[发明专利]一种测量足底压力及动态变化的凝胶电容式传感器及方法有效

专利信息
申请号: 201611095677.3 申请日: 2016-12-02
公开(公告)号: CN106768508B 公开(公告)日: 2020-05-15
发明(设计)人: 马国亮;徐明龙;雷俊琪;周媛;宋思扬 申请(专利权)人: 西安交通大学
主分类号: G01L1/14 分类号: G01L1/14;A61B5/22;A61B5/11
代理公司: 西安智大知识产权代理事务所 61215 代理人: 何会侠
地址: 710049 陕*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 测量 足底 压力 动态 变化 凝胶 电容 传感器 方法
【说明书】:

一种测量足底压力及动态变化的凝胶电容式传感器及方法,包括绝缘介质,两片离子凝胶阵列粘贴于绝缘介质上、下表面,离子凝胶‑绝缘介质‑离子凝胶构成电容器;两片离子凝胶阵列上、下表面各粘贴一层绝缘介质;金属电极粘贴于离子凝胶和绝缘介质的连接处,金属电极与离子凝胶形成电子‑离子凝胶混合电流回路;纽扣电池、控制采集模块和蓝牙模块集成在电路板上,通过导线连接金属电极,纽扣电池给离子凝胶供电;当传感器表面压力大小、周期变化时,测量信号传给蓝牙模块,再发送信号到手机,手机程序计算得到足底压力分布及随时间变化数据;该电容式传感器采用的凝胶材料具有柔软、透明、轻薄、易于加工、测量精确、成本低廉、应用广泛等优点。

技术领域

发明属于一种电容式压力传感器,具体涉及一种测量足底压力及动态变化的凝胶电容式传感器及方法,属于智能可穿戴领域。

背景技术

人体下肢疾病康复过程和各类运动鞋研发需要足部详尽的各类数据,通过足底压力分布、大小状况和动态变化测量结果,可推测下肢受力情况,量化脚底压力分布状况,测量人体运动行程,以及评估足部、腿部疾病,外科手术后期康复效果等有重要的应用价值。因此,足底实时压力状况,既能为医务人员提供可靠的依据,又能为患者健康监测提供参考,还能为鞋类研发等应用领域提供科学、准确的数据。

传统足部压力传感器一般采用电阻式、压电材料等,应用光学、机械等方式,经过复杂的数据采集和分析系统测量足底压力的空间分布,进行步态分析等。电阻式应变片、压电材料等属于硬质传感器,硬度较大,舒适度较差,且不宜加工为各种形状;其次,以上材料不透明,测量过程中很难观测到足部的变形;再次,硬质传感器外面通常需覆盖一层弹性物质起保护作用,具有附加刚度和阻尼,对压力值的测量有一定影响。目前多数产品都是通过手腕处传感,或者采用脚部外接电源式传感,这类传感器测量的数据受外界干扰因素较大或设备复杂,因此,由此获得的人体数据可信度低,精度不高,或极不方便可靠。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题,本发明目的在于提供一种测量足底压力及动态变化的凝胶电容式传感器及方法,本发明采用了柔软、透明的凝胶材料作为电解质制作压力传感器,并采用蓝牙发送实时数据,通过手机蓝牙接收,应用程序处理后可以准确测量足底压力二维分布和动态变化,并可以观察足部的变形,传感器鞋垫部分柔软、透明、易加工、厚度小,测量精度高等优良特性。

为达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:

一种测量足底压力及动态变化的凝胶电容式传感器,包括中间绝缘介质3,粘接于中间绝缘介质3上层的上层离子凝胶阵列2和下层的下层离子凝胶阵列4;上层离子凝胶阵列2的上表面粘贴一层上层绝缘介质1,下层离子凝胶阵列4的下表面粘贴一层下层绝缘介质5;金属电极6粘贴于上层绝缘介质1与上层离子凝胶阵列2的连接处以及下层绝缘介质5与下层离子凝胶阵列4的连接处;纽扣电池8、控制采集模块9和蓝牙模块10集成在电路板11上,通过导线7连接金属电极6,纽扣电池8为上层离子凝胶阵列2和下层离子凝胶阵列4供电。

所述上层离子凝胶阵列2和下层离子凝胶阵列4采用柔软、透明的PVA凝胶;上层绝缘介质1、中间绝缘介质3、下层绝缘介质5采用柔软、透明的硅胶。

所述上层离子凝胶阵列2和下层离子凝胶阵列4由六边形离子凝胶单元组成,厚度为微米量级;所述上层绝缘介质1、中间绝缘介质3和下层绝缘介质5的厚度为微米量级。

每个所述六边形离子凝胶单元由单独电路连接,最后合成一条总线连接控制采集模块9,通过测量每个六边形离子凝胶单元的的信号,反映足部实时的压力分布情况。

在有测量精度要求时,减小上层离子凝胶阵列2和下层离子凝胶阵列4的六边形离子凝胶单元的尺寸,增加总体六边形离子凝胶单元数量,或在压力大的部位增加六边形离子凝胶单元数量。

所述电路板11上布置DC/AC电路将纽扣电池8的直流电信号转化为交流电信号,给离子凝胶供电,避免材料特性改变。

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