CN209899393U - 一种用于预防糖尿病足的可穿戴设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于预防糖尿病足的可穿戴设备，包括第一薄膜和设置在第一薄膜下的间隔结构，第一薄膜为具有压电特性的薄膜，第一薄膜的上表面和下表面分别设有上电极和下电极，第一薄膜受到外部压力作用时弯曲，响应于外力在不同区域对应地产生电脉冲信号，用以测量压力分布，间隔结构上分布有多个凹洞，其中第一薄膜的上表面和下表面通过上电极和下电极施加电势差之后产生压电逆效应，由压电逆效应带来的作用力通过间隔结构对第一薄膜产生一个预应力，由此增大第一薄膜在受到外部压力时所生成的触觉反馈。本实用新型结构简单，易于加工，方便测量，有助于糖尿病人及时调整脚步的应力分布，减少应力集中。
Description
技术领域
本实用新型涉及可穿戴设备，特别是涉及一种用于预防糖尿病足的可穿戴设备。
背景技术
基于PVDF薄膜的可穿戴设备，不仅可以将外部压力转换为电信号，又能在存在电势差的前提下产生作用力，可应用于糖尿病足的预防与评估。
糖尿病患者感知触觉和疼痛的能力低于正常人，由于缺乏正常的神经保护机制，不能灵敏的感觉到外部对皮肤的刺激，因此皮肤容易破裂和感染。当脚受到高强度的重复机械应力时，特别是在行走和跑动时，患者更容易患糖尿病足。目前，主流的糖尿病足预防设备是结合安装在鞋子里的压力传感器和戴在手上的智能手表，分别实现监测足部的压力分布和实时反馈，这需要复杂的系统集成。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于预防糖尿病足的可穿戴设备,能够简单和有效地实现压力分布测量和自动触觉反馈。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种用于预防糖尿病足的可穿戴设备，所述可穿戴设备使用时安放在用户的脚底，所述可穿戴设备包括第一薄膜和设置在所述第一薄膜下的间隔结构，所述第一薄膜为具有压电特性的薄膜，所述第一薄膜的上表面和下表面分别设有上电极和下电极，所述第一薄膜受到外部压力作用时弯曲，响应于外力在不同区域对应地产生电脉冲信号，用以测量压力分布，所述间隔结构上分布有多个凹洞，其中所述第一薄膜的所述上表面和所述下表面通过所述上电极和下电极施加电势差之后产生压电逆效应，由压电逆效应带来的作用力通过所述间隔结构对所述第一薄膜产生一个预应力，由此增大所述第一薄膜在受到外部压力时所生成的触觉反馈。
进一步地：
所述可穿戴设备包括设置在所述间隔结构下的第二薄膜，所述第二薄膜的上表面设有电极，所述第一薄膜的下电极和所述第二薄膜的电极分别接在电源的正负极，所述间隔结构将所述第一薄膜的下电极和所述第二薄膜的电极隔开，所述凹洞贯穿所述间隔结构，并经设置仅当所述第一薄膜受到外部压力大于设定阈值时才能使所述第一薄膜的下电极通过所述第一薄膜的弯曲而触碰到所述第二薄膜的所述电极，通过压电逆效应生成力的反馈。
所述第一薄膜和所述第二薄膜分别粘接在所述间隔结构的上、下表面。
所述第一薄膜为聚偏氟乙烯薄膜。
所述第二薄膜为聚对苯二甲酸类薄膜。
所述间隔结构为分布有多个方形网孔的网格阵列结构。
所述上电极和所述下电极为镀层。
所述第二薄膜的电极为镀层。
本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型提供的预防糖尿病足的可穿戴设备,能够简单和有效地实现压力分布测量和自动触觉反馈。通过间隔结构施加薄膜预应力，增大了薄膜在压电逆效应作用下的反馈力。而且，通过间隔结构减少外界了压力对薄膜的作用力，间接提升了薄膜的压力测量量程。
本实用新型的优点还有：
1、结构简单，成本低；
2、可依据结构本身提供力反馈，不需要多余的信号处理模块；
3、通过结构配置，可以调整产生力反馈的外界压力阈值。
本实用新型结构简单，易于加工，方便测量，该系统能够输出明显增大的力反馈，帮助糖尿病人及时调整脚步的应力分布，减少应力集中。
附图说明
图1是本实用新型具体实施例的可穿戴设备的剖面侧视图；
图2是本实用新型具体实施例的可穿戴设备具体实施例的内部俯视图；
图3a和图3b分别是本实用新型可穿戴设备具体实施例受不同压力下的力反馈作用示意图和电信号输出示意图。
具体实施方式
以下对本实用新型的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。
参阅图1至图3b，在一种实施例中，一种用于预防糖尿病足的可穿戴设备，所述可穿戴设备使用时安放在用户的脚底，所述可穿戴设备包括第一薄膜2和设置在所述第一薄膜2下的间隔结构4，所述第一薄膜2为具有压电特性的薄膜，所述第一薄膜2的上表面和下表面分别设有上电极1和下电极3，所述第一薄膜2受到外部压力作用时弯曲，响应于外力在不同区域对应地产生电脉冲信号，用以测量压力分布，所述间隔结构4上分布有多个凹洞，其中所述第一薄膜2的所述上表面和所述下表面通过所述上电极1和下电极3施加电势差之后产生压电逆效应，由压电逆效应带来的作用力通过所述间隔结构4对所述第一薄膜2产生一个预应力，由此增大所述第一薄膜2在受到外部压力时所生成的触觉反馈。
在优选的实施例中，所述可穿戴设备包括设置在所述间隔结构4下的第二薄膜6，所述第二薄膜6的上表面设有电极5，所述第一薄膜2的下电极3和所述第二薄膜6的电极5分别接在电源的正负极，所述间隔结构4将所述第一薄膜2的下电极3和所述第二薄膜6的电极5隔开，所述凹洞贯穿所述间隔结构4，并经设置仅当所述第一薄膜2受到外部压力大于设定阈值时才能使所述第一薄膜2的下电极3通过所述第一薄膜2的弯曲而触碰到所述第二薄膜6的所述电极5，通过压电逆效应生成力的反馈。
在优选的实施例中，所述第一薄膜2和所述第二薄膜6分别粘接在所述间隔结构4的上、下表面。
在优选的实施例中，所述第一薄膜2为聚偏氟乙烯薄膜。
在优选的实施例中，所述第二薄膜6为聚对苯二甲酸类薄膜。
在优选的实施例中，所述间隔结构4为分布有多个方形网孔的网格阵列结构。
在优选的实施例中，所述上电极1和所述下电极3为镀层。
在优选的实施例中，所述第二薄膜6的电极5为镀层。
在一个具体实施例中，所述设备主要包括聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜、聚对苯二甲酸类(PET)薄膜、以及辅助薄膜固定及提供预应力的间隔结构4。PVDF薄膜上、下表面分别镀有上、下电极1、3，PET薄膜上表面镀有电极5，PVDF薄膜和PET薄膜分别粘接在间隔结构4的上下表面。
所述可穿戴设备可用于糖尿病病人脚底的压力分布测量和触觉反馈。该设备既可以测量表面的压力分布，又可以在压力大于一定阈值后自动提供触觉反馈。
使用时，可将设备粘连在袜子上，当脚穿上鞋进行运动时，脚的局部受到集中应力作用影响，PVDF薄膜受力弯曲，输出电脉冲信号；PVDF薄膜为具有压电特性的薄膜，当设备穿在脚上时，不同部位的应力不同作用于PVDF薄膜会产生不同幅值的脉冲信号。由此可以测量表面的压力分布。
本设备实现通过施加薄膜预应力，增大薄膜在压电逆效应作用下的反馈力：当PVDF上下表面加上电势差后，由压电逆效应会产生作用力，而间隔结构给了PVDF薄膜一个预应力。当薄膜受到外在压力时，其应力增大，而当PVDF薄膜接上电压后，会产生十分明显的触觉(力)反馈。
当应力大于压力阈值时，PVDF薄膜下电极3接触到PET薄膜的电极5，由于电极5和下电极3分别接在电源的正负极，存在电势差，因此由压电逆效应产生力反馈。在压力大于一定阈值后自动提供触觉反馈。通过设计间隔结构，减少了外界压力对薄膜的作用力，间接提升了薄膜的压力测量量程。当设备受到外在压力后，PVDF薄膜弯曲，仅当薄膜受到足够大的力，薄膜才能触碰到底部PET薄膜上的电极，产生电势差，进而产生力反馈，这个让薄膜产生力反馈的压力阈值可以由间隔结构和薄膜的几何参数决定。
图3a和图3b分别示出了本实用新型可穿戴设备具体实施例在受不同压力下(F1、F2、F3)的力反馈作用情况和电信号输出情况。
如图3b所示，可穿戴设备的第一薄膜的上方还可以覆盖织物层。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于预防糖尿病足的可穿戴设备，其特征在于,所述可穿戴设备使用时安放在用户的脚底，所述可穿戴设备包括第一薄膜和设置在所述第一薄膜下的间隔结构，所述第一薄膜为具有压电特性的薄膜，所述第一薄膜的上表面和下表面分别设有上电极和下电极，所述第一薄膜受到外部压力作用时弯曲，响应于外力在不同区域对应地产生电脉冲信号，用以测量压力分布，所述间隔结构上分布有多个凹洞，其中所述第一薄膜的所述上表面和所述下表面通过所述上电极和下电极施加电势差之后产生压电逆效应，由压电逆效应带来的作用力通过所述间隔结构对所述第一薄膜产生一个预应力，由此增大所述第一薄膜在受到外部压力时所生成的触觉反馈。
2.如权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于,所述可穿戴设备包括设置在所述间隔结构下的第二薄膜，所述第二薄膜的上表面设有电极，所述第一薄膜的下电极和所述第二薄膜的电极分别接在电源的正负极，所述间隔结构将所述第一薄膜的下电极和所述第二薄膜的电极隔开，所述凹洞贯穿所述间隔结构，并经设置仅当所述第一薄膜受到外部压力大于设定阈值时才能使所述第一薄膜的下电极通过所述第一薄膜的弯曲而触碰到所述第二薄膜的所述电极，通过压电逆效应生成力的反馈。
3.如权利要求2所述的可穿戴设备，其特征在于,所述第一薄膜和所述第二薄膜分别粘接在所述间隔结构的上、下表面。
4.如权利要求1至3任一项所述的可穿戴设备，其特征在于,所述第一薄膜为聚偏氟乙烯薄膜。
5.如权利要求2至3任一项所述的可穿戴设备，其特征在于,所述第二薄膜为聚对苯二甲酸类薄膜。
6.如权利要求1至3任一项所述的可穿戴设备，其特征在于,所述间隔结构为分布有多个方形网孔的网格阵列结构。
7.如权利要求1至3任一项所述的可穿戴设备，其特征在于,所述上电极和所述下电极为镀层。
8.如权利要求2至3任一项所述的可穿戴设备，其特征在于,所述第二薄膜的电极为镀层。
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| CN201920178837.3U CN209899393U (zh) | 2019-02-01 | 2019-02-01 | 一种用于预防糖尿病足的可穿戴设备 |
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| CN109602423A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-04-12 | 清华大学深圳研究生院 | 一种用于预防糖尿病足的可穿戴设备 |
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| CN109602423A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-04-12 | 清华大学深圳研究生院 | 一种用于预防糖尿病足的可穿戴设备 |
| CN109602423B (zh) * | 2019-02-01 | 2023-11-03 | 清华大学深圳研究生院 | 一种用于预防糖尿病足的可穿戴设备 |
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