CN205390526U - 一种基于压电材料的计步器鞋垫 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于压电材料的计步器鞋垫，包括织物层、硅胶层、发射天线、信号处理电路、pvdf传感器；织物层位于顶面和底面；硅胶层位于中层，利于穿着舒适感和压力的采集；发射天线位于前脚掌处；信号处理电路位于足弓处；pvdf传感器位于后脚跟处；用户在行走时，传感器采集压力信息，传感器受压力应力后会有电荷产生，将微弱电荷转换成电压信号并放大，经过调理变成0～5V的电压信号，然后经过模数转换成为数字信号，最后通过发射天线传递给手机等，从而统计用户的行走或奔跑的步数。本实用新型成本低廉，使用方便，不妨碍自由行走，对于往复力无滞后效果，系统可靠，能快速得将数据反馈给手机。

Description

一种基于压电材料的计步器鞋垫

技术领域

本实用新型涉及一种移动通信技术，具体涉及的是一种让手机实现计歩功能的基于压电材料的计步器鞋垫。

背景技术

可穿戴设备即直接穿在身上，或是整合到用户的衣服或配件的一种便携式设备。可穿戴设备不仅仅是一种硬件设备，更是通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能，可穿戴设备将会对我们的生活、感知带来很大的转变。

现代超薄手机空间有限，需要集成数量庞大的元件以满足对手机越来越多的功能需求。这时如果能把一部分手机元件转移到手机之外而手机功能不变将有利于手机体积的缩小和外形的美观。另一方面，一部分低价位手机缺少相关传感器而不能使用计歩功能，给手机的使用造成不便，用户希望再不更换手机的情况下拥有这些功能，而硬件方面的缺陷很难用软件来弥补。这时如果有一种简单廉价手机附件能够解决问题将受到欢迎。

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种新兴的高分子材料。当PVDF压电薄膜被加载外力时，它的上下两个表面会产生极性相反大小相等的电荷,可以把它看成是二极板上聚集异性电荷,中间为绝缘体的电容器。1969年,Kawai发现经过高倍率拉伸、高电场下极化以及真空蒸发金属电极后的PVDF薄膜具有明显的压电特性。经过几十年的基础与应用研究，PVDF的性能获得了明显提高。近年来，PVDF在测试领域得到了广泛的应用。它与传统的压电材料相比，具有频响宽，动态范围大,力电转换灵敏度高，机械性能强度高，膜轻且柔韧,稳定性及重复性好等优点,易制成不同形状的传感器阵列。

实用新型内容

为了将手机中的计歩传感器系统转移到手机以外，以节省机内空间，或为无配置计歩传感系统的低价位手机提供一种能连上手机的计步器附件，本实用新型提出了一种基于压电材料的计步器鞋垫。

为实现本实用新型的目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种基于压电材料的计步器鞋垫，包括织物层、硅胶层、发射天线、信号处理电路、pvdf传感器；织物层分别位于计步器鞋垫的顶面和底面，硅胶层位于中层，利于穿着舒适感和压力的采集；发射天线位于前脚掌处；信号处理电路位于足弓处；pvdf传感器位于后脚跟处；用户在行走时，pvdf传感器受压力应力后会有电荷产生，由信号处理电路放大，滤波，然后将模拟信号转换为数字信号，最后调制成射频信号，通过发射天线发射。

所述信号处理电路，包括直流电源、信号放大电路、滤波电路、模数转换电路、无线发送电路。

所述发射天线包括天线主体和地平面，地平面与天线主体处在同一平面；地平面分为左右独立的两个矩形，天线主体包括第一矩形贴片，第二矩形贴片，H形辐射体，第一矩形贴片位于所述的两个矩形中间，缝隙为2.5mm，第二矩形贴片与第一矩形贴片相连接，两者的中轴线重合；H形辐射体与第二矩形贴片相连接，两者的中轴线重合。

所述的pvdf传感器包含九片pvdf薄膜组成的阵列，两片绝缘薄膜，两个三选一开关，一个二选一开关。

有益效果：本实用新型成本低廉，使用方便，不妨碍自由行走，对于往复力无滞后效果，系统可靠，能快速得将数据反馈给手机。

附图说明

图1、本实用新型的一个竖直剖面结构示意图；

图2、本实用新型的一个水平剖面结构示意图；

图3、本实用新型的发射天线结构示意图；

图4、本实用新型的发射天线回波损耗图；

图5、本实用新型的pvdf传感器结构示意图；

图中，织物层1、硅胶层2、发射天线3、地平面31、第一矩形贴片32、第二矩形贴片33、H形辐射体34、信号处理电路4、pvdf传感器5、绝缘薄膜51、pvdf薄膜52、三选一开关53、二选一开关54。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。

实施例

如图1所示，本实用新型包括织物层1、硅胶层2、发射天线3、信号处理电路4、pvdf传感器5；织物层1位于计步器鞋垫的顶面和底面；硅胶层2位于中层，利于穿着舒适感和压力的采集；如图2所示，发射天线3位于前脚掌处；信号处理电路4位于足弓处；pvdf传感器5位于后脚跟处；用户在行走时，传感器5采集压力信息，传感器5受压力应力后会有电荷产生，将微弱电荷转换成电压信号并放大，经过调理变成0～5V的电压信号，然后经过模数转换成为数字信号，最后通过无线收发模块传递给手机，从而统计用户的行走或奔跑的步数。

所述信号处理电路5，包括直流电源，信号放大电路，滤波电路，模数转换电路，无线发送电路。所述信号处理电路5应当布置于足弓处，以避免足底压力对电路造成损坏，亦可避免电子元件影响穿着舒适感。

如图3所示，所述发射天线为柔性导电布，采用共面波导馈电，即地平面31与天线主体处在同一平面。天线主体包括第一矩形贴片32，第二矩形贴片33，H形辐射体34，整个天线长度为3cm,宽度为2cm，安装在鞋垫上足够小。地平面31分为左右独立的两个矩形。第一矩形贴片32位于这两个矩形中间，缝隙为2.5mm，第二矩形贴片33与第一矩形贴片32相连接，两者的中轴线重合；H形辐射体34与第二矩形贴片33相连接，两者的中轴线重合。如图4所示，发射天线的工作频段足以覆盖（S11<-10dB）1.88~2.99GHz，中心频率在2.33GHz，可以达到-30dB。所述发射天线工作在ISM波段，即2.42-2.48GH，可以基于蓝牙2.0协议与手机连接。

所述织物层为常见鞋垫用织物，介电常数约为1.6。

如图5所示，pvdf传感器5包含九片pvdf薄膜52组成的阵列，两片绝缘薄膜51，两个三选一开关53，一个二选一开关54组成。考虑到薄膜引线容易脱落，为了提高系统可靠性，一方面采用九片pvdf薄膜52并联组成阵列，既有一片可以使用就能正常工作，一方面将线路与电极光刻在两片基板绝缘薄膜52上，以三明治的形式包夹九片pvdf薄膜52，pvdf薄膜52的两面分别连接两片绝缘薄膜52的电极上。每一片Pvdf薄膜52为6mm长宽的正方形。

用户行走时，模数转换前的模拟信号将呈现波状，当波峰超过阈值时，即判定为行走一步。阈值可根据体重，通过手机软件设置。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种基于压电材料的计步器鞋垫，其特征在于：包括织物层(1)、硅胶层(2)、发射天线(3)、信号处理电路(4)、pvdf传感器(5)；织物层(1)分别位于计步器鞋垫的顶面和底面，硅胶层(2)位于中层，利于穿着舒适感和压力的采集；发射天线(3)位于前脚掌处；信号处理电路(4)位于足弓处；pvdf传感器(5)位于后脚跟处；用户在行走时，pvdf传感器(5)受压力应力后会有电荷产生，由信号处理电路（4）放大，滤波，然后将模拟信号转换为数字信号，最后调制成射频信号，通过发射天线(3)发射。

2.根据权利要求1所述的计步器鞋垫，其特征在于：所述信号处理电路(4)，包括直流电源、信号放大电路、滤波电路、模数转换电路、无线发送电路。

3.根据权利要求1所述的计步器鞋垫，其特征在于：所述发射天线(3)包括天线主体和地平面(31)，地平面(31)与天线主体处在同一平面；地平面（31）分为左右独立的两个矩形，天线主体包括第一矩形贴片（32），第二矩形贴片（33），H形辐射体（34），第一矩形贴片（32）位于所述的两个矩形中间，缝隙为2.5mm，第二矩形贴片（33）与第一矩形贴片（32）相连接，两者的中轴线重合；H形辐射体（34）与第二矩形贴片（33）相连接，两者的中轴线重合。

4.根据权利要求1所述的计步器鞋垫，其特征在于：所述的pvdf传感器(5)包含九片pvdf薄膜（52）组成的阵列，两片绝缘薄膜（51），两个三选一开关（53），一个二选一开关（54）。