测试时将头面部穿戴设备稳定穿戴在该头面部穿戴压力测量设备100上，贴附在人头模型10表面的柔性压力传感器20与头面部穿戴设备接触并受到挤压，接触区域的挤压力会使柔性压力传感器输20出一个电信号，采集器200采集电信号的变化，并将采集的电信号通过数据线或无线传输至采集处理器300，如电脑，经过采集处理器300内置配套软件的处理可获得如图7所示的压力图像，从而直观的显示压力分布及大小情况。采集器200的具体采集方式及原理请参考现有技术，此处不再赘述。采集处理器300经软件处理输出的压力图像具体可以以压力云图的方式呈现，以不同的颜色或者灰阶来表示压力大小，软件可以输出当前测量的实时压力值，并且可以记录和保存测试过程的压力数据。在其他实施例中，采集处理器300也可以对接收的电信号进行处理，以获得各压力检测点的压力值，并通过图表等方式显示。
具体的，该头面部穿戴压力测量设备100可以通过对柔性压力传感器20进行标定，获得不同的压力值量程，以满足不同产品的穿戴压力测量需求。采集器200采样频率在1～1000Hz可调，可以采集运动状态下的压力信号。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种头面部穿戴压力测量设备，其特征在于，包括：
人头模型(10)，包括硬质底壳(11)和设于所述硬质底壳(11)外的柔性皮肤层(12)；
柔性压力传感器(20)，设于所述柔性皮肤层(12)的检测区域外，所述柔性压力传感器(20)包括绝缘垫布(21)和多根导电丝线(22)，多根所述导电丝线(22)横纵交错的织于所述绝缘垫布(21)，且横纵交叉点处的两根所述导电丝线(22)由所述绝缘垫布(21)隔开以作为压力检测点。
2.根据权利要求1所述的头面部穿戴压力测量设备，其特征在于，所述压力检测点的密度范围为2～10点/cm2。
3.根据权利要求1所述的头面部穿戴压力测量设备，其特征在于，所述柔性压力传感器(20)的厚度范围为0.5mm～3mm。
4.根据权利要求1所述的头面部穿戴压力测量设备，其特征在于，所述导电丝线(22)的线径范围为0.2mm～0.8mm。
5.根据权利要求1所述的头面部穿戴压力测量设备，其特征在于，所述柔性皮肤层(12)包括硅胶层或泡棉层。
6.根据权利要求1所述的头面部穿戴压力测量设备，其特征在于，所述检测区域包括额面区、头顶区、耳周区及后脑区，所述柔性压力传感器(20)包括与所述额面区对应的额面部(201)、与所述头顶区对应的头顶部(202)、与所述耳周区对应的耳周部(203)及与所述后脑区对应的后脑部(204)，且所述额面部(201)具有与眼部避位的通孔，所述耳周部(203)具有与耳朵避位的通孔。
7.根据权利要求1-6任一项所述的头面部穿戴压力测量设备，其特征在于，所述导电丝线(22)为包括导电金属丝(221)和纤维丝(222)的混纺丝线。
8.根据权利要求7所述的头面部穿戴压力测量设备，其特征在于，所述纤维丝(222)为超疏水纤维丝，且所述混纺丝线包括多根所述超疏水纤维丝，并分别围绕所述导电金属丝(221)设置。
9.根据权利要求8所述的头面部穿戴压力测量设备，其特征在于，所述超疏水纤维丝为纳米纤维丝。
10.一种头面部穿戴压力测量系统，包括采集器(200)和与所述采集器(200)电连接的采集处理器(300)，其特征在于，还包括如权利要求1-9任一项所述的头面部穿戴压力测量设备(100)，并与所述采集器(200)电连接。
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